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1、,第4章 气体燃料汽车的安全技术 4.1 天然气汽车,主讲：朱明 高级技师、经济师,工程师 高级技能专业教师 汽车维修工高级考评员,4.1天然气汽车概述p81,根据GB7258-2004机动车运行安全技术条件，气体燃料汽车（gasoline fuel vehicle）是指装备有液化石油气、天然气或煤气等气体为燃料的发动机的汽车。,4.1.1 天燃气汽车发展史p81,燃气汽车 - 中国现状 在全球范围内，以压缩天然气(CNG)和液化石油气(LPG)作为汽车燃料已有70多年的历史。最早的压缩天然气(CNG)加气站是意大利人于1931年建成的，随后世界上很多国家也开始在燃气汽车技术上进行探索。 中国
2、开始发展燃气汽车的标志是1988年在四川南充建立了第一座加气站。截止到去年11月，中国已建成加气站730多座，改造汽车近30万辆。,4.1.2天然气汽车的类型 p82 -1)按储带天然气的压力和形态,1 压缩天然气汽车（CNGV）（Compressed Natural Gas Vehicle） 以高压气态储带天然气的天然气汽车称为压缩天然气汽车。储带于储气瓶内的高压天然气（通常为20MPa），工作时经降压、计量和混合后进入气缸，也可直接喷入气缸或进气管。CNGV是天然气汽车的主体。 2 常压天然气汽车（NNGV）（Normal Natural Gas Vehicle） 以常压气态储带天然气的天
3、然气汽车称为常压天然气汽车。常压天然气汽车出现于第一次世界大战期间，上世纪五六十年代在我国四川省有少量常压天然气汽车使用。这种原始的储带方式因携带不便和安全隐患太大，已基本被淘汰。,天然气汽车的类型 -储带天然气的压力和形态,3 液化天然气汽车（LNGV）（Liquefied Natural Gas Vehicle） 以液态储带天然气的天然气汽车称为液化天然气汽车。天然气在低于-161.5的超低温下以液态储存于绝热性能良好的容器中，工作时液化天然气经升温、汽化、计量和混合后进入气缸，也可直接喷入气缸或进气管。由于天然气液化后的体积仅为标准状态下体积的1/625，储带方便，应用潜力较大。 4 吸
4、附天然气汽车（ANGV）（Adsorbable Natural Gas Vehicle） 以吸附方式储带天然气汽车称为吸附天然气汽车。储带于储气瓶内的中压天然气（3.56MPa），工作时经降压、计量和混合后进入气缸，也可直接喷入气缸或进气管。,4.1.2天然气汽车的类型 -按燃料的组成与应用,纯（或专用）天然气汽车 单一燃料汽车，点燃式发动机。 NG汽油两用燃料（Bi-fuel）汽车 GB7258-2004中两用燃料汽车定义 NG柴油双燃料（Dual Fuel）汽车 GB7258-2004中双燃料汽车定义,4.2天然气汽车的安全性分析 p84,许多人认为天然气汽车携带内装20MPa天然气高压储
5、气瓶，就象随时都会爆炸的定时炸弹，很不安全。 天然气汽车的安全性必须从燃料特性和燃料容器来考虑天然气汽车的安全性,4.2.1天然气的理化特性p84,其主要成分是甲烷CH4约占8595%，还伴有少量的乙烷、丙烷、丁烷，以及少量的杂质氮、二氧化碳等。 天然气按其来源有气田气、油田伴生气和煤成气之分。 其中伴生气又有两种，一种是溶解在石油中，称为溶解气；一种是聚集在含气已饱和的油层顶部，称为气顶气。,天然气的理化特性,世界天然气的探明储量1995年1月1日为141万亿m3，按世界天然气协会主席杰福瑞塞斯勒先生的乐观测算，地球上的天然气够用200年以上。 在解决地下管道堵塞故障时发现了一种天然气水化物
6、，它在低温、高压下呈白霜状。 据报道在地球上永久冻土带和深海底部蕴藏有高达5000万万亿m3以上的水包甲烷形式的天然气水化物，足够全世界使用100万年。但由于开发费十分昂贵而无人问津。,CH4的主要性质,天然气的理化特性,天然气的自燃温度高达540，而汽油的自燃温度为260370。 天然气（甲烷）一般情况下为气态且其分子量为16，比汽油（114）小得多，而且比空气（28.9）小。当储气瓶发生泄露时，天然气将会迅速向上逸散，不易聚集； 天然气的可燃范围下限为5%（在空气中的体积比），比汽油的1.3要大得多。 尽管天然气的闪点很低，但由于很难达到被着火的浓度条件，其遇明火而被燃烧的可能性比汽油低。
7、,几种天然气汽车的特点对比,.,4.2.2CNG储气瓶 安全要求p87,CNG储气瓶是天然气汽车的重要部件，用来储存天然气，公称工作压力为20MPa或16MPa，一般为20MPa，属于高压容器，其生产需经国家劳动部认证。,4.2.2.1CNG储气瓶的 材质类型 、性能指标、设计要求,钢质或铝质金属气瓶（第一类）； 钢质或铝质内衬环状缠绕纤维气瓶（第二类）； 薄钢质或薄铝质内衬完全缠绕纤维（第三类）； 非金属材料内衬缠绕纤维气瓶（第四类）。,1)CNG储气瓶的材质类型,2)CNG储气瓶的性能指标,经济性：单位容积的成本（美国燃气研究会）。 气瓶质量：质容比，即单位储存容积的质量。 气瓶容积效率：
8、容积比，是可使用的内部容积与整个气瓶外部体积之比。 气瓶坚固性 ：在使用过程中，气瓶因碰撞、火烧、腐蚀等原因而发生损坏（失效）。,储气瓶经济性评价指标,天然气气瓶的安全装置,（1）过压安全（释放）阀 内装100易熔塞和26MPa爆破片，当瓶内温度、压力超过上述值时可自动泄气，以免温度、压力过高发生爆炸。 （2）充填限制阀 充气时气瓶内压力只要达到预定值，即自动停止充气，以防止使用中因温度升高瓶内压力超限。 （3）过流截止阀 当发生事故管道或阀门接口等处破裂，燃气大量逸出时，可自动关闭，切断气流。 （4）其他 油气转换开关具有停机时油气均可自动关闭。,钢瓶型号的组成部分,如标记为“CNP20-6
9、0-229A”的钢瓶意义为：公称工作压力20MPa，公称水容积60L，公称外径为229mm，结构型式为A的汽车用天然气钢瓶。,天然气气瓶检验规则,1）瓶体允许的制造公差 2）瓶体内外观要求 3）瓶口内螺纹 4）机械性能试验 5）硬度试验 6）冷弯和压扁试验,7）金相组织检查 8）水压试验 9）气密试验 10）爆破试验 11）无损探伤 12）出厂检验 13）型式试验,.,型式试验,、制造厂新设计的钢瓶； 、制造厂因改变原制造工艺而生产的钢瓶； 、改变瓶体材料牌号而生产的钢瓶； 、变更瓶体直径和设计壁厚生产的钢瓶； 、变更热处理方式而生产的钢瓶； 、变更最小屈服应力保证值超过60N/mm2而生产的
10、钢瓶。,火烧试验,点火后，火焰应环绕钢瓶整个环向。点火5min内，所有热电偶应显示不低于650并持续保持不低于650的温度。 钢瓶达到下列之一为合格：经30min火烧试验不爆破或安全装置泄露。但若安全装置在点火后5min内泄放，则应继续火烧试验至少5min。,爆破冲击试验,钢瓶充装压缩天然气至公称工作压力，将瓶体水平放置地面，在钢瓶中部上表面放置200g左右硝胺炸药，然后引爆。 钢瓶不破裂，测量凹坑深度应不小于5mm为合格。,4.2.2.3美国CNG气瓶公司,美国CNG气瓶公司对该公司生产的加强型铝复合材料气瓶所做的破坏试验主要有撞击试验、大火烧烤试验、爆炸试验和枪击试验，试验在美国政府批准的
11、专门机构的监督下进行的。,撞击试验,大火烧烤试验,试验时将气瓶水平置于架上，大火由气瓶下面燃烧。气瓶内的初始压力为19.2MPa，试验过程气瓶的温度变化如表：,爆炸试验,枪击试验,4.2.3液化天然气储气瓶,（1）低压。气瓶内压力一般略高于1.0MPa，比压缩天然气气瓶压力小得多。液化天然气气瓶按低压容器来设计，质量较小。为保证安全，当气瓶内的饱和蒸气压达到1.6MPa时，压力泄放阀开启泄气，以避免气瓶压力过高。 （2）超低温。天然气的主要成分是甲烷，在-161.5的低温下才被液化。在压力状态下，沸点升高，一般储存于气瓶内液化天然气的温度为-125-161.5。,LNG泵安装示意图,仪表检测点
12、及LNG储罐示意图,仪表检测点及LNG储罐结构,-气体浓度检测点；-温度检测点（高位）；-温度检测点（低位）；-测雾点；-干粉灭火器,液化石油气（LPG）汽 车,4，3液化石油气汽车的安全性分析,4，31 液化石油气的理化特性 液化石油气的主要成分是丙烷C3H8。，此外还含有少量的丁烷C4H10。、丙烯C3H6和丁烯C4H8。，它们的主要性质如表418。 表4-18 液化石油气的主要性质 中华人民共和国石油天然气行业标准SYY 75841998汽车用液化石油气，对汽车用液化石油气做出了有关规定，,4，3液化石油气汽车的安全性分析,中华人民共和国石油天然气行业标准SYY 75841998汽车用液
13、化石油气，对汽车用液化石油气做出了有关规定，如表419所示。 其蒸气压的限值规定，用来限制轻烃的含量，以保证液化石油气有正常的液化性能， 对丙烷以上的成分及丙烯的限制规定，用以保证燃烧良好和减少积渣。对腐蚀和含硫量也做了必要的规定。,液化石油气的物理、化学性能 LPG的主要成分为丙烷（70%）和丁烷（30%）。 常温下以气态存在，LPG有较好的挥发性，更容易和空气均匀混合。汽油的沸点为25215，常温下呈液态。 LPG为无色无味的气体，而且密度比空气大，泄漏后不易扩散，加入有臭味含硫化合物的加臭剂（加入量不超过0.001%），如果发生泄漏，容易察觉，以便及时采取消防措施。,国内外液化石油气汽车
14、（LPGV）的发展状况,第一代：机械式LPG系统 采用开环系统控制。排放和汽油相比有较大改善。主要用于化油器式汽车。,第二代：电控混合式LPG系统 采用电子控制闭环系统，将LPG和空气混合气体吸入气缸燃烧做功。主要用于化油器汽车和电喷汽车，排放能达到欧标准。但随着我国对汽车尾气排放要求的加强也逐渐退出国内市场。,第三代：LPG多点喷气式系统 电子控制喷射，直接把LPG气体喷射到进气道或者喷射到气缸内部。该产品主要用于电喷汽车，使用该系统的燃气汽车尾气排放可达到欧标准。 多点顺序喷射单燃料系统是将LPG气体不经混合直接喷入气缸，减少了进气阻力，各缸混合气更加均匀，燃烧更加充分， 车辆的动力性能、
15、排放性能都 远优于单点喷射系统。使用该 系统的燃气汽车尾气排放低于 欧标准。,液化石油气汽车（LPGV）的种类,1.单燃料（LPG）汽车 发动机的燃料供给系统专为燃用LPG燃料而设计，其结构保证气体燃料能有效利用。 2.两用燃料（LPG和汽油）汽车 汽车设有两套独立的燃料供给系统，利用选择开关可在LPG和汽油两种燃料中进行转换使用，但两种燃料不允许同时混合使用。 3.双燃料（LPG和柴油）汽车 系统有同时供给汽车两种燃料的装备，配备两个供给系统及两个独立的燃料储存系统。发动机工作于双燃料状态时，用压燃的柴油引燃LPG与空气的混合气而实现燃烧。发动机也可使用纯柴油工作。在低负荷及怠速时自动转换到
16、纯柴油工作方式。,液化石油气汽车整体布置,用于化油器型的汽车,用于电喷型的汽车,轿车LPG系统布置,大 客 车 LPG 系 统,液化石油气汽车燃料供给系统,液化石油气汽车专用装置, 一、加气口 组成：接头 、锁紧螺母 、单向阀 、外套 、阀体、密封垫 、钥匙 、旋盖 、连接圈 、安装盒,二、储气瓶,储气瓶由瓶体、防护盒、支架和组合阀组成,组合阀,组成：进气口单向阀、自动限充阀、出气口手动阀、 超流阀、安全阀（限压阀）、气量表及电子 显示器接头，有些还装有电磁控制阀。,1. 超量灌装防止阀：限制充量在0%以下，预留燃料因温差产生的体积变化量。 2. 压力泄放阀：当燃气钢瓶受热，致使钢瓶内压力异常上升超过临界值时，会自动泄压，即使蓄意将钢瓶置于火场都不会爆炸。 3. 超流量关闭阀：当供气管路受损破裂，出现异常大流量时，超流量关闭阀能自动感应并关闭燃气。 4.出气口手动阀：紧急情况下手动关闭输出阀，便于储气瓶及管路的维修、保养。 5
