(转贴)浅谈CNG汽车加气站的几个突出问题

passerby

更新时间：2006-3-17 12:17:48

　近两年，压缩天然气(CNG)汽车在我国，特别是在四川省发展很快，全国CNG汽车保有量已逾5万辆，占世界第5位(其中四川省约4万辆)；CNG汽车加气站约200个左右(其中四川省为130个左右)。但是在这些加气站的运行过程中，也出现了一些问题，有的还较突出，需要认真进行分析、讨论并积极寻求解决办法。
　　1.售气机计量结果偏差大
　　目前各个加气站选用的售气机，无论是进口机还是国产货，其核心部分，绝大多数都是采用进口的质量流量计(如美国的罗斯特、丹麦的丹佛斯)，其标定精度一般为0.5%。之所以选择质量流量计，正是为了避免温度、密度等物理因素的变化对天然气计量的影响，之无疑是正确的。而售气机通过密度设定，将质量指标换算为体积指标，似乎也是道理。可是，仔细分析，问题总是恰就出在天然气密度的设定上。
　　众所周知，当质量为定数时，气体的密度大小跟体积大小是成反比的。据了解，加气站售气机使用时，天然气的密度值的设定范围为0.64kg/m3～0.74kg/m3。这样一来，售气机显示的体积指标的实际偏差常在5%～10%之间，质量流量计的高精度因此而失去了意义。
　　密度偏离真实值的原因主要有两个方面。一是人为的，可谓防不胜防，二是客观因素，如加气温度变化的影响，当加气温度高达50℃时，其密度值则比标准状态时要小约10%，相应的体积便会虚大10%。而加气温度既受环境温度影响，又跟加气速度相关。前者经常变化，后者控制也较有限。再如天然气化学成分的变化也会对其密度带来一定影响。因为天然气的密度本身是一个变量，对其进行人为设定，显然是不够科学的。
　　如何处理好这个问题呢？
　　最科学可靠的办法是改变我国传统的天然气计量单位，改立方米为千克，使质量流量计量不再进行"多此一举"的换算，对于售气机来讲，只需将CNG售价作统一调整即可(每千克的CNG价格可确定为每立方米天然气的1.5倍)。但这需要政府部门出面统一号令。
　　如果上述方法难以实施，则可采取以下两种措施来尽量缩小计量偏差。一是在当地技监部门的监督下，定期(如每季度)对加气站的气源作一次化学成分分析，从而计算出标准善下的天然气密度值；二是对通过质量流量计的天然气温度(而非环境温度)进行在线测量，同时对密度值进行修正或称"温度补偿"。
　　2、压缩机工作时间过短造成脱水效果差
　　目前国内多数加气站都配备有CNG深度脱水装置，只要使用得当，脱水效果均能达到国家标准GB18047-2000。但是，有的加气站因压缩机连续工作短，明显低于脱水装置中分子筛所需要的再生时间(5～6)小时)，则会出现脱水效果不佳，发生"冰堵"现象。这是由于用作再生气源的高压CNG减压器正常工作所必须提供的热能(一般利用压缩机的循环冷却水)不能维持，造成减压器出口处"冰堵"，再生气供给不足所致，只要设法解决该处的加热保暧问题，则此问题可迎刃而解。
　　3、再生气的回收问题
　　有的加气站，因存在上述"冰堵"问题，便干脆直接采用进入压缩机前的低压天然气作再生气气源。当其压力跟压缩机额定工作压力接近时，则再生后的天然气便很难再顺到压缩机前的缓冲罐里去，只能以每小时几十立方米的流量，排空进入大气之中而被白白浪费掉，太不应该。还是应合理设置高压减压阀，利用压缩机生产的或是储气库储存的高压天然气经减压阀减至适当压力后作为再生气源较为合理，再生后的天然气可以很方便的回到缓冲罐里去。
　　4、储气能力被大大抵估
　　实际工作和不少技术文章中，甚至加气站的设计文件中都将加气站的储气能力简单的当成储气容器(罐、瓶、井)的水容积跟额定储气压力的乘积，如一个水容积为10m3，工作压力为250巴(25MPa)的储气库的储气能力往往被一口报出为2500m3，这里忽略了压缩因素(也称压缩系数)这个气体体积计算中的重要因素。若将天然气的在此工况下的压缩因子考虑进去，则上述结果为2941m3，相差17.6%。(计算和查表过程从略，可参阅《天然气工程手册》)。
　　若要求更精确，则应按质量单位(千克)或热能单位(兆焦)来计算。这是由于环境温度的变化将直接影响到地上罐式或瓶组式储气库的实际储气能力。而对地下储气井则影响甚微，这正是这种储气方式的一大优点。换言之，在夏天，同样水容积的储气井比其他储气装置多储气5%以上。
　　5、车辆加气量不足的问题
　　不少司机反映，车辆加气到20MPa，售气机自动关闭后，车上的天然气压力表度数立即开始下降，汽车尚未开出加气站，就已下降到18MPa。原因很简单，热胀冷缩之故。加气终止后的车上气瓶内天然气的温度明显低于加气时的温度但这个问题的出现，除了会引起计量收费的纠纷外，也不利于保证CNG汽车本来就偏短的续行里程。解决办法不外乎是控制好加气速度，一般说来，大巴不大于10m3/分，中巴不大于6m3/分，出租车不大于3 m3/分为宜。另方面，要尽量避免由压缩机直接向车辆加气的情况发生。
　　6、装置和部件选配不当问题
　　6.1　变压器的选配
　　同样是900m3/h的加气站，有的选配的变压器功率仅有250KVA，有的则高达400KVA。其实，这种规模的加气站，装机容量和照明用电，一般都在240～260KW范围。变压器功率选配过小，容易导致变压器严重超载，过热。选配过大，则又造成其功率因子过低，大马拉小车。其实选配315KVA的较为合理。
　　6.2　阀门和管件的选择
　　有的加气站，不管低压、高压阀门，甚至连卡套接头和不锈钢输气管均一律选用进口货，这无形之中便增大了建站费用。而多年来的实践表明，除了高压、高温阀门外，其余均可选用国产件。至于卡套接头，我国早在1983年便发布了一整套国家标准。应当说是相当成熟可靠了。
　　6.3　压力等级的选择
　　按照CJJ84-2000，阀门和管件的压力等级只需比实际工作压力25MPa高一个等级即32MPa即可。可是不少加气站建设中选配的进口货的压力等级高达6000磅(413.8MPa)，大可不必。
　　7.含水量的监控现状不容乐观
　　7.1由于不及时更换分子筛等原因，导致CNG的水露点大大超过国家标准《车用压缩天然气》(GB18047 -2000)的规定，致使车上气瓶内有肉眼可见的液态水。
　　7.2有的加气站至今仍未配备水露点的检测装置
　　7.3有的加气站虽配有检测装置，甚至还是"在线检测"方式，但以长期失效，形同虚设。
　　7.4更为普遍的事，大多数选用的检测装置为电解法，即间接测量法，显然不符合上述国标《车用压缩天然气》之规定。
　　对于前三点，只要认真的加强监管力度，则不难解决，最难解决的是第4条，一方面，目前普遍采用的电解法具有易操作、检测成本低等优点，但就是不符合GB18047-2000标准中第4.7节的规定："天然气水露点的测定应按GB/T17283执行"。
　　查GB/T17283为《天然气水露点的测定　冷却镜面凝析湿度计法》，而该标准等效采用的是国际标准ISO6327：1981，连标准的名称都是一样的。据今年出版的《国际标准化组织标准目录2001》查知，该项标准虽以颁布21年，但至今仍属有效，而未被其它标准替代。问题在于，若严格按此法配置露点仪，则检测成本较高，操作起来也较复杂。
　　值得引起注意的是：我们用二种方法进行对比，发现其检测结果差异较大，要是电解法失真的话其后果将相当严重。
　　因此建议有关专家对此认真加以深入研究的合理而可靠的解决方法。
8.不按标准检测硫化氢
　　《车用压缩天然气》标准中对进站天然气和出站CNG中硫化氢的含量不仅分别缎带出了控制指标，同时还明确了具体的检测方法，即"天然气中硫化氢的含量的测定应按GB、11060.1执行。　　
查该国际为《天然气中硫化氢含量测定　碘量法》，可是有不少加气站选用的检测依据恰恰不是依据碘量法。个别加气站甚至于用"可燃气体泄漏报警器"来充数。这些都应当及时加以纠正和规范。

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由于LNG文献较少，所以转发了一篇CNG的文章，以下是LNG基本介绍：
1. LNG汽车和加气站的优点
    ①能量密度大。同样容积的LNG车用储罐装载的天然气是CNG储气瓶的2.5倍。目前国外大型LNG货车一次加气可连续行驶1000～1300
km，非常适合长途运输的需要。
    ②运输方便。在陆上，通常用20～50m3(可储存1.2×104～3.O×104m3天然气)的汽车槽车，将LNG运到LNG汽车加气站，也可根据需要用火车槽车。在海上，通常用12×104～13×104m3的LNG轮船运输。
    ③排放物污染小。LNG汽车的排放效果要优于CNG汽车。与燃油汽车相比，LNC汽车污染物的排放量大大降低，被称为真正的环保汽车。
    ④安全性能好。LNG的燃点为650℃，比汽油、柴油和LPG的燃点高；点火能也高于汽油、柴油和LPG，所以比汽油、柴油和LPG更难点燃。LNG的爆炸极限为5％～15％，气化后的密度小于空气；而LPG的爆炸极限为2.4％～9.5％，气化后密度大于空气；汽油爆炸极限为1.0％～7.6％；柴油爆炸极限为0.5％～4.1％。可见，LNG汽车比LPG、汽油、柴油汽车更安全。
    ⑤经济效益显著。由于LNG的价格比汽油和柴油低，又由于LNG燃烧完全，不产生积碳，不稀释润滑油，能有效减轻零件磨损，延长汽车发动机的寿命，所以LNG的经济效益显著。

2.加气站工艺流程与车载LNG供给流程
    ①卸车流程。由加气站LNG泵将LNG槽车内LNG卸至加气站LNG储罐。
    ②加气流程。储罐内LNG由LNG泵抽出，通过LNG加气机向汽车加气。
    ③储罐调压流程。卸车完毕后，用LNG泵从储罐内抽出部分LNG通过LNG气化器气化且调压后进入储罐，当储罐内压力达到设定值时停止气化。
    ④储罐卸压流程。当储罐压力大于设定值时，安全阀打开，释放储罐中的气体，降低压力，以保证安全。
    ⑤车载LNG供给流程。LNG通过充气口进入并储存于车载LNG气瓶中。工作时LNG从单向阀导出，再经气化器气化变成气相，进入缓冲气罐，经过电控阀，再由减压调节阀减压，在混合器与空气进行混合，到LNG发动机进行燃烧。

3. LNG汽车设备及改装费用
    ①天然气火花塞点火式发动机
    由于天然气着火温度较高，发动机压缩过程中，气缸内气体温度达不到其自燃点，必须靠电火花点火，或者喷入少量柴油自燃再引燃天然气。天然气发动机按点火方式分为火花塞点火式发动机和柴油引燃式发动机2种。由于柴油引燃式发动机目前不能从根本上解决发动机的排放污染问题，所以天然气汽车发动机多为火花塞点火式发动机，即在原有汽油机或柴油机基础上，针对天然气特点改进设计的火花塞点火式发动机。
    ②车载燃料供给电控系统
    车载燃料供给电控系统应用电脑闭环控制点火提前角、高能点火以及随机调控不同工况下的最佳空燃比，可以将压缩比提高到8.8，并采用了电喷技术，使LNG汽车动力性能最大功率达到94kw，最大转矩达到350N·m，使汽车使用LNG相对于使用汽油和柴油而言，动力降低不到2％。
    ③LNG车载气瓶
    LNG车载气瓶一般采用双层金属加真空缠绕绝热技术。采用这种技术日蒸发率能控制在0.2％以内，因此可以保证7～14d基本不发生蒸发损失。目前，LNG车载气瓶已实现国产化。
    ④LNG汽车改装成本
    若采用国产件改装，中型车成本约1.5×104元，重型车约2.2×104元，成本回收期约1.0～1.4a。使用LNG作燃料与使用汽油和柴油相比，燃料费用可降低22％～32％，发动机的维修费可降低50％以上。随着国家实行燃油费改税的政策，LNG汽车的成本回收期将缩短。

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再贴一篇：
天然气汽车的优缺点

　以天然气气(包括CNG、LNG、LPG在内，下同)作为汽车燃料有以下特性：

    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。

　　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。这不仅弥补了由于汽车数量不断增加而引起的液体燃料供应不足，而且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。

　　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。为此，需要加压或液化以便装瓶，还需要建造比汽油、柴油加油站投资都大的加气站，并形成一定的网络，一次性投资较大。

　　④将现有的汽车改用天然气作燃料时，需增加发动机燃料系统的部件，如储气瓶、减压阀、混合器等，需要一定的改车投资。

　　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。