LNG車載氣瓶發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用

1、LNG車載氣瓶1概述液化天然氣(LiquefiedNaturalGas,簡稱LNG)是當(dāng)今世界公認(rèn)的清潔能源。它熱 值高、燃燒充分、價格低，運輸經(jīng)濟(jì)性及安全性好，深受廣大用戶歡迎。以LNG 為燃料的液化天然氣汽車(LiquefiedNaturalGasVehicle，簡稱LNGV)已投入運行。LNG車載氣瓶作為LNGV車載燃料系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，也受到廣泛關(guān)注，一些研 究機(jī)構(gòu)、企業(yè)、高校加大了研發(fā)的力度 ：J。常規(guī)的LNG車載氣瓶工作壓力 <1 6MPa,國際市場價格為10005000美元MJ。它一般采用臥式，高真空多 層絕熱，容積不超過600 L，目前國內(nèi)市場上較多見的有 45、160、1

2、75、200、 335、375、410、450 L。2LNG車載氣瓶發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用2. 1發(fā)展現(xiàn)狀 國外LNG車載氣瓶于20世紀(jì)80年代在美國、加拿大、德國和法國等國開始研究， 至20世紀(jì)90年代初技術(shù)已趨成熟，并開始小規(guī)模推廣。目前全世界約有逾 1X 10裝有LNG車載氣瓶的汽車在運行，擁有 LNGV最多的國家是美國、日 本、俄羅斯和加拿大xj。表1為美國LNG車載氣瓶技術(shù)指標(biāo)。國外LNG車載氣瓶生產(chǎn)廠家主要有 美國泰萊華頓公司(TaylorWharton).、美國 查特深冷工程系統(tǒng)有限公司(chartIndustrieslnc.)和俄羅斯JSCCryo. genmash等。 美國泰萊華頓公

3、司是世界上專門從事研究開發(fā)氣體控制設(shè)備的最大跨國廠商，該公司生產(chǎn)的LNG車載氣瓶規(guī)格齊全，LNG保存期長，方便使用，深受各國用戶 歡迎。泰萊華頓公司生產(chǎn)的LNG車載氣瓶規(guī)格參數(shù)見表2。表1美國LNG車載氣瓶技術(shù)指標(biāo)型號LNG-LNG-LNG-LNG-72V90V119V150 V公稱容積/L272 . 5340. 7450. 5567. 8外徑/ mm660 . 4660. 4660. 4660. 4外形長度/ mm1320. 81555. 81930. 42346. 3空質(zhì)量/ kg158 . 8183. 7222. 3最大工作壓力/ MPa1. 591. 591. 591. 59主安全閥泄

4、放壓力/ MPa1. 591. 591. 591. 59副安全閥泄放壓力/ MPa2. 412. 412. 412. 41表2美國泰萊華頓公司LNG車載氣瓶規(guī)格參數(shù)型號LNG-72VLNG-90VLNG-119VLNG-150V公稱容積/L270340450570外徑/ mm660660660660外形長度/ mm1320155519302346空質(zhì)量/ kg177202241284主安全閥泄放壓力/MPa副安全閥泄放壓力/MPa美國查特深冷工程系統(tǒng)有限公司(chartl ndus-tries Inc.)是全球深冷和低溫設(shè)備行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，為廣大的深冷和低溫設(shè)備用戶提供標(biāo)準(zhǔn)化及客戶定制的產(chǎn)品和系

5、統(tǒng)方案。該公司生產(chǎn)的LNG車載氣瓶技術(shù)參數(shù)見表3表3美國查特深冷工程系統(tǒng)有限LNG車載氣瓶技術(shù)參數(shù)型號HLNG-52HLNG-52HLNG-63HLNG-72HLNG-97HLNG-100HLNG-119HLNG-150外徑/ mm510660610660610660660660外形長度/ mm14501020127012701800163019102290有效容積/L174178223250333341409511公稱容積/L197197238273367379450568空質(zhì)量/ kg111134125159200190229279滿意質(zhì)量/ kg184208218263339333400

6、493俄羅斯JSCCryogenmash是世界級低溫設(shè)備專業(yè)制造商，俄羅斯低溫工程領(lǐng)導(dǎo)者， 從事低溫設(shè)備研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、安裝、培訓(xùn)和服務(wù)工作，并承接交鑰匙 工程。 國內(nèi)國內(nèi)企業(yè)也加快了 LNG車載氣瓶的開發(fā)步伐。2002年8月，四川某公司55 L 車用低溫絕熱氣瓶試制成功；同月，配備該型車載氣瓶的樣車（羚羊 SC7101LNG/汽油兩用燃料轎車）順利通過國家重型汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心燃 氣汽車檢驗室檢驗帕0。2002年12月底，開發(fā)出35、55 L的LNG車載氣瓶并 成功打人市場。張家港某公司已與多家企業(yè)建立了長期的合作關(guān)系。該公司生產(chǎn)的LNG車載氣瓶的規(guī)格有275、335、375、45

7、0 L,技術(shù)參數(shù)見表4。表4張家港某公司LNG車載氣瓶動手術(shù)參數(shù)（不帶自增壓裝置）型號外形尺寸（長/mm） x（寬 /mm）x （高 /mm）1740 X500 X5251570 X700 X7401720 *00 *401970 X700 *40有效容積/L247300337405空質(zhì)量/Kg185225260305最大充液質(zhì)量105127143172/Kg安全閥泄放壓力/mpa北京某是國內(nèi)最大的鋼瓶生產(chǎn)企業(yè)。該公司生產(chǎn)的LNG車載氣瓶規(guī)格有265、285、340、378、400、450L，技術(shù)參數(shù)見表 5、6。表5HPDIT4型LNG車載氣瓶技術(shù)參數(shù)型號HPDIT4公稱容積/L265378

8、450有效容積/L230322394規(guī)格電 X1472電 X1875電 X2143空質(zhì)量/ kg226277312最大充液質(zhì)量/ kg97136167日蒸發(fā)率(LNG) /%<1. 4<1 . 2<1. o最高工作壓力/ MPa液位計形式電容指示電容指示電容指示表6CDPW600LNG 車載氣瓶技術(shù)參數(shù)型號公稱容積/L285340400有效容積/L254303356規(guī)格電 X1595電 X790/ X200空質(zhì)量/ kg227249272最大充液質(zhì)量/ kg108128152日蒸發(fā)率(LNG)/%<<<最高工作壓力/ MPa液位計形式電容指示電容指示電容指示

9、張家港某低溫裝備公司是國內(nèi)第一家設(shè)計和制造LNG車載氣瓶的企業(yè)。公司生產(chǎn)的LNG車載氣瓶規(guī)格有：60、275、335、450 L;采用高真空多層纏繞絕熱， 工作壓力1 6MPa。公司設(shè)計生產(chǎn)的LNG車載氣瓶已經(jīng)在烏魯木齊、貴陽等城 市大量應(yīng)用，其中在烏魯木齊已經(jīng)使用近 7年。寧波某公司是專業(yè)生產(chǎn)壓力容器的企業(yè)，也是浙江省最大的壓力容器制造企業(yè)， 在國內(nèi)行業(yè)中有一定知名度。公司生產(chǎn)的 LNG車載氣瓶規(guī)格有175、195L等。2. 2應(yīng)用LNG車載氣瓶在國外已逐步用于汽車、火車、船舶和飛機(jī)等交通工具。1985年10月，美國伯靈頓北方鐵路在從明尼阿普利斯到威斯康星的蘇必利爾的路段使用以LNG車載氣瓶

10、為燃料箱的列車。此后美國、俄羅斯、比利時、芬蘭、德國、 荷蘭、挪威、法國、西班牙、英國等國家都有 LNG車載氣瓶投入使用的報道， 歐洲的梅賽德斯一奔馳公司、曼公司、 Messer公司、寶馬公司開發(fā)的新型汽車 上也競相使用了 LNG車載氣瓶。據(jù)稱日產(chǎn)、福特兩大集團(tuán)也正全力以赴開發(fā)以LNG車載氣瓶為燃料箱的汽車。LNG車載氣瓶應(yīng)用市場前景廣闊，主要集中在 轎車、公交車、重型汽車等。 LNG車載氣瓶應(yīng)用于轎車。早在1987年，莫斯科就有400多輛安裝有LNG 車載氣瓶的轎車在運行。2005年，我國貴陽市公交總公司和貴州大學(xué)進(jìn)行產(chǎn)學(xué) 研優(yōu)勢互補合作，利用舊車開始實施 LNG車載氣瓶的安裝改造。2006

11、年10 月, 國內(nèi)首臺裝有LNG車載氣瓶的試驗轎車面世并載客運營，自此貴陽出租車開始 批量改造，首開全國在用車改造使用 LNG車載氣瓶供氣的先河。截至2007年1 月，貴陽市公交總公司成功改裝 200輛LNG轎車，一次充滿LNG，測試運行 485km。表7為某公司生產(chǎn)的轎車用LNG車載氣瓶參數(shù)。表7轎車系列LNG車載氣瓶參數(shù)（工作壓力為1 6MPa）公稱容積/L有效容積/L日蒸發(fā)率/%空質(zhì)量/ kg40364662555870636211110084LNG車載氣瓶應(yīng)用于公交車。21世紀(jì)初，上海交通大學(xué)承擔(dān)了上海市液化天然氣公交車相關(guān)項目的開發(fā)研究工作，并成功通過技術(shù)驗收。2003年，北京市利用

12、國外技術(shù)在城市公交車上成功實施了LNG車載氣瓶供氣示范項目，驗證了LNG車載氣瓶作為燃料箱的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性和相對于CNGV的優(yōu)勢。隨后，烏魯木齊、長沙、?？?、湛江等城市也已開始城市公交車使用LNG的示范應(yīng)用，還有一些城市也在進(jìn)行LNG車載氣瓶的可行性研究工作一 0。2009年4月底， 湛江市100輛LNG公交車已安全行駛總里程達(dá) 719x10。km,車輛完好率為 96. 9%,與同運營線路同品牌同規(guī)格的柴油公交車相比，燃料費用下降26. 3%,發(fā)動機(jī)潤滑油費用下降50%，尾氣排放除一項指標(biāo)優(yōu)于國川未達(dá)國W外，其余 指標(biāo)均優(yōu)于國W標(biāo)準(zhǔn)。表8為某公司生產(chǎn)的公交車用LNG車載氣瓶參數(shù)。表8公交車系列

13、LNG車載氣瓶參數(shù)（工作壓力為公稱容積/L有效容積/L日蒸發(fā)率/%空質(zhì)量/ kg2001801. 91702402151. 91882752401. 92103733351. 92804564101. 9320 LNG車載氣瓶應(yīng)用于重型卡車。早在 2005年和2006年，陜西重汽和華菱汽 車就把LNG重型卡車推向市場。東風(fēng)商用車、中國重汽、上汽依維柯紅巖、陜西重汽、華菱等多家主流重型卡車企業(yè)都已經(jīng)生產(chǎn)有帶LNG車載氣瓶的重型卡車產(chǎn)品。2. 3LNG車載氣瓶的特點 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢LNG溫度在一 162C左右，壓力約為，密度約為 423 kg/m3,氣化后體積約為 液態(tài)體積的600624倍，同容積LNG

14、車載氣瓶盛裝量（質(zhì)量）是CNG的倍。國 外大型LNG貨車車載氣瓶一次加氣可連續(xù)行駛 10001300 km,非常適合長距 離運輸。國內(nèi)410 L車載氣瓶加氣一次在市區(qū)可連續(xù)行駛 400500 km,在高速 公路加氣一次可連續(xù)行駛約 700 km?？梢奓NG汽車與現(xiàn)有的CNG、LPG汽車 相比，大大提升了車輛續(xù)駛里程隅。如珠海廣通汽車有限公司10.5 m空調(diào)公交 車采用335 L的LNG車載氣瓶，一次充裝可續(xù)行 530550 km。 安全性LNG的燃點為650E，爆炸極限為5%15%，氣化后密度較小，稍有泄漏會立 即揮發(fā)擴(kuò)散；而LPG燃點為466C，爆炸極限為2. 4%9. 5%,氣化后密度 大

15、于空氣，泄漏后不易擴(kuò)散；汽油燃點為 427C，爆炸極限為1. 0%7. 6%; 柴油燃點為260E，爆炸極限為0. 5%4. 1% 819?？梢娧b載LNG車載氣瓶 的汽車比LPG、汽油、柴油汽車更安全。 環(huán)保性LNG中甲烷含量（摩爾分?jǐn)?shù)）在90%以上，且脫除了硫和水分，其組成比 CNG更 純凈，與燃油車相比，裝載LNG車載氣瓶的汽車有害物質(zhì)排放量降低約 85%左 右，被稱為真正的環(huán)保汽車。 可實現(xiàn)無排放加氣實施無氣體排放加氣后，可有效減少天然氣氣體的泄放，節(jié)省了燃料，同時減少 了發(fā)生火災(zāi)的可能。以國內(nèi)為例，查特深冷工程系統(tǒng) （常州）有限公司推出了適用無排放加氣的 LNG 車載氣瓶系列產(chǎn)品，其加

16、氣時間約為常規(guī)排放加氣時間的 1 4。 可用于車輛制冷利用 LNG 還可以改變以往汽車空調(diào)的設(shè)計思路。目前汽車空調(diào)裝置是基于壓縮 式制冷原理開發(fā)的，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、控制繼電器、 電子真空閥、加熱器、轉(zhuǎn)速真空穩(wěn)定器、過濾干燥器、電機(jī)以及風(fēng)扇等，這些裝 置都需要汽車發(fā)動機(jī)提供動力，必然降低汽車的有效功率。如果將 LNG 車載氣 瓶內(nèi)的 LNG 用作燃料的同時又利用其氣化釋放的冷量來制冷和冷卻發(fā)動機(jī)，將 大大提高汽車的效能。3LNG 車載氣瓶結(jié)構(gòu)及操作原理31 結(jié)構(gòu)LNG 車載氣瓶的作用是儲存并供給燃料。 當(dāng) LNGV 工作時， LNG 車載氣瓶中的 液化天然氣在自身壓力作用

17、下， 從液體管道中流出， 經(jīng)燃料切斷閥和過流閥進(jìn)入 氣化器內(nèi)被加熱氣化，供汽車使用。LNG 車載氣瓶由內(nèi)膽、外殼、絕熱結(jié)構(gòu)、支撐系統(tǒng)和剛性組件等組成。內(nèi)膽用 以盛裝 LNG ，內(nèi)部有加注噴淋管、液位探頭等。外殼和內(nèi)膽之間是密閉的真空 絕熱夾套，夾套采用高真空多層絕熱， 又稱超級絕熱。 外殼保護(hù)內(nèi)膽并對整個瓶 體起支撐作用，具有高強(qiáng)度及良好絕熱性能的支承系統(tǒng)將內(nèi)膽懸掛在外殼之內(nèi)； 支承結(jié)構(gòu)多采用軸向支撐固定內(nèi)膽。在移動或運輸過程中，內(nèi)膽容易發(fā)生振蕩， 尤其對于滿液的 LNG 車載氣瓶，裝載的 LNG 自重所引發(fā)的支撐臂的彎曲不可 被忽略，最大應(yīng)力主要出現(xiàn)在頸管與內(nèi)封頭連接處。32 操作原理開啟增

18、壓閥， 氣瓶底部液體通過增壓盤管與外殼內(nèi)壁進(jìn)行熱交換， 轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡驼?氣，經(jīng)組合調(diào)壓閥回到氣瓶氣相空問以增加氣瓶內(nèi)壓力。 在使用過程中增壓閥可 以一直處于開啟狀態(tài)， 其管道是否流通由組合調(diào)壓閥來控制， 當(dāng)氣瓶內(nèi)部壓力達(dá) 到組合調(diào)壓閥設(shè)定壓力后，增壓系統(tǒng)自動關(guān)閉，使用結(jié)束后，手動關(guān)閉增壓閥。 進(jìn)液閥和出液閥用以控制低溫液體的充灌和排放， 可通過專門軟管與閥前快速接 頭相接， 進(jìn)行對氣瓶的充灌和排放。 排放閥與氣瓶氣相空間相連， 開啟此閥可釋放氣瓶內(nèi)氣體使壓力降低。 氣瓶液位計采用抗振、 抗污染的電容式液位計， 可有 效防止過量充裝。4 設(shè)計LNG 車載氣瓶采用臥式雙圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)膽允許的最大盛液容

19、積取 09 倍的公稱 容積；內(nèi)膽的組成最多不超過 3 部分，即采用縱縫 1 條、環(huán)縫 2 條的結(jié)構(gòu)。 水壓試驗壓力為工作壓力的 2 倍，氣壓試驗壓力為工作壓力的倍， 安全閥開啟壓 力為工作壓力的倍，爆破片爆破壓力不大于工作壓力的 2倍。5安全性能試驗 LNG 車載氣瓶在生產(chǎn)完成后，須通過一系列安全性能試驗，包括振動試驗、火 燒試驗、跌落試驗等。51 振動試驗振動試驗主要模擬檢驗 LNG 車載氣瓶在汽車運行條件下，內(nèi)膽與外殼的支撐結(jié) 構(gòu)、管道系統(tǒng)等附件的耐久性。振動試驗前氣瓶中充裝與裝滿 LNG 等質(zhì)量的液 氮，氣瓶處于完全冷卻狀態(tài)，壓力（表壓）為OMPa。振動加速度為3g（g為重力加 速度），振動方向為汽車前進(jìn)方向的