天然氣汽車加氣站的發展趨勢

重慶大學城市建設與環境工程學院 饒映明 羅賢成

蘇州港華燃氣有限公司 胡正新

0 引言

清潔能源天然氣越來越被國人認識，同時在我國加速發展天然氣管網建設的推動下，國內掀起了建設CNG汽車加氣站的高潮。雖然CNG汽車加氣站供氣系統較為簡單，技術成熟，在有管網的情況下，獲得CNG的價格可能比LNG低很多，但是目前國內CNG有著以下的缺點，限制了天然氣汽車的更廣闊應用：(1)必須有連接加氣站的管線；(2)必須建立一套復雜的壓縮機組和冷卻裝置；(3)必須建立除塵、脫水、脫硫等配套裝置。2004年以后，LNG加氣機技術在國內日趨成熟，并已形成了相關產業。目前，成都華氣厚普機電科技有限責任公司、重慶四聯油氣設備制造有限公司等企業生產的LNG加氣機在國內市場占據大量的份額。據統計到2010年，LNG客車有2 830輛，LNG重卡達2 952輛。LNG汽車是節能減排而又安全的環保型汽車，而且LNG汽車行駛里程長，具有廣泛的應用前景。L-CNG加氣站是一種電力消耗小、單位儲存密度高、無需敷設城市管線和靈活的加氣模式，它可以作為目前階段天然氣汽車發展的一個過渡階段而被大力發展。

1 L-CNG加氣站概況

1.1 L-CNG加氣站具有以下特點

CNG加氣站流程比較簡單，但只能為CNG汽車進行加氣，加氣站的地點選擇也依賴于現有天然氣管道；盡管設施建設成本相對較低，但安全性能低。LNG加氣站流程相對復雜，而且只能為LNG汽車加氣，由于需要配備LNG貯存罐等設備建設成本也較高，但是安全性能較高。L-CNG加氣站可同時為CNG和LNG兩種汽車加氣，但是L-CNG加氣站設備多，建設成本高。另外加氣站只要采取防泄漏措施安全性良好。

(1)無須在城市敷設管線，只需要購買液化天然氣槽車來裝卸液化天然氣。目前，這種專用車輛國內已開始生產。

(2)使用費用低廉，運行成本低，傳統CNG加氣站使用壓縮機做功，使用冷卻裝置和脫水裝置，電力消耗是站內主要經濟支出，按電價0.65元/kW·h算，每壓縮1 m3的CNG，僅電費支出就在0.16元左右。而L-CNG汽車加氣站耗能僅為0.12元/m3。

(3)加氣量大，由于采用液體直接氣化，速度快，可同時給 10輛以上的汽車加氣，考慮到壓縮機冷卻問題，這個加氣速度是常規站不可比擬的。這樣就可以給這種站多帶幾座子站，以增加加氣的服務范圍，增加經濟效益。另外，由于這種方法生成的CNG溫度低，車輛的充氣率比較高，車輛一次充氣行程也長些。

L-CNG加氣站可以作為CNG向LNG加氣站過渡的一種加氣站，可以在原有的CNG加氣站上進行改造，也可以建新的L-CNG加氣站，方式更加靈活。

1.2 L-CNG加氣站工藝流程

L-CNG加氣站工藝流程見圖1，可分為四個部分：卸車流程、調壓流程、加氣流程、卸壓流程。

圖1 L-CNG加氣站工藝流程示意

1.3 工作原理

(1)卸車流程。將LNG槽車內LNG轉移至加氣站LNG儲罐內，有二種方式：一是自增壓卸載,即將在增壓器中氣化的LNG返回槽車貯槽增加壓力卸載LNG。這種方法簡單，僅需少量管路和閥門。二是采用安裝在槽車上的低溫泵來卸載，盡管存在造價高、結構復雜等問題，但因其卸載時間短、效率高而受到廣泛應用。

(2)調壓流程。卸車完畢后，須對儲罐中的LNG進行升壓方可給兩種汽車加氣。升壓方式有二種：一是通過儲罐調壓氣化器升壓，這種方式優點是工藝、設備簡單且不耗能，缺點是升壓時間長。二是通過泵低速循環進行升壓。儲罐升壓采用二者結合的方式較為合理，雖然增加了造價、能耗，但大大縮短了調壓時間，從而確保加氣時間。

(3)加氣流程。LNG液相高壓泵從LNG儲罐內抽出LNG，加壓至約22 MPa，進入高壓氣化器氣化后，進入CNG儲氣裝置。當CNG儲氣裝置壓力達到設定值時，LNG液相高壓泵停止運轉；當CNG儲氣裝置壓力低于某一設定值時，LNG高壓泵自動啟動運轉。CNG儲氣裝置的天然氣通過CNG售氣機向CNG汽車加氣。對LNG汽車加氣則是通過LNG液相泵和售氣機予以實現。加氣站設有車載瓶到儲罐氣相的回流管，可對車載瓶中余氣進行回收和計量。

(4)卸壓流程。儲罐在使用過程中，罐內壓力會升高。當儲罐壓力大于設定值時，相關閥門打開，釋放儲罐中的氣體，降低壓力，確保儲罐安全。該部分氣體回收調壓后可送入附近燃氣管網。

另外，LNG經高壓液體泵加壓氣化后也可以向CNG汽車加氣以及用作工業或民用燃氣。在儲罐上鋪設另外一條管線增加一個高壓液體泵和CNG儲罐即可實現。再在其末端增設1個減壓閥，經過減壓閥后氣體壓力控制在0.01 MPa以下，然后輸入低壓燃氣管網，供用戶使用。

2 LNG和CNG加氣站優缺點

2.1 LNG加氣站

LNG加氣站是專門對 LNG汽車加氣的加氣站。主要設備包括LNG儲罐、自增壓器、LNG加氣機等，其工藝流程如下：

圖2 LNG加氣站工藝流程示意

LNG汽車和LNG加氣站有以下特點：

(1)單位能量密度大。同樣容積的LNG車用儲罐裝載的天然氣是CNG儲氣瓶的2.5倍。目前國外大型LNG貨車一次加氣可連續行駛1 000~1 300 km，非常適合長途運輸的需要。

(2)運輸方便。在陸上通常用20~50 m3(可儲存1.2萬~3.0萬 m3天然氣)的汽車槽車，將LNG運到LNG汽車加氣站，也可根據運輸距離和運輸量用火車槽車運輸。在海上通常用12萬~13萬 m3的LNG輪船運輸。

(3)排放物污染小。LNG汽車的排放效果要優于CNG汽車。與燃油汽車相比，LNC汽車污染物的排放量大大降低。

(4)安全性能好。LNG的燃點為650 ℃，比汽油、柴油和LPG的燃點高；點火能也高于汽油、柴油和LPG，所以比汽油、柴油和LPG更難點燃。LNG的爆炸極限為 5%~15%，氣化后的密度小于空氣；而LPG的爆炸極限為2.4%~9.5%，氣化后密度大于空氣；汽油爆炸極限為1.0%~7.6%；柴油爆炸極限為0.5%~4.1%。可見，LNG汽車比LPG、汽油、柴油汽車更安全。

(5)經濟效益顯著。由于LNG的市場價格比汽油和柴油低，且LNG燃燒完全，不產生積碳，不稀釋潤滑油，能有效減輕零件磨損，延長汽車發動機的壽命，所以LNG的經濟效益顯著。

綜上，國內發展LNG汽車和加氣站前景很樂觀。有業內人士給出預算，LNG燃料成本可比汽油車降低20%以上，比CNG車節氣3%~8%。

2.2 CNG加氣站

CNG加氣站是為汽車和城市居民生活小區提供用氣一種較好的送氣方式，具有投資少、見效快、方式靈活、便于管理、運行安全和建設速度快等特點。其工藝流程如圖3：

圖3 CNG加氣站工藝流程示意

根據國際天然氣汽車協會統計，截至 2008年底，中國已在近30個省、市、自治區的80多個城市推廣了天然氣汽車，擁有CNG汽車約40萬輛，加氣站 1 000余座。其中四川和重慶地區共發展CNG汽車17萬輛，建成CNG加氣站560座。但目前受天然氣氣源緊張及管網的影響，中國 CNG汽車和加氣站主要集中在氣源地附近，例如四川、重慶、烏魯木齊、西安和蘭州等。天然氣供應方便、相同熱值下的 93號汽油的價格約為天然氣價格的1.97倍，是中國CNG汽車快速發展的主要驅動力。

國內建成的CNG汽車加氣站大多數采用開放式結構，必需現場安裝調試，工程復雜、現場工作量大、周期長，而且占地面積大、可靠性和自動化程度低、噪聲大，不適合在城市推廣。

3 L-CNG應用前景和發展趨勢

L-CNG加氣站是LNG與CNG兩種加氣方式的有機組合，是一種正在興起、具有良好推廣應用前景的加氣站類型。它以液相、低溫的天然氣進站，通過液相泵加壓、氣化后實現對汽車加氣，無需高耗電量和噪音大的氣體壓縮機，站內用能較少，因而加壓效高、運行費用低。

新建的 L-CNG站不使用壓縮機，對由已建的CNG加氣站改裝成的L- CNG站，設備中包括壓縮機，主要是將原有CNG站的壓縮機作為LNG泵不能工作時的備用手段。通過對CNG常規站、子母站，LNG站及L-CNG站等天然氣汽車加氣站的特點進行比較，分析了各類加氣站技術經濟性和適應范圍，著重對L-CNG加氣站進行了技術經濟分析。結果表明，L-CNG加氣站在投資和運行費方面都低于CNG常規站和子母站，具有良好的經濟效益。在具備LNG氣源條件并推廣應用CNG汽車的地區應積極建設 L-CNG加氣站。有助于城市加氣網點的合理布局，提高資源綜合利用效率，節約能源，推進天然氣汽車產業的發展。

國內擁有適宜發展LNG汽車條件的省區如新疆、內蒙古、海南、福建、貴州都已經進行了LNG汽車的規模化推廣應用。同時，浙江杭州、山東青島、遼林大連、云南昆明、湖北武漢、天津濱海、江蘇張家港等城市也都建成投產了1~2座LNG加氣站，擁有30~80輛規模的LNG汽車，具備了進一步發展的潛力。

隨著人們對環境要求越來越高，天然氣汽車在將來能夠得到迅速的發展，在發展常規CNG加氣站的同時，可以在某些適當的地方建設L-CNG加氣站，特別是在天然氣管線沒有覆蓋的地方，有著特別的意義。我國地域遼闊，天然氣資源極不均勻，雖然“陜京管線”、“西氣東輸”等一批工程改善了一些情況，但對于我國華南地區，利用國外 LNG資源不失為一個好的選擇，同時也為 L-CNG加氣站建設提供良好的條件。可以預測，在今后幾年L-CNG加氣站一定有著廣泛的應用。

4 結論

目前我國的天然氣加氣站主要為CNG加氣站，這種加氣站要求有現成的天然氣管路，但是由于我國天然氣產業尚在發展初期，在輸氣管網和加氣站建設不夠完善，因此CNG汽車的發展目前僅限于公交車、出租車和環衛車等主要在市區行駛的車輛，并且以公交車為主。另外，京津等地區的經驗表明，對于離氣源或主干線較遠(100~150 km)并且用氣規模在2~3萬戶的城鎮，可通過L-CNG子母站方式既供應天然氣，又供應液化天然氣，同時還可用作調峰的一種手段，這種方式也非常適合在全國推廣，用于天然氣汽車的加氣站建設。我國建成的CNG加氣站大多數采用開放式結構，必需現場安裝調試，工程復雜、現場工作量大、周期長，而且占地面積大、可靠性和自動化程度低、噪聲大，不適合在城市推廣，因此我國應大力推進 L-CNG加氣站的建設。

L-CNG加氣站可以脫離天然氣管網建設，為無管網地區發展天然氣汽車創造了條件；L-CNG加氣站不使用高壓壓縮機，代之以低溫泵,運行費用大大降低，投資成本和占地面積也明顯減小；LNG汽車是天然氣汽車的發展趨勢。L-CNG加氣站以其高度靈活性，可以從目前為CNG汽車加氣，逐步向為LNG汽車加氣過渡，也可同時向老的CNG汽車和新的LNG汽車加氣。

L-CNG加氣站也可作為現有CNG加氣站的備用氣源，平時儲備LNG，在CNG加氣站氣源中斷或供氣不足時發揮作用以確保供氣的連續性。

可以相信，L-CNG加氣站將會隨著各種相關技術的成熟而不斷出現。