LNG汽车改装和LNG加气站基础知识培训教材.doc
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LNG基础知识培训教材
一、LNG常识
二、天然气汽车
三．LNG汽车改装
四．LNG汽车与CNG汽车的应用比较
五．天然气加气站的建设型式：
六．CNG加气站
七．LNG加气站：
八．L-CNG加气站：
九．LNG/L-CNG加气站：
一、LNG常识
1．天然气
天然气是产生于油气田的一种无色无臭的可燃气体。
其主要组分是甲烷（CH4），大约占80～99%，其次还含有乙烷、丙烷、总丁烷、总戊烷、以及二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、总硫和水分等。
标准状态下,沸点－161.52℃，天然气密度一般为0.68-0.75Kg/m3,相对干空气的相对密度为0.55-0.62.
2天然气作为燃料的工作原理
CH4+2O2-----2H2O+CO2+38MJ/m3
3.天然气的主要用途
天然气是重要的的工业原料和燃料，其主要用途有以下诸方面。
①电厂、热能、供暖、空调等工业企业的主要燃料；
②餐饮业和民用的燃料；
③化工工业的主要原料，可合成或提炼多种工业原料和半成品；
*④作为符合环保要求的机动车辆的洁净燃料，汽油、柴油的理想替代物，这是近年来国内外迅速发展起来的一项新技术，可用于汽车、轮船、火车甚至飞机上。
4.LNG基本参数
LNG主要成分是甲烷（90％以上）、乙烷、氮气（0.5-1%）及少量C3～C5烷烃的低温液体。
LNG是由天然气转变的另一种能源形式。
1）LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。
2）临界温度为-82.3℃。
3）沸点为-162.5℃，着火点为650℃。
4）液态密度为0.420～0.46T/m3，气态密度为0.68-0.75kg/Nm3。
5）气态热值38MJ/m3，液态热值50MJ/kg。
6）爆炸范围：
上限为15%，下限为5%。
7）辛烷值ASTM：
130。
8）无色、无味、无毒且无腐蚀性。
9）体积约为同量气态天然气体积的1/625。
6.简述LNG的六大优点
1）LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。
2）LNG储存效率高，占地少。
投资省，10m3LNG储存量就可供1万户居民1天的生活用气。
3）LNG作为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。
燃料费用低。
环保性能好等优点。
它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%，CO减少90%，SOx、Pb降为零。
4）LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。
5）由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。
6）由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。
7.LNG的主要用途有哪些？
1）作为清洁燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。
2）作代用汽车燃料使用。
采用LNG作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当变动，运行不仅安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，以LNG作为燃料的汽车，排气明显改善。
据资料报道：
与压缩天然气（CNG）比较，在相同的行程和运行时间条件下，对于中型和中重型车辆而言，LNG汽车燃料成本要低20%，重量要轻2/3，同时，供燃系统装置的成本也至少低2/3。
可以证明，将天然气液化并以液态储运是促使它在运输燃料中应用的最经济有效的方法。
3）作为冷源用于生产速冷食品，以及塑料，橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。
4）作为工业气体燃料，用于玻壳厂、工艺玻璃厂等行业。
8.LNG的运输方式
LNG的运输方式主要有轮船、火车和汽车槽车等方式。
在500～800公里经济运输半径范围内，采用汽车槽车运输LNG是比较理想的方式。
槽车罐体采用双壁真空粉未绝热，配有操作阀安全系统及输液软管等。
国内低温液体槽车的制造技术比较成熟，槽车使用安全。
LNG产品采用深冷液体储罐储存，液体储罐为双壁真空粉未绝热，LNG的日蒸发率可控制在0.46%之内，储存周期为4～7天。
9.LNG是汽车的清洁燃料
在所有的清洁燃料中，天然气以其应用技术成熟、安全可靠、经济可行,而被世界许多国家和专家视为目前最适宜的汽车替代燃料。
汽车使用天然气作为动力燃料，与汽油相比，其尾气排放中HC减少72%，NOx减少39%，CO减少90%，SOx、Pb降为零。
噪音降低40%。
因此，推广使用天然气燃料，对减少大气污染、改善环境将会起到积极的推动作用。
10.汽车使用天然气作为燃料可显著提高经济效益
节约大量燃油。
节省燃料费用：
天然气作为汽车燃料，每立方米天然气约相当于1.1升汽油或1升柴油，而1立方米天然气的价格只有一升汽油的1/3-2/3。
降低维修费用：
使用天然气可延长发动机各部件的寿命，减少维修保养次数，年平均降低维修成本50%以上。
11.车用燃料的性能比较
参数\燃料
LNG
CNG
LPG
汽油
柴油
状 态
液 态
气 态
液 态
液 态
液 态
储存压力（MPa）
0-1.1
20-25
0.8-1.1
0
0
储存温度（℃）
-160－-120
常温
常温
常温
常温
密度（kg/L）
0.42-0.46
0.16-0.2
0.50-0.53
0.72-0.75
0.85
热值（Mj/kg）
50
50
45.22
43.11
46.04
爆炸极限（%）
5-15
5-15
2.4-9.5
1.0-7.6
0.5-4.1
着火点（℃）
650
650
466
427
260
点火能（KJ）
0.29
0.29
0.27
0.24
0.24
12.汽车用天然气的质量要求
⑴硫化氢含量：
≤20mg/m3
⑵总硫含量：
≤270mg/m3
⑶二氧化碳含量：
≤3%
⑷水含量：
用露点表示，必须低于最高操作压力下最低环境温度5℃。
二、天然气汽车
1、目前一般所谓的天然气汽车就是包括CNG、LNG、和LPG汽车。
CNG（CompressedNaturalGas）汽车，也就是压缩天然气汽车。
LNG：
如将天然气液化（常压下-162℃）后，装入低压保温容器中放在汽车上，就是LNGLiquefiedNaturalGas）汽车，也就是液化天然气汽车。
LPG：
在油田轻烃回收装置中处理天然气时和在石油炼制过程中，都有一种以丙烷和丁烷为主的副产品它们也是天然气组成的一部分，比较容易液化，而在常压下又是气态，与日常家用的液化气非常相似，也可以做汽车燃料这就是LPG（LiquefiedPetroleumGas），也叫液化石油气，习惯上也将LPG汽车作为天然气汽车的一种，但有些国家的天然气汽车不包括LPG汽车。
2天然气汽车的优缺点
（1）优点
①有较高的经济效益。
在相同的当量热值时，世界各国一般将1立方米天然气的价格控制为1升汽油柴油的一半至70%。
如果各类发动机的热效率比较近，则天然气汽车的燃料费用大约是汽油车或柴油车的一半至30%。
使用汽车的运行费用大幅度降低。
就汽车发动机而言，天然气容易扩散，在发动机中容易和空气均匀混合，燃烧比较完全、干净、不容易产生积碳，抗爆性能好，不会稀释润滑油，因而使发动机汽缸内的零件磨损大大减少，使发动机的寿命和润滑油的使用期限大幅度增长。
这些都会降低汽车的保养和运行费用，提高汽车使用的经济性。
②有较好的社会效益。
与石油燃料相比，气体燃料在制备过程中能量损失较小，对大气的有害排放污染物少。
从燃料来源考虑，对环境保护是更有利的。
③比较安全。
CNG、LNG和LPG汽车的气瓶或气罐等都很结实可靠。
天然气本身比空气轻（LPG除外），稍有泄漏，很快就会扩散到大气中。
气体燃料系统的各个部件，特别是密封部分，都经过严格的检查。
因此，天然气作为汽车燃料是比较安全的。
（2）缺点
①由于气体燃料的能量密度低，天然气汽车携带的燃料量较少，一般行驶距离较汽油车短。
由于气体燃料在汽缸中的可燃混合气里占有一定的容积（汽油机汽缸中流体燃料所占容积忽略不计），在同样的汽缸工作容积下，用天然气作燃料时作的功少。
而目前用的天然气发动机大多是由原汽油机改装的，因而汽油汽车在改用天然气后功率往往会下降10%～20%左右，这就是司机所说的爬坡没劲、加速响应慢等现象。
一般柴油汽车如果用"双燃料"方式改装燃用天然气，则不会出现这种现象，但改装件的结构较为复杂。
②由于目前的天然气汽车是在原来的汽油车或柴油车的基础上改装的，原来汽油机或柴油机的燃料系统大多保留。
这样，要在原汽车的增加天然气燃料系统，特别是气瓶使原来的汽车的有效空间减少，本身的自重也增加了。
③天然气是气态燃料，不容易储存和携带。
虽然有以上的不足之处，但从总的经济和社会效益分析，用天然气作为汽车燃料还是利大于弊。
三．LNG汽车改装
（一）.汽油车的改装
使用天然气作为燃料的工作原理与原来的汽油机相同。
将高压气瓶中储存的天然气经过减压后送到混合器中，在此与空气混合，进入汽缸。
仍然使用原汽油机的点火系统中的火花塞点火。
原汽油机的压缩比不改变，原来发动机的结构基本不变，只是另外加上天然气的储气瓶、减压阀及相应的开关。
改装费用较低，而且用天然气或汽油两种燃料都可以工作，虽然天然气的抗爆性很好，允许在较高的压缩比下工作，但因为在改装时为了使原发动机仍可用汽油工作，故原发动机的压缩比没有改变，发动机的功率要损失10%～20%。
为了减少功率损失，可在改装时把原来汽油机的压缩比提高（最简单的办法是将汽缸盖刨去一部分），并改变点火提前角以适应天然气的工作需要。
这样虽然可以减少工率损失，但再用汽油工作时将会有产生爆震的危险，甚至于不能工作。
难以回到原来的汽油机工作方式。
所以目前汽油车改装时，发动机的压缩比一般保持不变。
1、汽油发动机改烧天然气的内容：
（1）降低发动机的排气温度和冷却系统的改造
（2）发动机的润滑油冷却改造
（3）发动机门座圈的改造
2．汽油车的改车技术路径：
改车路线
燃料
优点
缺点
两用燃料车
可转换使用天然气和汽油
灵活，适用于站少加气不便地区
尾气治理不完全
发动机结构参数几乎不做改造，热效率不高，经济型差
天然气
单燃料车
仅使用天然气
热效率较高，经济好
改车费用略低
对加气站布点要求方便
3．改装费：
4缸汽油车改装费（不含瓶）：
开环结构一般在4000—9000元/台
闭环结构一般在5000—10000元/台
4．进行油改气的条件：
出租车进行油改气一般选择车况较好，运行在3年以内。
对运行4年以上的车，改车后的尾气治理效果不明显。
5．天然气消耗指标：
影响耗气指标的因素：
车况，路况，行驶车速及变速情况，空调使用情况等。
出租车耗汽油指标为7.5—9.8（L/100km），1Nm³天然气替换汽油1.15L，则出租车耗天然气指标为6.5—8.5（Nm³/100km）。
（二）．由柴油机改装的天然气汽车：
大、中巴类的公交车，长途客运车及各类货车普遍使用柴油车。
柴油车采用的是迪塞尔式压缩点火内燃机。
柴油车改烧天然气，发动机的点燃方式有两种：
一为火花点燃，二为柴油引燃。
改装可以有两类方法。
第一类方法是原柴油机结构基本不变，按电点火方式改装，即按汽油机的工作原理（奥托循环）工作。
把原来柴油机的燃料系统全部去掉，将压缩比降低到天然气所能承担的数值（比汽油机高，一般为（8～10）∶1）除了要装天然气燃料系统的部件--储气瓶、减压阀、混合器等之外，还要再加上电点火系统，成为只燃烧天然气的单燃料天然气汽车。
这种改装方法比较简单、技术比较成熟，但不能再用柴油工作，而且发动机功率损失较大，只有原来柴油机的65%～70%左右。
第二种方法是原来柴油机的燃料系统不变，再加上和上面相同的天然气燃料系统，一般压缩比不用改变。
发动机汽缸吸入空气和天然气的混合气后，由原来的柴油喷油器喷入少量的柴油作为引燃用。
柴油压燃着火以后，点燃了天然气和空气的可燃混合气进工作，这就是双燃料天然气发动机。
其基本工作原理为：
启动时用全柴油，加负荷时空气与燃气混合器的负压传到膜片机构上，通过泵杆将柴油高压油泵齿条限上，此时司机再踏下油门踏板时就只增加天然气燃料的流量。
双燃料的工作方式不仅不会损失功率，而且由天然气的燃烧性能好，还可比原来的柴油机的功率略有增加。
这是因为柴油机的压缩比高，原来的过量空气系数较大的缘故。
这种改装方式对原柴油机的变动最少，而且在天然气供应不足时还可以转为全柴油工作。
但这种工作方式在中、低负荷时，经济性和排放都不太好。
因此，在不另外增加克服这些不足的手段时，不适用于城市公共汽车。
最好是那些长时间处于中、高负荷的汽车和长途运输汽车使用这种改装方式。
现代技术先进的汽车燃料系统大多是用电脑控制的电子燃料喷射系统。
就是用电脑根据使用的工况自动地改变电子喷身阀所喷出的汽油或柴油的时间、流量以及点火时间。
如改用天然气作为燃料，需要将汽油或柴油的电子喷射阀换成或另外加装天然气电子喷射阀，再改动电脑的控制软件的等程序，就可以成为燃烧天然气的天然气发动机。
当然，天然气燃料系统中的其它部件和储气瓶、减压阀等还是不可少的。
1．柴油发动机改烧天然气的内容：
（1）降低发动机的排气温度和冷却系统的改造
（2）发动机的润滑油冷却改造
（3）发动机气门座圈的改造：
气门油封的更换
（4）新的活塞环的更换
（5）发动机压缩比的降低
（6）新的凸轮轴设计
（7）安装新的点火系统
（8）发动机缸盖安装火花塞
（9）安装曲轴位置或凸轮轴位置传感器，以及信号触发盘
2．柴油车的改车技术路径：
改车路线
燃料
优点
缺点
双燃料车
（压缩引燃）
柴油（15%—20%）+天然气（85%—80%）柴油起引燃
动力性能只下降5%
行驶中可恢复烧油规避缺气困境
改车费用略低
两套燃料系统，
环保效果低，
替油率略低，
改车控燃比等技术要求高
天然气
单燃料车
（点燃式）
天然气
拆除原燃油系统改成点燃式（同汽油机）
环保效果好
全部替代柴油，效益好，
动力性能下降10%—20%，不能恢复烧柴油
3．改装费：
大巴柴油车改装单燃料车费用：
60000-100000元/台
4．进行油改气的条件：
对改车后的尾气排放环境治理的效果和回收改装费的价值而言，油改气汽车适于选择车况好，运行3年以内的公交车，长途客车，对运行4年以上的车。
改车意义不大。
从一些城市经验来看，在原有柴油发动机基础上改车的运行效果不理想，建议更换成天然气发动机或使用出厂天然气汽车。
6．天然气消耗指标：
（1）福建省柴油消耗指标：
市区公交（大巴车）耗柴油指标（L/100km）：
40—44
市区公交（中巴车）耗柴油指标（L/100km）：
24—28
长途客车（大型车）耗柴油指标（L/100km）：
33—37
40吨的载货车耗柴油指标（L/100km）：
43—47
替换指标：
1Nm³天然气替换柴油0.95L
（2）福建省天然气消耗指标：
市区公交（大巴车）耗天然气指标（Nm³/100km）：
42—46
市区公交（中巴车）耗天然气指标（Nm³/100km）：
25—29
长途客车（大型车）耗天然气指标（Nm³/100km）：
35—39
40吨的载货车耗天然气指标（Nm³/100km）：
45—49
影响耗油，耗气指标的因素：
车况，路况，行驶车速及变速情况，空调使用情况等。
四．LNG汽车与CNG汽车的应用比较：
比较项目
LNG汽车
CNG汽车
车载钢瓶
LNG钢瓶规格：
450L；数量：
1个
CNG钢瓶规格：
90L；数量：
5个
可充装量Nm³
258
90
充装后行驶距离（以公交车为例）
550 —600公里
200—210公里
与柴油车费用差额
8—10万
6—8万
充装次数
2天1次
1天2次
充装速度
2—4分钟
7—8分钟
安全性
低温常压存储，安全系数较高
20Mpa高压储存
五．天然气加气站的建设型式：
天然气加气站主要有以下几种建设型式：
型式
气源
服务对象
站址选位
CNG加气母站
输气干线或城市高压管道
为车载储气瓶充装CNG
门站或高中压调压站
CNG加气子站
CNG车载储气瓶
为CNG汽车充装CNG
主要在市中心区外缘。
公交车停车场
CNG常规加气站
天然气管道
为CNG汽车充装CNG
有供气能力的中压管网干线
LNG加气站
市区小站可由大站倒运
为LNG汽车充装LNG
储配站型设在市区边缘，小站可设在市中心区外边缘或公交车停车场（非上客）
L-CNG加气站
市区小站可由大站倒运
由LNG转化成CNG，为CNG汽车充装CNG
储配站型设在市区边缘，小站可设在市中心区外边缘或公交车停车场（非上客）
加油加气合建站
主要是CNG子站，标准站及LNG，L-CNG站与加油合建
即可为汽车充装汽，柴油，又可为天然气汽车充装车用CNG或LNG
改建有加气条件的加油站，在市际道路上宜建油气合建站（可利用加油站改建）
LNG，L-CNG两用加气站
共用LNG储罐和接气系统，分设LNG和L-CNG供气系统
即可为汽车充装车用CNG，有可为汽车充装车用LNG
储配站型设在城市边缘，一般站主要建在市际高速公路的服务区及国道，省道处
六．CNG加气站：
CNG站：
天然气经压缩至20.0—25.0Mpa后充装汽车。
又可分为母子站型和常规站型，母子站型是指在母站从高压管道取气，经压缩后由运气瓶车分供到各处子站，进行汽车加气。
常规站型是设在各处的加气站直接从管道内（一般是中压管道）取气压缩后进行汽车加气。
目前国内各地区根据其气源特点采取不同的建站方式，京津地区主要采用母子站型，四川，重庆地区主要使用标准型。
1．两类CNG加气站的使用条件：
母子站型：
（1）加气母站主要建在城市门站，储配站及高中压调压站内，以满足加气站对天然气用量和压力的要求。
一座加气母站可日充运气瓶车十多辆，供周边4—6做加气子站。
目前母站主要使用进口大型压缩机，进气压力≥1.6Mpa，排气量≥2000Nm³/h，2—3级压缩机的电耗在0.12—0.16KWH/Nm³
（2）加气子站主要建在车流量大的中心城区周边。
加气子站主要适用于敷管实施困难，不经济或现有供气能力不能满足加气站的用气需要的站点，采用建加气子站的型式实施对汽车加气。
2．常规站型：
常规加气站的建设条件：
在城市中心区附近受消防安全的限制或道路宽度与转弯半径不宜通行运气瓶车的站点，且该站点所处路段建有较大供气能力的天然气管道时，而选建标准型加气站。
七．LNG加气站：
LNG站：
通过LNG槽车分送各LNG加气站，液化天然气经烃泵加压后充装汽车。
（1）工艺流程：
LNG槽车
增压器
LNG储罐
LNG潜液泵
LNG加气机
小型LNG槽车
LNG汽车
供LNG加气站
（2）主要设备：
LNG储罐，LNG潜液泵，LNG加气机，控制和安全系统。
LNG储罐：
（1）储配站的LNG储罐容积大小，视可需的加气数量，周边环境等条件决定。
（2）LNG潜液泵：
出口压力1.0—1.2Mpa，排量10—12m³，配电机11～15KW。
电耗0.002KWH/m³。
七．L-CNG加气站：
L-CNG站：
液化天然气经烃泵加压至20.0—25.0Mpa，并在加气站内气化后充装汽车。
（1）工艺流程：
增压器
LNG槽车
LNG储罐
LNG高压泵
高压气化器
CNG汽车
增压器
LNG潜液泵
高压气瓶组
LNG槽车
供加气站
需要分供时
（2）主要设备：
LNG储罐，LNG高压柱塞泵，高压气化器，高压气瓶组，CNG加气机，控制和安全系统。
与LNG系统相比，主要增加LNG高压柱塞泵和高压气化器，高压气瓶组。
高压系统的最大运行压力25.0Mpa。
高压柱塞泵排量在2m³/h左右，配电机约20KW。
电耗0.02KWH/m³。
八．LNG，L-CNG两用加气站：
两用加气站的特点：
可合用一套LNG储罐和卸车，装车装置，提供LNG，CNG两种燃料形式。
LNG槽车
增压器
LNG槽车
LNG潜液泵
LNG加气机
供加气站
LNG汽车
LNG储罐
增压器
LNG高压泵
高压气化器
CNG运气瓶组
CNG加气机
高压气瓶组
供子站
CNG汽车
（1）工艺流程：
（3）主要设备：
LNG储罐，LNG潜液泵，LNG高压柱塞泵，高压气化器，高压气瓶组，LNG加气机，CNG加气机，控制和安全系统。
泵，气化器等，基本是分置两套加气系统。
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