車用LNG供氣系統介紹

賀立奎 范建鵬 李文進 王子全

摘 要：隨著環保政策及排放標準的升級，LNG（液化天然氣）汽車相對于傳統燃油汽車的優勢越來越明顯。文章通過對LNG液化天然氣特性及其供氣系統的組成原理的介紹，能夠更清楚直觀的了解車用LNG供氣系統的工作模式，為LNG汽車的設計、維修使用等提供指導參考，以期為新能源天然氣車的發展提供良好的支持。關鍵詞：LNG;供氣系統;組成;原理中圖分類號：X382 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2019）01-116-03

Introduction of antomobile LNG supply system

He Likui， Fan Jianpeng， Li Wenjin， Wang Ziquan

（ Shaanxi Heavy Duty Automobile Co.， Shaanxi Xi'an 710043 ）

Abstract：?With the upgrade of environmental protection policies and emission standards， LNG （liquefied natural gas） vehicles have more and more advantages over traditional fuel vehicles. The article introduces the characteristics of LNG liquefied natural gas and the composition principle of its gas supply system. It can understand the working mode of LNG supply system more clearly and intuitively， and provide guidance for the design， maintenance and use of LNG vehicle， so as to provide good support for the development of new energy natural gas vehicle.Keywords： LNG; Gas supply system; Form; principleCLC NO.： X382 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2019）01-116-03

1 LNG基礎知識介紹

1.1 液化天然氣介紹

液化天然氣即為液態的天然氣 （Liquefied Natural Gas），簡稱“LNG”，是天然氣經過低溫冷凝等一系列處理，使天然氣在超低溫（-162°C）常壓狀態下液化，成為液態，其主要成分為甲烷。基本是無色、無味的;對金屬沒有腐蝕性;不溶解于水，但在許多有機化合物以及氫氣和氧氣中是溶解的。天然氣燃燒時僅排放水和少量的二氧化碳粉塵和極微量的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物：CH₄+2O2 → CO²+2H₂O。

1.2 LNG安全操作規范^[1]

涉及LNG的操作過程中潛在危害主要來自其物理性質：

—— LNG在標準狀態下有極低的溫度：-162℃。

—— 有大的氣液體積比（ 620：1 ），如果減壓措施不當，將導致壓力迅速升高。

—— 天然氣是易燃性氣體（燃點538°C）和窒息性氣體。

在有LNG的現場內工作時，需具有如下安全常識：

使LNG設備遠離火焰或電火花;

在LNG設備維修、充裝、存儲的地區不允許煙火進入;

在充裝有LNG的設備上工作時需戴護目鏡、臉罩、絕熱手套;

在拆卸零件維修時需給LNG瓶排空、卸壓、置換;

所有進入盛裝LNG氣瓶現場人員均應穿能防火和防靜電的工作服及工作鞋;

操作人員應培訓上崗;

氣瓶在不使用時，操作人員應關好所有閥門;

安全閥的出口應連接入安全外部排泄系統。

2 LNG供氣系統組成

LNG供給系統主要組成零部件由氣瓶、汽化器、緩沖罐、自增壓裝置、固定裝置、電磁閥、穩壓器、管路組成，如下圖1：

其中 LNG氣瓶是一種低溫絕熱、壓力容器，儲存LNG，其結構見下圖5.2，包括內膽和外殼組成， 內膽用來儲存低溫液態的LNG，在其外壁纏有多層絕熱材料，具有超強的隔熱性能，同時夾套（內膽與外殼之間的空間）被抽成高真空，共同形成良好的絕熱系統。內膽設計有兩級安全閥在超壓時起到保護作用。在氣瓶超壓時，首先主安全閥開啟（壓力為 1.9MPa）泄壓。副安全閥是在主安全閥失效的情況下才會開啟（壓力為 2.4MPa），確保氣瓶更安全，內膽內部設計有防過充裝置（容器、容積為內膽的10%），在充裝過程中可以避免過量充裝。氣瓶的充裝率為 90% 。例如：公稱容積500L氣瓶，其有效充裝容積為 500L×0.9=450L。

外殼通過前后支撐與內膽連接，并與內膽形成真空空間，此真空空間提升了氣瓶的絕熱性能。同時外殼也起到了保護內膽的作用。如果內膽發生泄漏（導致夾套壓力超高），夾層壓力達到 0.1～0.2MPa 抽空塞將自動打開泄壓。當抽空塞發生泄漏或真空破壞，氣瓶絕熱能力會下降或失效。這時可能發生外殼“冒汗”、氣瓶升壓速度快或結霜現象。當然，在使用時，與氣瓶連接的管道出現結霜或凝水現象是正常的。

氣瓶瓶頭上有加注口、回氣口、截止閥、過流閥、單向閥、安全閥、增壓閥、經濟閥、壓力表等組成。

汽化器：功能是讓LNG吸收發動機冷卻液的熱量后由液態變為氣態。

緩沖罐：儲存一定容積的天然氣，用于車輛啟動、發動機瞬間燃氣需求量增大的情況。

電磁閥：即電磁開關，常閉狀態，開啟時，燃氣可輸送到發動機。由車輛點火開關（鑰匙）控制。

穩壓器：其功能是降低并穩定燃氣壓力，保證燃氣壓力符合發動機要求。

自增壓裝置：除了氣瓶上的增壓截止閥、增壓閥外，自增壓裝置還有一段帶有翅片的管路，如下圖，其功能是LNG通過翅片管路的過程吸收環境熱量，由液態變為氣態后在回到氣瓶中。

固定裝置：固定裝置組成：氣瓶支架（框架）、緊固帶、橡膠墊帶、連接支架等。常見的分為氣瓶后置和氣瓶 置兩種，見下圖3和圖4所示。

3 LNG供給系統原理簡介

LNG系統由氣瓶、自增壓模塊、汽化器、緩沖罐、電磁閥、穩壓器、濾清器（發動機系統）等部件組成。如右圖所示，供給系統按功能可以劃分：a）供氣系統 b）自增壓路線 c）自減壓路線 d）安全閥泄壓路線 e）氣瓶充裝路線 f）液位顯示系統見下圖5：

a）供氣系統

供氣系統路線由截止閥、過流保護閥、汽化器、緩沖罐、管路安全閥、電磁閥、穩壓器、管路管路壓力表、管路安全閥組成。LNG進入汽化器后，被發動機的冷卻液加熱變成氣體，通過緩沖罐、電磁閥、穩壓器供給到發動機的燃氣濾清器入口。

b）自增壓路線

自增壓路線由增壓截止閥、增壓閥、翅片管組成。開啟增壓截止閥狀態下，當氣瓶壓力低于增壓閥設定壓力值時，增壓閥開啟，LNG通過增壓閥進入翅片管吸熱變成飽和蒸汽，再回到氣瓶氣相空間，由于天然氣氣態和液態的體積比約620：1，因此較少的LNG會變成大量的天然氣，在這個包含氣瓶的密閉的循環空間中，液變氣的體積變化，變為了氣瓶的壓力升高。當氣瓶壓力升至需要的壓力（增壓閥的設定壓力）時，增壓閥自動關閉，氣瓶壓力不再升高。

c）自減壓路線

自動減壓路線由經濟閥、供氣路線組成。當瓶內壓力高于經濟閥設定的壓力時，且在正常供氣過程中，經濟閥開啟，氣瓶氣相空間的天然氣由經濟閥進入供氣路線， 供給發動機。隨著氣相空間的天然氣不斷使用，瓶內壓力會逐漸降低至經濟閥的設定壓力，此時，經濟閥關閉。

d）安全閥泄壓路線

安全泄壓路線主要由主安全閥、副安全閥、氣瓶壓力表、手動放空口等組成。當氣瓶壓力達到安全閥設定壓力值時，安全閥開啟，氣瓶內部氣相空間的天然氣通過安全閥排放到空氣中，使得氣瓶壓力降低，當氣瓶壓力低于安全閥設定壓力值時，安全閥關閉。當氣瓶壓力低于安全閥壓力，但仍需泄壓時，可通過打開防空截止閥的方式，將天然氣排到空氣中。

e）氣瓶充裝路線

充裝路線由加注口、回氣口、進液單向閥以及管道組成。加液站用加液槍的機械力量把加注口頂開，LNG在加液站低溫泵泵入加液管道，并頂開進液單向閥，進入氣瓶。當氣瓶內部快加滿的瞬間，由于液體的不可壓縮性，瓶內的壓力會迅速升高，達到加液機設定的停機壓力時，加液機停止加液，加氣的過程完成。

f）液位顯示系統

液位系統主要由液位傳感器、變送器、顯示組件、密封組件等組成。

4 結論

本文詳細介紹了液化天然氣的特性及LNG供氣系統的組成及原理，隨著環保政策的影響及排放標準的升級，LNG汽車將越來越成為發展的主流，通過對LNG供給系統的介紹，能夠為LNG供氣系統的設計、維修等提供相關的技術支持。

參考文獻

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