LNG车用供气系统.ppt

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LNG车用供气系统操作、使用规范,一、LNG基本特性,1）成分天然气主要以甲烷（CH4）为主，同时含有少量的丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）等烃类气体，氮、二氧化碳、硫化氢及微量的氢、氦、氩等非烃类气体。

各个地方的天然气的形成过程不尽相同，所以成分也不完全一样。

2）性质由于天然气的主要成分为甲烷，且各地的组成不同，其密度一般在426470kg/m3之间，如果甲烷含量越高则密度越小。

液化天然气的密度还是温度的函数，温度越高密度越小。

所以阐述性质的时候主要以甲烷为主。

需要准确的物性参数需要个液化天然气生产厂家提供。

3）一般外观高纯度的液化天然气是无色、无味的透明液体。

由于它的低沸点，当观察时，液体常常有强烈的沸腾；当暴露到大气中时，由于空气中水蒸气的凝结，将见到大量的蒸汽云。

二、LNG的安全提要,1）天然气存在着火的危险LNG的燃点为650，比汽油、柴油的燃点高，点火能也高于汽柴油、LPG，所以比汽柴油、LPG更难点燃。

LNG的燃烧范围比较小，一般为515%。

-106.7以上的LNG蒸汽比空气轻，稍有泄露立即挥发飞散，很难形成遇火燃烧爆炸的浓度，因此，无论LNG还是它的蒸汽都不会在一个不封闭的环境下爆炸。

液化天然气在环境温度下泄露时，迅速蒸发产生大量的天然气气体，形成蒸汽云团。

因此，在储存、装卸或使用天然气的场合，不允许抽烟或明火，否则有可能导致危险甚至人身伤害。

如果液化天然气泄露在密闭的环境或有热源（无点火源）空间，由于其会变成蒸汽体积迅速扩大，同样有爆炸的危险。

因此，储存液化天然气的场所要求开敞、通风，以便于蒸汽能够扩散开来。

当天然气在空气中的浓度超过1%时，操作人员应当撤离现场。

LNG火灾特点：

火焰传播速度较快，质量燃烧速率大，约为汽油的2倍；火焰温度高、辐射热强，易形成大面积火灾，具有复燃、复爆性，难以扑灭。

注：

消防消防的目的主要是扑灭火源或控制火焰扩散。

首先应当切断泄露源，然后控制可燃物，再次扑灭火源。

扑灭火源时应当选取正确的灭火剂，对于液化天然气最好的灭火剂是化学干粉灭火剂（碳酸钾）。

干粉扑向火焰时，像浓云一样罩住火焰，减少热辐射。

高温使得干粉放出结晶水或产生分解，不仅吸收火焰的部分热量，还可以降低燃烧区内的氧气浓度。

2）有窒息的危险天然气的过分积聚可能会使空气中氧浓度变稀，人处在这种环境中可能会导致昏迷、伤害，甚至窒息。

当空气中氧气体积含量低于20%时，操作人员应当注意；如果氧气的含量进一步降低时操作人员应当撤离。

当操作人员因缺氧失去知觉时，应当立即将其撤离现场，并进行人工呼吸。

如果操作人员停止呼吸，应当立即进行人工呼吸并马上送往医院治疗。

当空气中氧气浓度10%，天然气浓度50%时，对人体产生永久伤害，在此情况下，工作人员不能进入LNG区域。

3）低温由于液化天然气的温度很低，假如和身体皮肤接触，由于液体的迅速气化将会引起严重的冻伤，也称冷灼伤。

若接触到常温管材和设备，就可能发生脆裂现象。

发生灼伤时应当采取以下处理方法：

（1）当皮肤与低温表面粘结时，可用热水加热方法使皮肉解冻，然后再挪开冻结部位，并将伤员移至温暖的地方（约22）；,

（2）除去所有妨碍冻伤部位血液循环的衣物；（3）将冻伤的部位立即进行水浴，水温要求4146，不允许使用干燥或直接加热的方式；如果水温超过46，就会加剧损伤冻伤区的身体组织；（4）立即将伤员送往医院做进一步治疗；（5）如果伤员大面积冻伤，且体温已经下降，就需要将伤者浸泡在4146的水中，再尽快将伤者送往医院；（6）冻伤的身体部位在加热后开始疼痛、肿胀，如果伤势不严重，应当对冻伤部位进行缓慢、持续的加热，直至皮肤由灰白色变成粉红色或红色；（7）伤员不许抽烟、喝酒，因为这样会减少流往冻伤组织的血液量，注射破伤风针剂，防止感染。

4）LNG还具有易蒸发、易扩散、流淌等特性LNG（按甲烷考虑）的沸点是-162，易蒸发。

三、车用LNG供气系统技术方案,1）系统组成和流程车用LNG供气系统包括专用车载低温绝热瓶、充装接口、安全限流装置、LNG汽化器、稳压器、压力显示等装置组成,其流程见下图:

供气必备条件：

LNG储存瓶内压力始终高于发动机要求的进气压力0.2Mpa以上，供气管路上的调压阀出口压力设定比发动机要求的进气压力高0.050.1Mpa。

为维持瓶内高于发动机进气压力，我们采用了两种技术方案：

a、气瓶不带自增压，加气站对储存的LNG（-140-162）进行加温，使其饱和蒸汽压达到发动机要求的压力（LNG温度不同，对应的饱和蒸汽压不同），充装到车用瓶内不调压；LNG瓶正常工作温度为-130左右；b、气瓶带自增压，加气站不对储存的LNG进行调温，LNG饱和蒸汽压的压力尽可能低，这样有利于LNG储存、减少气站排空损失；LNG充装到车用瓶内后进行自增压直至高于发动机进气压力0.2Mpa,并自动稳压，LNG瓶正常工作温度为-162以上；当LNG温度高于-130时，可关闭自增压系统。

两种方案供气方式相同：

供气过程如下：

LNG经瓶上限流阀送至水浴式汽化器汽化成气态并升温后，再经调压器降压至设定值进发动机。

供气温度控制：

一般发动机规定的进气温度范围为-2040，如进气温度过高或过低可调节汽化器热水的进水量。

2）系统技术性能供气流量：

根据发动机给定参数设定管件内径；供气压力:

可在0.251.2MPa内设定，工作时设定值波动10PSI；供气温度:

可在10-40内设定;系统有优先使用气相功能,即当LNG瓶内压力高于经济阀设定值时优先使用气相，保持瓶内压力基本恒定;,系统有自增压功能,即液体饱和压力不足时,可开启自带的增压系统给瓶内增压:

本系统充液时可闷充,无须接气相,不放空;充液速度可达40/分钟;本系统使用的液体温度为-162110；3.系统主要部件参数结构3.1车用LNG气瓶详见汽车用液化天然气瓶总图3.1.1车用LNG气瓶技术参数本系统的LNG气瓶是公司已设计定型产品,其技术参数为:

计算压力3.18MPa、工作压力1.59MPa、设计温度-196、工作温度-162,充装系数0.9,主体材料为0Cr18Ni9（304）,瓶上设有一、二级安全阀、进出液口、限流阀、气相口、电容式液位计、压力表和瓶内压力自动调压装置（经济阀出厂设定压力为0.8MPa）及自增压（稳压）系统,汽车用液化天然气供气系统流程简图,序号代号名称功能1V1放空阀（手动）用于气瓶压力泄放2C2充液接头、加气面板用于加气机与气瓶连接3V2进液止回阀用于控制燃料进入瓶内4V3手动截止阀用于控制燃料流出瓶外5V4过流阀防止供应管路断裂时燃料大量外泄6V5节约阀用于控制气瓶内部压力7V6平衡阀平衡罐内气液压力8V7稳压阀控制进发动机气量9V8手动自增压截止阀瓶内自增压开关阀10V9自增压调节阀瓶内自增压控制阀11Pr2空温式汽化器用于瓶内增压12Pr1水浴汽化器将LNG转换成气态天然气13LG液位计显示表显示气瓶内燃料液位14Pg压力表显示气瓶内压力15S1主安全阀用泄压方式来保护气瓶16S2副安全阀用泄压方式来保护气瓶17稳压罐维持发动机用气要求谨慎：

在饱和压力满足发动机供气要求时不用自增压，截止阀（V8）应关闭；只有在饱和压力不能满足发动机供气要求时才开启自增压截止阀（V8）；车辆停运10分钟以上也应关闭截止阀（V8）。

气瓶外形尺寸见附图注：

总重核算所对应的液化天然气密度为0.426kg/L，空重包括支座重量。

3.1.2车用LNG气瓶结构采用双层夹套容器，在内胆外壁缠绕数十层高绝热性能的铝箔+玻璃纤维纸，并在夹套间进行高真空技术处理，使气瓶可达到超级绝热性能。

在夹套间设置了低温吸附和常温吸附装置，可保证气瓶不论在低温使用或常温闲置时，夹套空间的真空度保持相对稳定。

内胆上充液管设计成单管直喷结构，减少充装阻力，可以在LNG充入内胆时稳定，并可使内胆中的部分气相被LNG液化，以保持充装过程中内胆的气相压力的相对稳定性。

气瓶内胆与外壳采用了轴向组合支撑（一端固定、一端滑移），可以保证气瓶在运行中不会因为颠冲而使内胆与外壳之间发生相对位移和结构变形，以及内胆因充装了液化天然气后冷缩而拉断支撑及管线的现象。

内胆中设有防过量充装装置。

气瓶采用电容式液位计，该系统由三个子系统组成：

传感器、信号转换器和显示仪表;其作用是根据气瓶内的燃料高度产生一个成线性比例的电信号，并传送给信号转换器,再由信号转换器传送给显示仪表。

气瓶所有的管路、阀件都设置在气瓶的一端，并用保护环或保护罩进行防护。

3.1.3车用LNG气瓶性能气瓶真空夹层性能静态蒸发率2.4%d,气瓶在冲击条件下的完整性。

即对气瓶的最关键部位（自行指定，管路系统端除外）进行10米高的跌落试验和对管路系统端3米高的跌落试验,跌落试验完毕后的1小时内，气瓶外壳不得有结露或结霜现象（内胆与外壳连接支撑部位除外）。

气瓶安装在汽车上应能承受8g重力加速度冲击（车上的支撑件也应承受8g重力加速度冲击）;气瓶有优先使用气相功能,工作时罐内相对压力稳定;气瓶内胆设计有两级安全阀在超压时起到保护作用。

在超压情况下首先打开的是主安全阀（开启压力为1.75MPa，254psi）;副安全阀（开启压力为2.9MPa，420psi）的压力设定点较主安全阀高，在主安全阀失效或发生堵塞时，副安全阀启动。

夹层超压条件下的保护是通过一个环形的抽空塞来实现的。

如果内胆发生泄漏（导致夹层压力超高），当压力达到0.10.2MPa抽空塞将打开泄压。

3.1.4车用LNG气瓶设计制造依据该产品在我国无行业或国家标准,富瑞公司依据产品的性能要求和特点制定了汽车用液化天然气气瓶Q/320582HRK09-2008企业标准。

该企业标准非等效采用了美国运输部DOT4L1999中的178.57Specification4Lweldedinsulatedcylinders的范围、材料、设计等规定,参照美国汽车工程师协会SAEJ2343RecommendedPracticesForLNGPoweredHeavy-DutyTrack液化天然气重型卡车的推荐作法和美国防火协会NFPA57LiquefiedNaturalGas（LNG）VehicularFuelSystemsCode（汽车用液化天然气（LNG）供气系统标准），安全附件的泄放量计算参照压力容器安全技术监察规程附件五及美国CGAS-1.1-2001第5.9节等内容。

该企业标准经国家气瓶标准技术委员会审查备案。

3.2供气管路主要部件配置3.2.1调压阀工作温度为-196-+120,调压范围0.3-1.2MPa,公称通径依据发动机流量用气要求选定,出口压力可依据发动机要求设定。

3.2.2充装接口为使液化天然气汽车加气方便快捷、安全可靠，公司研发了一种快速充装接头，也是国内标准接头，其技术参数：

公称压力PN4.0MPa,公称通径DN25mm，温度为-196+80。

3.2.3汽化器见附图汽化器安装在气瓶和发动机之间。

（汽化器所需热能由发动机提供）受发动机高温影响的冷却液流入汽化器隔层对汽化管加热。

当液化天然气进入汽化器，来自发动机的高温冷却液将其气化并加热，随后供给发动机,为了保证系统发挥最大功效，汽化器的安装应尽可能地靠近气瓶，最大距离不超过3米。

冷却液的流向应与液化天然气的流向一致，汽化器一般水平安装（天然气进出口处于水平方向），热水进出口应在上方，避免形成气阻。

最大工作压力（液化天然气）：

2.2MPa（320psig）最大冷却水压力：

0.4MPa（60psig）；最大汽化量:

依据发动机用气量确定；材料：

不锈钢；冷却液：

温度不低于75，氯离子含量不大于25mg/L；3.2.4加气面板,加气面板上安装有充气接口、回气接口及显示气瓶内压力的压力表,详见加气面板简图。

3.2.5管道配置出液管为141.5不锈钢管（304）或铜管（TU2）,承压大于2.5MPa;进发动机管为DN15PN2.5不锈钢软管（304）,充液管为DN20PN2.5不锈钢软管（304）,回气管为DN10PN2.5不锈钢软管（304）。

4.供气系统安全设计供气系统仓与乘客仓隔离和通风；在供气系统仓的最高点应埋设管道引至车顶，管口应能防雨水，并在供气系统仓最高点设置可燃气体探头；供气系统仓应安装防撞装置；主安全阀应通过连接管固定在汽车的安全点上。

如有NG气体产生，就通过管道进入通风竖管，在车辆顶部向上排出。

如排出液体，排泄途径应避开人员、着火源、或易被深冷温度损坏的材料。

为防止水在安全阀内积聚或冻结，通风竖管应使雨水远离该管道，并连接一个低位的排水道。

连接主安全阀与通风竖管的导管是金属或非金属的导管，都适合排出低温甲烷。

凡有可能接触到LNG的零部件只能使用奥氏体不锈钢、纯铜和黄铜、铝、玻璃纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等。

当管道在低温下运转时，安装就要特别小心，奥氏体不锈钢管道不应与车架、电线及其他可能发生位移物体直接接触。

LNG瓶应用两条钢带固定在底盘上，钢带位于头部的内侧以罩上焊接点。

钢带上应该加上橡胶垫以防止安装车用瓶的旋转或滑动。

安装系统应该牢固到足够支撑8倍的满瓶总重量。

所有管道安装应注意热胀冷缩现象对管道危害。

整车厂应在乘客舱和LNG瓶舱顶部各安装一个可燃气体报警探头，控制器应安装在驾驶员很容易听到的位置。

如为卡车则无须安装可燃气体报警探头。

5.车用LNG供气系统安装位置对于客车，一般有安装于后上部或側面，如图气瓶仓安装位置,车用瓶及充装操作面板在侧面,卡车可横装，也装在大梁两侧,供气系统集成可安装在卡车大梁,四、LNG供气系统操作维护规程,1安全防护在有NG或LNG的现场内工作时，需具有如下安全常识：

1.1使LNG设备远离火焰或电火花；1.2在LNG设备维修、充装、存储的区域不允许烟火进入；1.3在进行LNG的操作时需戴护目镜、脸罩、绝热手套；1.4所有进入盛装LNG气瓶现场人员均应穿能防火和防静电的工作服及工作鞋；1.5操作人员应培训上岗，熟悉LNG的理化性能，掌握操作技能；1.6保持设备所在位置通风良好;1.7在维修或保养设备时确保系统已泄压,严禁使用能产生火花的铁器等工具进行敲击作业;1.8在刚进行液化天然气的作业之后，由于衣服中很可能浸有NG故请注意不要马上吸烟或靠近有火的地方；,1.9在有LNG的区域内，不能使用任何未经允许的电气及通讯设备，例如手机和无线电广播发射机；1.10每周至少应检查一次LNG气瓶安装连接螺丝及支撑的可靠性，如有问题应及时更换或维修。

2.充装操作2.1.充装前应检查接头，确定无泄漏后再充装。

2.2常规充装（冷瓶）2.2.1汽车液化天然气的充装是通过一根独立的软管完成。

充液前，首先将瓶内压力控制在一定范围内（低于加气机的充装压力），将加气枪与充液接头连接，然后启动加气机充液开关，液化天然气将通过连接软管等进入气瓶内胆。

通过内胆顶部进液管对瓶内（BOG）进行再液化降低瓶内压力，使充液快速完成。

充装阀是一个单向阀，充液时在液体压力作用下自动打开，无需手动开关。

当充液达到额定量时，充液自动停止，单向阀自动关闭。

其作用机理是当喷孔背压迅速升高并与充液压力平衡，压力达到加气机设定的停止压力（约1.55MPa），此时加气机停止充液。

2.2.2一只完全充满液体的瓶其压力上升十分迅速，可能导致安全阀迅速开启,应避免这种情况发生。

2.2.3充液完成后,卸下充装软管,充液人员应确认车上充装口无泄漏后方允许车辆离开。

2.3热瓶充装通常将首次充装液化天然气前和停止工作两周以上的车用液化天然气气瓶称为“热瓶”。

热瓶的充装应当按照以下程序进行：

2.3.1首先向瓶内充入大约20L的LNG，静置，在瓶内LNG气化升压的过程中，瓶内胆也得到冷却；2.3.2当瓶内压力达到正常工作压力后，进行系统的检漏；2.3.3通过放空降低压力后即可按常规充装程序进行操作；3维修保养当气瓶需要保养和修理时，应采取安全的措施，充入惰性气体直到在惰性气体中NG的含量低于这种易燃气体含量的爆炸极限的50%。

3.1检漏3.1.1可以用便携式甲烷探测器对瓶系统的天然气泄漏点进行检查（应遵照探测器制造商的说明书正确使用）。

为确保瓶正常运行，应（每天）定期进行系统各连接处检漏，如果发现漏点应立即进行维修。

3.1.2在一些特殊条件下用探测器难以准确判断泄漏点时，可以借助肥皂液检查确定漏点。

3.2泄漏处理3.2.1任何泄漏，一经发现必须维修（首先应关闭上游阀门）；3.2.2如果是管螺纹泄漏应拆开连接、清洁连接面、使用规定的密封胶或四氟带再组装。

3.2.3如果是管件泄漏应对其解体并严格检查，如果螺母和卡套外观没有损伤则可继续使用，重新安装管线并拧紧螺母，最后进行压力检漏。

3.2.4如果在安全阀根部或密封面发现漏点，必须在开始维修之前将瓶内的压力放空至零,拆开连接、清洁连接面、使用规定的密封胶或四氟带再组装或更换新阀。

3.2.5如果阀门填料发现漏点，必须在开始维修之前将瓶内的压力放空至零,松开压帽适当压紧填料或更换填料。

3.2.6阀门或接头被冻住,用氮气吹除,不得用锤或其他物件敲击。

3.3安全阀更换3.3.1车用LNG瓶的内胆作为一种压力容器，其最大工作压力是根据相关规范进行设计和核定的，并经试验检测。

在每个瓶的铭牌上都打有最高工作压力的数据。

3.3.2安全阀的更换应按以下程序进行：

3.3.2.1打开放空阀，将瓶内压力泄尽；3.3.2.2拆下安全阀；谨慎：

不得维修或重新调整安全阀。

3.3.2.3安装新的安全阀。

3.3.2.4对瓶增压至工作压力、检漏。

3.3.2.5安全阀一般一年检修一次。

3.4手动截止阀的检修用于车用LNG瓶的手动截止阀在低温状态下收缩和机械磨损。

如果确认某个阀有问题，应按照以下程序进行检修：

打开放空阀，将瓶内压力泄尽；如果维修放空阀，在解体前应将其加热；如果维修液体供给阀，应将瓶中的LNG和压力全部放空；拆下手柄固定螺钉、垫片、护帽；拧开阀帽，取出阀杆和阀杆密封；取出阀芯和衬套组件；清洗阀座；更换受损零件并按与解体相反的步骤装回。

3.5节约阀更换或维修当瓶内压力高于节约阀设定压力时，瓶内的气相通过节约阀供往发动机，从而降低气瓶内压力。

此阀已根据发动机工作要求调整好了，一般不需要重调。

通过观察阀体的结霜情况可以验证节约阀工作是否正常。

在汽车运行时，如果气瓶压力超过了设定工作压力，节约阀就会打开，瓶内的压力下降的同时，节约阀阀体会结霜。

一旦气瓶内的压力降到了设定工作压力，节约阀就会关闭，同时节约阀阀体上的霜也会逐渐融化。

节约阀在正常情况下能恒定气瓶供气压力，如发现节约阀工作异常时就必须更换或维修。

如果要更换节约阀必须停止使用气瓶，而且在拆下旧阀之前将瓶内残余液态放到以下，压力全部放空。

3.6稳压阀更换或维修稳压阀是供气系统稳定供给发动机用气压力的关键元件，在工作时，稳压阀的进口压力为瓶内压力（0.8MPa），稳压阀的出口压力设定高于发动机要求的进气压力（一般为0.65MPa）但低于瓶内设定压力；发动机工作时，稳压阀的出口压力高于设定值（与瓶内压力相同）或出口压力过低，则此阀已损坏，应立即修理或更换；瓶内压力低于稳压阀出口设定压力时，稳压阀进出口压力与瓶内压力相同为正常。