LNG環保自卸汽車在長河壩工程中的推廣應用研究

陳 曦，黃 哲

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

0 概 述

面對全球性的能源危機、環境污染及氣候改變，世界各國都將節能環保與新能源汽車發展作為戰略選擇。我國也提出了“立足國內、開拓國際、油氣并舉、厲行節約、建立儲備” 的油氣發展戰略。據統計，目前世界能源結構中天然氣比例為24.1%，而我國僅為3.4%。因此我國在十二五規劃中，要求天然氣比重在能源結構中達到 8.3%。所以，要油氣并舉、逐漸加大天然氣在能源結構中的比重、加快天然氣的開發利用勢在必行。另外，控制環境污染、降低廢氣排放也是開發利用天然氣的重要原因。近年來，城市的汽車不斷增多，汽車尾氣排放量也越來越大，城市空氣中PM2.5有60%來自于汽車尾氣。所以減少尾氣排放，開發清潔能源也迫在眉睫。

長河壩水電站礫石土心墻壩壩料運輸總量大，強度高，場內交通隧道多，工程建設中的環保問題受到行業和地方相關部門高度關注。長河壩大壩施工需要投入數百輛施工設備，廢氣排量大，而且整個運輸線路有80%以上是隧洞運輸。隧道內運輸因車輛尾氣排放，會導致洞內煙塵濃、能見度低、安全隱患增加，極易導致交通事故。如果采用LNG燃料，其燃燒后產物大部分為水和二氧化碳，這樣就可以大大降低隧道內煙霧濃度。因此，擬在長河壩項目采用LNG自卸汽車完成壩料運輸任務，從而有效改善隧道的交通條件、降低汽車尾氣對環境的污染。

1 車輛的選型與配套設施的建設

1.1 車輛的選型

LNG汽車選用福田戴姆勒公司的BJ3253DFMKB-S6型歐曼重卡，該車是福田戴姆勒汽車、中集圣達因、富瑞特裝等企業強強聯合、聯合創新、專為天然氣運輸用戶量身打造的重卡產品。作為對比試驗的燃油汽車選用重慶紅巖公司的CQ3254TMG384型紅巖金剛重卡，該車由上汽依維柯商用車投資有限公司與重慶機電控股(集團)公司共同投資成立的重型汽車生產企業。兩車基本參數如下：

(1)歐曼LNG重卡(BJ3253DFMKB-S6)，6×4自卸車，轉速車輛自身質量為19.05 t，長×寬×高為8.45 m×2.5 m×3.15 m，軸距3.825 m+1.35 m，最高車速90 km/h，扭矩1 500 N·m，最大功率轉速2 200 r/m，最大扭矩1 600 r/m；

(2)紅巖金剛燃油重卡(CQ3254TMG384)：6×4自卸車，轉速車輛自身質量為19.01 t，長×寬×高為8.45 m×2.5 m×3.169 m，軸距3.6 m+1.35 m，最高車速90 km/h，扭矩1300 N·m，最大功率轉速2 200 r/m，最大扭矩1 600 r/m。

1.2 配套設施建設

作為LNG汽車配套的加氣站由攀枝花華油天然氣有限公司負責投資建設，總建設費用約550萬元。為確保安全，本加氣站嚴格依照GB50156—2002《汽車加油加氣站設計與施工規范》(2006年版)進行建設，加氣站的工程規劃已經上級部門審批通過，工作人員持證上崗，并依相關要求配備防火防爆器械，定期進行安全檢查。

加氣站選型為撬裝式LNG加氣站，其成套設備由LNG儲存加氣撬和站控系統兩大部分組成。該選型便于在簡易混凝土基礎上進行設備的現場管道連接和固定，加氣站結構示意見圖1。

圖1 加氣站結構示意

加氣站主要設備配置包括LNG儲存泵閥撬、卸車軟管、LNG加氣機、站控系統、儀表風系統5部分。其中，LNG儲存泵閥撬為該套加氣站設備的主要組件，其主要構件及其參數如下：

(1)臥式LNG儲罐幾何容積60 m3、設計壓力1.3 MPa、內罐設計溫度-196 ℃、罐體材質S30408/Q345R。

(2)儲罐/卸車增壓器、調飽和加熱器、低壓EAG加熱器設計壓力2.5 MPa、氣化能力300 N·m3/h。

(3)低溫潛液泵最大流量340 L/min(液態)，功率11 kW。

(4)低溫泵池0.08 m3，設計壓力1.6 MPa。

(5)低溫管路及低溫閥門設計壓力1.6 MPa、高真空多層絕熱、DN10～DN50。

(6)儀表及傳感器包含壓力變送器、溫度變送器、電磁閥、可燃氣體探測器等。

2 運行階段跟蹤研究

2.1 研究主要內容

在設備引進前期，通過對一系列進場試驗成果分析， LNG汽車在動力性能、駕駛性能方面與普通燃油汽車處于同一水平，完全能夠滿足工程建設施工要求；且其在平緩路段運輸單價消耗優于普通燃油汽車；通過對LNG自卸汽車與普通燃油汽車尾氣中有害氣體排放含量分析可知，其NOx及CO的排放少，環保優勢明顯，若能在長隧道運輸中，通過減少有害氣體排放，將大幅度提高隧道空氣質量，減少相關輔助設備和人力投入消耗。

在運行階段，主要對進場試驗研究內容進行進一步校核，以確保研究成果的可靠性。主要對LNG環保自卸汽車進場研究試驗中環保性結果是否與長期生產運行一致進行評估，同時，通過長時間運行統計，對其經濟性進行核算。

2.2 環保性調研

后續跟蹤階段又進行多次尾氣檢測。隨車輛使用時間延長，尾氣排放各項數據均值有小幅增長，且車輛維護前后尾氣排放有明顯差異，在依照要求進行車輛保養的條件下，LNG汽車尾氣排放情況優于普通燃油重卡，與進場試驗結果基本一致。

此外，按照《四川省長河壩水電站施工期環境現狀監測方案》要求，甘孜州環境監測站對該地區的地表水、大氣、噪聲現場采樣并及時送回實驗室進行分析。從中獲取其大氣質量檢測結果進行LNG環保自卸汽車引進前后對比分析。受條件所限，大氣質量監測主要監測因子為TSP。試驗依照GB/T15432—1995《環境空氣總懸浮顆粒物的測定重量法》規范進行，每次連續監測5天，同濾膜采樣，單次采樣12 h，TSP試驗監測結果見表1。

表1 TSP試驗監測結果記錄

考慮季度施工強度影響，對LNG環保自卸汽車引進前后各四個季度進行對比分析，可以得出，對于TSP值，LNG車輛引進后有小幅度改善。

2.3 經濟性核算

運行階段經濟性核算主要通過統計一個較長時段內多輛LNG汽車與燃油汽車的運輸量、運輸里程、油(氣)消耗情況，對LNG環保自卸汽車的實際運行單耗進行計算，從而獲得其直接經濟效益情況。

選定試驗時段為2014年7月。LNG汽車在本工程中主要用于石料場石料運輸，該月份為堆石填筑高峰時段。試驗路段為江咀料場運輸上壩道路，路線長12.5 km，主體運輸道路為混凝土澆筑路面，路況良好。試驗選取LNG汽車與燃油汽車分別統計并對比分析，具體情況見表2。

表2 LNG汽車與燃油汽車經濟系數對比

通過抽選特征月份，對LNG汽車及燃油汽車經濟性能對比分析，可以得出，LNG汽車直接經濟效益比燃油汽車節約直接成本0.011 1元/(t·km)。經濟性各方面情況與進場試驗基本一致。

2.4 運行階段研究成果總結

通過生產階段試驗分析可知，LNG環保運輸車輛在爬坡能力、最高時速、其制動性、操控穩定性和平順性等多方面與燃油汽車并無明顯差別，與進場試驗情況相符，LNG運輸車輛在本工程較為平緩的下游江咀堆石料運輸線路運輸經濟效益明顯，每噸每公里比燃油汽車節約直接成本0.011 1元。

3 其他優勢分析

3.1 安全性能

在安全性方面，LNG環保自卸汽車在工程施工過程中的推廣應用也有著以下明顯優勢：

(1)LNG為-162 ℃深冷液體，工作壓力0.8 MPa，攜帶安全。在控制技術上和設備要求上與CNG相比要求低。

(2)LNG比重小，在揮發時與空氣對比輕，一旦泄露不易聚集，能很快在高空飄散。

(3)LNG爆炸極限窄，一般難以在高空中達到爆炸條件，與現在推廣應用的CNG相比工作壓力等級低。

總體來說，LNG作為車用燃料，較普通燃油汽車更加安全。

3.2 運儲性能

LNG密度為0.47×103 kg/m3，體積比同質量的天然氣小625倍，所以可用汽車輪船很方便地將LNG運到沒有天然氣的地方使用。LNG儲存效率高，占地少，投資省。

4 結 語

LNG環保自卸汽車在長河壩工程中的推廣應用研究，在公司科技進步獎評比中獲公司科技進步二等獎，本次系列研究實驗成果表明了 LNG環保運輸車輛在動力性、駕駛性方面與燃油汽車并無明顯差別，完全能夠滿足本工程土石壩高強度、連續運輸施工要求。同時，LNG環保自卸汽車在環保性能和經濟性能方面的表現更為優越，平緩路段運輸較普通燃油車成本優勢明顯，可降低成本約0.053元/(t·km)，在長隧道運輸中，通過減少有害氣體排放，將大幅度提高隧道空氣質量，減少相關輔助設備和人力投入消耗。此外，LNG自卸汽車具有安全性能高及運儲效率高、投資省的特點。綜合考慮，LNG環保自卸汽車具有駕駛性能可靠、經濟及環保效益明顯，安全性能高特點，值得在大型水利工程土石方運輸中推廣應用。

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