我国发展lng汽车的可行性探讨

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1、中国工程热物理学会 代用燃料技术分会编号:9 9 5 0 1 7 我国发展L N G 汽车的可行性探讨 叶 勇 张笑波 杨杰 锋 王 彦 超 蒋向 阳 赵春红 中 原 石油勘探局天然气应 用技术开 发处( 4 5 7 0 0 1河南 渡阳 ) 1 引言 众所周知， 汽车尾气已 成为 城市大气的 主要 污染源， 汽车 尾气所造 成的 严重 大气污 染给人们的身心健康造成了严重危害。 因此， 世界许 多国 家积极发展燃气汽车以 减轻 汽、 柴油车尾气对大气的污染， 取得了 较为理想的效果。 截止 9 7 年底的统计，全世界约有4 0多个国 家推广c tc( 压缩天然气) 汽车和L P G ( 液化

2、石油 气) 汽车5 7 0 多 万辆， 对改 善城市 大 气环境 起到了 积极作用。 但是 其绝对数 量与全世界汽车保有量相比， 所占比 例还很小。国内 从 8 0年代中期开始推广燃气汽车 以 来，已 改 装各种( I V G . L P G 汽车 1 0 , 0 0 1) 多 辆， 建设 加 气站7 0 余 座。 但与国 夕 湘 比， 在发展规模和技术上还存在较大差距，增长 速度并不是很快， 主要在于 L P G , C N G汽车 均存在许多不足， 制约了 其规 模化发展。 其中cm 汽车 的主 要 制约因素 有: 车用钢 瓶自 重大，一次携带燃料少， 续驶里程短; c m 加 气站占 地

3、多 ( 2 , 0 0 0 - 3 , O O O io 2 )， 安 全距离要求大， 且有噪音污染， 在城市内 布站困 难; 建站投资 大 ( 3 0 0 -5 0 0万 元)， 天然气增压成本高 ( 0 . 5 0 - - 0 . 6 0 元加n )， 原料气价高于 1 . 0 元/附 以 上时在经 济上不可行: 加气站不能脱离天然气管网 建设， 难以网 络化布点。制约L P G 汽车发展 的 主要因素有: 车 用L P G 的 气质要求高， 国内 专 用气 源不充 足: 其燃烧 排放效果 比 汽油好， 但 L P G组分不纯时， 其排放效果很差，甚至不如汽油; L P G价格地区差 异大

4、、 不稳定， 有时高于 燃油价格: 安 全性 较差。 L N G ( 液化天然气) 汽车是以 L N G工厂生产的 低温液态 天然气为 燃料的 新一 代天 然气 汽车， 其突出 优点是L N G 能 量密 度大 ( 约为c c的3 倍) ， 气液体 积比 为6 2 即1 ， 汽车续 驶里 程长 可达4 0 0 K m 以 上)， 建站 投资少，占 地少， 无大 型 动力 设备， 运行成本 低， 加气站 无噪音， L N G 可用专 用槽车 运输， 建站不受 天然气管网 制约， 因 此便于 规模化推 广。 更 重要的 一点 是可将L N G 用 泵 升压 汽化后 转化为0 ， 对C 7 4 ;

5、汽车 加气， 而不需要 提供( I V G 专用压 编机。 2 圈 内 外L N G 汽 车 发 月悄况 L N G汽车 是随着L N G工 业的 发 展而 发展 起来的， 早 在6 0 年代 就有 人将汽车改为 L N G - 燃油 两用嫌料汽车，由 于当 时 L N G工业尚 在 起步阶段， L N G供应不是十分普 遍， 因 此L N G 汽车并 不受 人们的 重 视。 进入 加年代， 随着 世界范围内L P (工业的 规模化发展和 燃气汽车 推广速度的 加 快， 美国、 加 章大、 德国 和法国 等国 家开 始重视L N G 汽车 技术的 研究。 到9 0 年代初开 始小 规模推广，

6、效果十分理想， 其显著的 特点是不仅能满足严格的车 辆排放法规的 要 求。 更 重要的 是克 服了C N G 汽车的 主要缺陷， 兼有C N G , L P G 汽车的 优点， 能满 足长 途运输的需 要， 更具实 用性。 因 而 L N G汽车 被认为是 燃气汽车的 发展方向， 倍受车队 经营 者的关 注.目 前 全世界 约有 3 ,0 0 0 辆 L N G汽车 在运行， 数 十个 加气 站投入了 使 用。 其中 美国 有4 0 多 个L N G 汽车加 气站，1 ,0 0 0 余辆L N G 汽车， 年 增长率约6 b L aa 。 表 现出 强劲的发展势头。 墨西哥市也在 1 9 9

7、9 年初建成一座可供数百辆城市中巴 加气的 L N G 汽 车加气站， 这表明L N G 汽车 技术已 实 用化。 国内 在9 0 年代初 注意到L N G汽车的出 现并 开始L N G汽车 研究。 1 9 9 1) 年， 开 封深 冷仪器 厂、国 家科 委、 北京市不 书 委 和北京 焦 化厂在北京建成一套小 型L N G试验 装置的 同时， 研制了 一台L N G 一 汽油两用燃料汽车. 进行了 近 4 ,0 0 0 1“ 0 的 运行试验;1 9 9 3 年，四 川省绵阳市燃气集团公司、吉林油田 分别与中科院 低温中心联合研制了 一台 L N G -汽油两用燃料汽车， 并进行了 一系列的

8、 运行试验，均取得了 较为理想的 运行效 果。 但由于当时国内L N G工 业没有发展 起来。 本身技术不很完善以 及缺乏资金等原 因， 使得L N G 汽车 技术无 法完善 和推广. 3 我国 发展】 .VG 汽车的 可 行性 探讨 3 . 1 技 术 可 行性 3 . 1 . 1 L N G 汽车 以L N G 为 燃料的 汽车 称为L N G 汽车， 一 般分三 种形式: 一种是 完 全以L N G 为 燃料 的 纯廿 汽车， 一种 为L N Y 】 与柴油混合使 用的双 嫩料L M汽车， 一种为LNG 与汽油 替换 使 用的 两用燃料汽车. 这几 种 INC 汽车的 燃气系统 基本相同

9、， 都是 将 L N G储存在车 用 L N G 储罐内， 通过汽化装 置汽化为o . 5 1A p 左右的 气体供 给发动机， 其主要 构成有im 储 4 2 罐、 汽化器、 减压 调压阀、 混合 器和控制系统 等， 如图1 所示。 车 用L N G 储罐一 般采用 双层金属真空 加多 层缠绕绝热技术， 国内 外都能 生产，国 外技术可保证 L N G日 蒸发率 在2 % 以内 ( 7 天 之内 不 产生蒸发损失) 。 汽化 器一 般 采用发动 机冷却水作 热源，由 控制 系 统根 据发动机工况调 节其汽化量。 减压 调压阀 和混 合器与G m ; 汽车基 本相同， 无 技术 难点。总 体来

10、讲，国 外Ic 汽车 技术 完全成熟，已 达到实 用技术 水平。 但是， 国 外L N G 汽车系 统价格十分昂 贵， 无法在国内 推广 使用。国内 改 装的 几台 样车均 采用与国 外类 似 的工艺，并 取得了比 较理 想的 运行 效果， 其 存在的 主要问 题是L N G 储罐 采用的 是真空 粉 末绝热技术， 绝热效果差 ( 日 蒸发率达到 4 % )， 一 些 低温阀 件， 如电 磁阀、 截止阀 可 靠性不高， 液位显示 装置不过关。 但是， 如 果通过引 进国 外成熟的 L N G 汽车 技术和设 备， 依靠国内 低温行业的 技术力量 完 全能 够解决 上述问 题， 使国内L N G

11、 汽车 技术 达 到实 用水平。 蒸汽抽出系统 减压调压阀 图1 . L N G 汽车 然料系统 3 . 1 . 2 L N G 汽车加气站 L N G 汽车加气站 有两种型式， 一 种是专对 L N G 汽车 加气的 单一 站， 一 种是可对 L N G 汽车， 也可对G wl汽车加气的混合站 ( L A N G 站)。 L N G 汽车加气站的 主要设 备有 L N G 专用储 罐、 I b 低温 泵、 L N G 计量装 置和 控 制系 统， 流程类似于普 通的 加油 站， 如图2 实 线部 分 所示. L N G 储罐是一 种双 层真空 绝热容 器，国内 外均能生 产， 而且 技术成熟

12、、 安全 可 靠， 在加气站中 储罐一 般 放在地下， 低 温 泵在储罐内 ， 用于 将罐内L N G 向 车 用储罐输 送， 计 量装置建 在储罐上方的 地面， 因 此整 个加气站占 地很少， 数百 平方米即 可， 在目 前的 加 油 站增设这套系 统十分容易。 4 3 |!1. 充液口 赢片 LNU 货 图2 . L A N G 汽车加气站流程图 L - c m 汽车加气站是 在上 述 L N G 汽车加 气站 基础上增设一套汽化系统而 成 ( 如图2 虚线部分所示)， 主 要包括高 压 低 温泵、高 压汽化 器、 C N G 储气瓶组 和口 (售气 机。 高 压低温泵将储缺内 的L n

13、增压后 注入汽 化器， I N G 吸收 外界 热量而汽化， 汽 化后的高 压 气体存于C N G 气瓶组内， 通过售 气机对C N G 汽车加 气。 汽 化过程由 控制系 统自 动 控制。 L - N G 汽车加气站技 术在国 外尤 其是美国、 加拿大、 法国 等是十分成熟的， 其工艺原理 比 较简单， 所采用的设 各中 低温储罐、 汽化器、 C N G 售气机、 C N G 储气瓶等在国内 是定 型产品， 技术成熟。 高 压低 温泵和计量 装置在国内 不太成熟， 可以 从国 夕 随 口 ， 通过消 化吸收也可实现国产化。 3 . 1 . 3 安全保障 技术 L WI汽车技术的 安全问 题，

14、 主 要是L N G 的 泄漏问 题。 为了自 M S 及时 检测到L N G 的泄 漏， L N G汽车 及加气站设有泄 漏检测、 冷量检测、 气体检测及火焰检测等安 全检测系 统。 L N G 一旦发生泄漏， 系 统会 采取自 动保护措施。国 外L r 汽车技 术， 在 其主要设备 上采取了以下安全措施: L N G 储罐设有防过量注入系统、 防超压 ( 超高 和超低) 系统。 汽化器的 进口 管线上设有紧 急切断阀， 一 旦汽化器发生泄 漏或其它事故， 立即 自 动 动作， 关闭 汽化器。 L N G 泵设有紧急切断阀，可以自 动动作。 4 4 为使 1 C ,的泄漏量达到最小，在管线的

15、每个独立 段都装有紧急切断阀。 另外， 主要的L N G 管 道上 还装有防超压的安全阀和防泄漏的 过流阀。 总之， U N 站用系 统和车用系 统自 身安 全 性设 计要 求非 常高， 发 生事故的 可能 性 很 小， 其安全性是有保障的。 3 . 2 资 源保障 L M 作为 一种新型 清洁能源， 国外从 7 0 年代开 始大 规模生 产， 至 今其总生 产规模 达到7 , 5 0 0 万吨/ 年，占 世界天然气销售量的2 0 % ， 且以 每年5 - 7 % 的 速度增长。 我国天然气资源非 常丰富，资源量达 3 8 X 1 0 12 M I ， 但分布不均，主要集中于中、西 部及海上，

16、因此通过液化运输来平衡地区之间的天然气供需矛 盾已 成为大家的 共识。 上 海大型L N 】 调峰工 厂预计年内 可投产，中 原油田的L N G 工 厂正 在筹 建中， 大 庆、 新 疆、 长 庆、四 川等油 气田 都在规划其L N 工厂， 中国 海洋 石油 天 然 气总公司 按 照国 家燃 气发 展规划正 在长江 三角 洲、 珠江三 角洲和闽 东 地区 等地筹建大型 进口L N G 接收 终端， 总规 划能力为1 , 8 0 0 万吨/ 年。未来数年内，中国的大部分地区将会得到L N G 供应。 3 . 3 L N G 汽车经济可行 性 3 . 3 . 1 L N G 价格 L N G是一种清洁 姗料，同时也是一种经济燃料。 参照日 本、 韩国的 进口I m 到岸 价， 我国 东南沿海 进口 的廿 到 岸价为3 . 5 布 / M A lb t u ， 相当于1 . 3 元 分 晰 ， ( 不含 税) ， 终端 外销价 格坏含运输费 ) 约 1 : 5 元/ N m , ; 而国内1