LNG汽車加氣站及車輛技術應用

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長沙市清潔汽車協(xié)調(diào)領導小組專家組組長、高級工程師李竹林一、能源緊缺、油價上漲、環(huán)境保護—給發(fā)展LNG汽車應用帶來機遇

國際石油緊缺，油價上漲；

中國年進口石油已＞1．4億噸，石油的依存度＞50%；

威脅國家安全、國計民生和國民經(jīng)濟GDP值的增長；

國家強制執(zhí)行節(jié)能減排政策；

“十一五”國家實施“節(jié)能與替代石油”工程；

①節(jié)能降耗；緩解石油供應緊張狀態(tài)；

②減排：國家實施機動車排放法規(guī)，降低尾氣污染；

提高公交等運輸企業(yè)效益和運行效率；

長沙市政府實施“藍天碧水”工程的有效舉措；

LNG汽車產(chǎn)業(yè)將為長沙市帶來節(jié)油、經(jīng)濟、環(huán)保、產(chǎn)業(yè)效益。

二、LNG汽車的優(yōu)點

1、LNG：-162℃，常壓：為氣態(tài)的1/625；

2、氣質(zhì)更清潔，無硫﹑水分﹑雜質(zhì)，尾氣污染小；

3、燃料成本比汽油車低30%以上，維修費低；

4、安全性好：泄漏形成低溫區(qū)，不易引燃，LNG氣瓶飽和氣壓低為0.4-0.7Mpa

5、體積密度大，一個410L氣瓶公交車可行駛600-800KM；

6、應用于公交車，城際客車，貨運班車，重型貨柜車，垃圾車,郵政專用車此外還可用于出租車（一次加氣可連續(xù)行駛400公里）。

三、長沙市LNG汽車項目

2005年12月經(jīng)攻關研制成功電控、排放達到國Ⅱ的長10M一汽CA6102N2型120HP發(fā)動機和南內(nèi)NQ160N2型160HP發(fā)動機LNG公交車并上國家目錄；

52輛LNG示范公交車，營運在龍驤巴士103，168公交線路上；目前已安全運行了11萬公里；

建立了政府領導的組織體系，研發(fā)體系，生產(chǎn)體系，運行體系；

湖南龍驤巴士公司通過運行積累了經(jīng)驗，培育了人才，建立了各項制度，研制了運行的統(tǒng)計管理分析軟件。

“十一五”國家863計劃新能源汽車課題：“LNG公交車運行示范”

進行整車實用化，工藝化，標準化，建立完善的安全、運行、管理制度及考核體系；

自主創(chuàng)新，采用高新技術建設LNG汽車的產(chǎn)業(yè)鏈

應用電子監(jiān)控管理、統(tǒng)計、分析軟件進行數(shù)據(jù)分析，提供技術、經(jīng)濟評價。四、ＬＮＧ汽車加氣站建設

4.1、ＬＮＧ氣源、氣價

－中國儲量已探明總儲量1．52萬億M3；

－新疆廣匯LNG廠規(guī)模152萬M3/日，甲烷82．3%，熱值9800Kcl/Nm3，現(xiàn)200萬噸的LNG廠正在建設中；

－建立43m3貨柜式儲罐車隊，5天送抵長沙，車用氣價3．1元/Nm3；

國內(nèi)LNG廠已相繼建設：內(nèi)蒙、四川達州、海南、山西等地迅速增加。

－山西有液化煤層氣，其組份是：

甲烷96．85%熱值：7800Kcl/Nm3；

國家首批沿海10個城市建設進口LNG儲運基地；

總投資290億元的深圳中澳LNG項目一期已經(jīng)正式投產(chǎn)，珠海高蘭港已實施建設第二個LNG接收站，30萬噸LNG廠年底投產(chǎn)，至長沙運距900KM，上海、福建的進口LNG儲備庫08年投產(chǎn)；

4.２、LNG汽車加氣站

4.２.1加氣站的主要設備及要求LNG貯罐：2x50m3真空粉末絕熱貯槽，日蒸發(fā)率＜0.2%；

LNG增壓器：空溫式汽化增壓器；

潛液泵：為浸沒式兩級離心泵，美國ACD公司產(chǎn)品；

售氣機：LNG質(zhì)量計量式、精度為1.5%；

·具有溫度補償和氣體回收功能；

·加滿、限量自停功能；

·溫度、壓力、密度、體積、重量的適時顯示；

·具有限溫加液功能；

二級控制：第一級是就地手控；第二級是PLC系統(tǒng)通過PLC控制器實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理控制；

安全監(jiān)控：當貯罐壓力大于設定值時，安全閥起跳；

高﹑低液位超限及內(nèi)罐超壓泄漏報警系統(tǒng)；

甲級資質(zhì)的設計院規(guī)范設計；

采用美國A57標準為主要設計依據(jù)；

撬裝站：25M3儲罐，其余與固定站設備類同；

儲罐高壓泄放氣應連通居民或站內(nèi)生活、發(fā)電用氣。4.２.2加氣站工藝流程

卸車流程：

LNG貯車—密閉接頭—LNG泵—LNG貯罐

加液流程：

LNG貯罐—LNG泵—加氣機—LNG車載氣瓶

調(diào)壓流程：

LNG貯罐—LNG泵—LNG汽化器—LNG貯罐（氣相）

泄壓流程：

LNG貯罐—安全閥（泄壓）

4.3、車載LNG儲液瓶

4.3.1供氣系統(tǒng)及工作原理

車用LNG氣瓶內(nèi)常規(guī)飽和氣壓：0.4-0.7Mpa；

運行時，氣瓶的排液閥→限流閥→汽化器→緩沖罐→過濾器→電磁閥→發(fā)動機燃氣系統(tǒng)；

瓶內(nèi)氣液相壓力調(diào)整：經(jīng)濟閥具、超低溫耐久性；

氣瓶排液出口設限流閥，可防止管路過量外溢；

優(yōu)化設計管路及過濾器，保證終端壓力、流量；

精確的液位顯示系統(tǒng)，精度2%以上；

安裝位置：車體中部便于維修和加氣時的操作。4.３.3、安全性能試驗

振動試驗：6個自由度，3g的加速度，30Hz的振動頻率；

墜落試驗：9.2m高空自由墜落到硬質(zhì)混凝土地面；

火燒試驗：外部538℃，持續(xù)20分鐘以上不泄氣；

蒸發(fā)率試驗：日蒸發(fā)率＜2.0%（液態(tài)）；

符合現(xiàn)行的Q/HK718-2006企業(yè)規(guī)范。

4.３.4、LNG儲液瓶規(guī)格型號公交車系列（工作壓力1.6MPa）５、LNG示范公交車的整車設計和技術要求

5.1、整車技術、經(jīng)濟要求

排放達標：歐Ⅱ，十月份之后：歐Ⅲ；

經(jīng)濟性好：氣耗低，每升油節(jié)省0.5元以上;

優(yōu)化整車結(jié)構:輕量化，前后軸荷合理;

發(fā)動機扭矩大,功率適中，常用負荷在燃料經(jīng)濟區(qū)域運行;

噪聲?。哼_到國家標準;

優(yōu)化傳動系統(tǒng)：調(diào)整后轎變速比，最高車速>70KM/h;

續(xù)駛里程：﹥250KM，氣瓶容量，不宜過大；

整車性能達到國家現(xiàn)行車輛標準和LNG專業(yè)標準;

安全性：燃氣報警系統(tǒng)；

車型：前置機型和后置機型，要優(yōu)選整車長度；

底盤、整車應上國家目錄公告.

5.2、車型選擇

大型城市主流公交車型為底地板后置式，長11-12M

省會城市主流公交車型為后置式,長10-10.5M；

長沙前置式車型：選用一汽發(fā)動機廠產(chǎn)品，CA6102N2型LNG發(fā)動機公交車，車長10.3M，整備質(zhì)量8.7T，總質(zhì)量13.5T；

長沙后置式車型：選用東風南充發(fā)動機廠NQ160N、LNG發(fā)動機的CKZ6108HNA型公交車，車長10.3m，整備質(zhì)量8.8T，總質(zhì)量14T；

優(yōu)質(zhì)的底盤及相關配套設備；

氣瓶安裝處車體局部結(jié)構加強．

5.3、LNG公交車發(fā)動機電控燃氣系統(tǒng)

5.3.1、技術要求：

排放：國Ⅱ，08年后國Ⅲ；

優(yōu)化結(jié)構：提高充氣及燃燒效率；

耐磨合金汽門座；

配氣機構：減小凸輪軸進排氣夾角；

壓縮比：汽油機體：8.8-10、柴油機體：10.5-12;

水冷空壓機，機油冷卻器；

增加水泵流量和散熱器散熱能力；

閉環(huán)電控噴射型順序點火箭發(fā)動機燃氣系統(tǒng)；

增加中冷動力，降低燃燒溫度、排放；

5.3.2、電控技術特點電控供氣系統(tǒng)的ECU+多種傳感器，優(yōu)化最佳空燃比，

實現(xiàn)控制燃料、燃燒，穩(wěn)定的怠速、車速；

稀薄燃燒及高質(zhì)量寬域氧傳感器；

順序點火及電控點火提前角；

電子節(jié)氣門提高同步性；

切斷閥：突降負荷切斷燃料供給；

催化轉(zhuǎn)換器：金屬型，耐高溫，背壓低，功率下降<1%，2年16萬公里；

高質(zhì)量噴咀：壓力>0.25Mpa；

自學習功能選擇合理的空燃比；

氣質(zhì)感應器：根據(jù)燃氣的組份優(yōu)化空燃比。5.3.３順序點火電控供氣系統(tǒng)：

噴射閥式電控系統(tǒng)：

采用由控噴射調(diào)節(jié)器正壓三級減壓燃氣系統(tǒng)，比例式正壓混合器可以根據(jù)燃氣的組份和熱值及地域的氣壓等進行調(diào)整，實現(xiàn)最佳空燃比；

電控噴射器型：

由分組噴嘴噴射(CNG)或電控膜片減壓器(LNG)輸出的燃氣進入閉環(huán)電控的發(fā)動機混合器與空氣混合進入發(fā)動機進氣系統(tǒng)，電控燃氣量實現(xiàn)最佳空燃比；

電控直噴型：

多點順序噴射閉環(huán)電控燃氣發(fā)動機每缸設置一個高質(zhì)量的噴咀,燃氣經(jīng)噴咀直接噴入氣缸，電控氣量實現(xiàn)最佳空燃比，混合氣燃燒時因受到汽缸內(nèi)高溫高壓的影響對噴咀的壽命和噴射質(zhì)量要求很高，因此價格昂貴。

5.3.４點火系統(tǒng)

長沙龍驤巴士公司LNG汽車順序點火系統(tǒng)執(zhí)行元件作了改進；

點火系統(tǒng)：提高點火能量，增加動力，降低LNG耗氣量;

火花塞：耐高壓、高溫>820C;

電感線圈：電壓>38kw;

高壓線：耐高溫、防水透氣防閃絡。

TORCH火花塞5407

改變陶瓷件的參數(shù)，增加火花塞耐高溫和耐高壓；

采用特殊的電阻結(jié)構，減少電阻值的變化；

提高火花塞內(nèi)部耐腐蝕能力；

提高火花塞點火能量；

TORCH點火線圈DQG1228

采用先進單缸順序點火技術；

調(diào)整點火線圈內(nèi)部參數(shù)，提高線圈的點火能量，滿足LNG燃氣點火能量需求；

采用耐壓、耐溫更高的進口漆包線和環(huán)氧樹脂，提高產(chǎn)品的工作可靠性、延長產(chǎn)品的壽命；

產(chǎn)品安裝簡單、可靠；TORCH高壓阻尼線ZNR1151C

采用耐高溫和耐高壓的硅橡膠線體和護套，提高產(chǎn)品整體性能；

設計合理的與火花塞連接的護套結(jié)構，增加排氣孔，保證連接的可靠性；

在與火花塞的連接處，采用ICIM技術，減少火花塞的表面閃絡；

TORCH火花塞、點火線圈、高壓線系統(tǒng)匹配優(yōu)化設計

系統(tǒng)的優(yōu)化設計，提高點火能量，降低LNG消耗量；

系統(tǒng)阻值的匹配設計，減少傳遞的能量損失，和減少對環(huán)境的電磁干擾；

產(chǎn)品間的連接、配合合理、可靠；

脈寬保證額定轉(zhuǎn)速下的點火功效；5.4、10.4M前置式LNG公交車的研制

5.4.1、CA6102N2發(fā)動機研制

采用自然吸氣、點燃式發(fā)動機，進行如下技術措施：

1）增設水冷空壓機、機油冷卻器；助力轉(zhuǎn)向泵；

2）提高充氣效率：將進氣口改為雙進口；

3）高耐磨的氣門座；

4）壓縮比增至8.8；

5）“鼎輝”三級減壓調(diào)節(jié)器，比例式正壓可調(diào)混合器；

6）美國德爾福技術的單點閉環(huán)電控燃料供給系統(tǒng)；

7）金屬型三元催化器，功率損失小于1%；

8）發(fā)動機功率：89kw；扭矩：335Nm。

9）最低氣耗率：265g/kw·h；

10）最高車速：100km/h（裝5噸沙袋試車）；

11）適用于長10m左右、重8-9噸級的公交車;

12)排放:歐Ⅱ。5.4.2、運行情況：

1）兩輛示范車從2005年2月試運行10個月后投入線路正式運行至今已安全行駛近16萬公里；

2）310L氣瓶一次加氣充裝后可行駛600Km，今后用240L氣瓶；

3）市內(nèi)公交工況百公里耗氣量：31m3，同型汽油機車百公里耗油量：31L；

4）經(jīng)濟效益見LNG汽車的經(jīng)濟效益估算表。5.4.3、尾氣排放

1）2004年6月25日通過了國家重型汽車質(zhì)量檢驗中心的檢測，排放達到國II標準；

2）長沙市環(huán)保局檢測：2005年6月7日和11月30日兩次檢測達標，LNG汽車不僅尾氣排放好，而且穩(wěn)定持久。5.510.3m后置式公交車的研制

5.5.1、整體配置

1）車體：10.3m的低地板車體，優(yōu)化結(jié)構車體自重輕，符合“客車結(jié)構安全要求”（GB13094-1997）；

2）配二汽EQ6100KRKN型底盤

3）東風南充發(fā)動機公司NQ160N型LNG發(fā)動機

4）在車輛行駛各工況下發(fā)動機均在大扭矩、低耗氣的區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)：1200—1800轉(zhuǎn)/分

5）配置四川空分集團產(chǎn)品240升LNG車用氣瓶供氣系統(tǒng)。

5.5.2、NQ160N發(fā)動機研制

1）自然吸氣型發(fā)動機壓縮比：11.5；

2）擴大進、排氣孔道：提高充氣效率；減少排氣背壓；

3）優(yōu)化燃燒室提高燃燒效率﹑耐磨合金氣門座；

4）三級減壓調(diào)節(jié)器，比例式混合器，德爾福單點閉環(huán)電控燃料供給系統(tǒng)，今后采用配置噴射閥式的電控系統(tǒng)；

5）金屬型三元催化器，功率損失小于1%；

6）整機氣耗：﹤215g/kw·h；

7）最高車速：80km/h（裝5噸沙袋試車）；

8）適用于長10-10.5M左右、重9噸級的公交車。5.5.3、運行1）50輛LNG公交車通過一年多的運行，證明NQ160N發(fā)動機動力性好，一次加氣充裝后可行駛300KM以上；

2）市內(nèi)公交工況百公里耗氣量：32-33M3,同型柴油車百公里耗油量28-30升；

3）經(jīng)濟效益見LNG公交車經(jīng)濟效益估算表。5.5.4、尾氣排放

1）2005年6月28日通過國家檢測，達到歐II排放標準；

2）2005年12月23日長沙市環(huán)局檢測，排放仍然達標；

3）通過近一年多的運行，性能整車穩(wěn)定，尾氣排放狀態(tài)良好

LNG公交車經(jīng)濟效益估算表5.6、運行、研發(fā)、推廣應用5.6.1、示范車隊運行52輛示LNG公交車的營運證明：環(huán)保、經(jīng)濟效果明顯；

100%國產(chǎn)的LNG氣瓶車用燃氣成套設備及技術基本可行；

根據(jù)Ａ57規(guī)范，應加裝燃器報警系統(tǒng)；

加強安全生產(chǎn)、運行管理，提高安全防范意識；

科學管理，做好數(shù)據(jù)采集、費用統(tǒng)計工作；

通過實用化和技術改造，使車輛性能更完善；

調(diào)集專業(yè)人才，成立專業(yè)維修公司，實現(xiàn)燃氣汽車的維修保養(yǎng)專業(yè)化、科學化。

加強培訓，定期考核，提高操作人員技術素質(zhì)。

5.6.2、研發(fā)

調(diào)集資深專家、高科技人才，走官產(chǎn)學研的道路：

研發(fā)更大功率230-280HP的單點發(fā)動機和噴射型，順序點火電控燃氣系統(tǒng)，適用于10-12m客車，排放達到國III；

研制出租車國III電噴發(fā)動機相匹配的電控噴射型燃氣系統(tǒng)；

開發(fā)歐II排放的公交車用噴射閥型順序點火燃氣系統(tǒng)，用于在用車油改氣；

完善LNG氣瓶供氣系統(tǒng)的規(guī)范、標準工作，降低成本；

研發(fā)噪音低、振動小、重量輕