国标《车用压缩天然气》相关问题及修订建议

2012-08-15李永昌

天然气技术与经济 2012年6期

李永昌

（自贡市蓝天天然气科技有限公司，四川自贡 643000）

0 引言

我国压缩天然气（CNG）汽车从1989年开始推广到2000年之前，由于缺乏相应的气质标准而发生过多起车用和加气站用气瓶爆炸事故。GB18047-2000《车用压缩天然气》（以下简称“标准”）自颁布实施以来，对保障CNG气质、CNG汽车及其加气站的安全和正常运行起到了十分重要的作用。但经过近10年的实践，也表现出一些值得重视、需要修改完善的地方，笔者拟就标准需要修改的地方进行讨论和分析。

1 关于热值标准

1.1 热值标准不宜定得太低

1）热值标准不宜等同于民用天然气。标准中规定“CNG高位发热量＞31.4 MJ／m3”的要求明显太低，未考虑“车用”的特殊要求。进一步查证表明，该标准沿用于1988年7月4日颁布的SY7514-88《天然气》标准，这是我国关于天然气质量的首个技术标准，适用于气田采出经矿场分离或处理后经管线输送至用户、并按产品类别分别作民用燃料、工业原料和工业燃料的天然气。其中A类天然气的高位发热量规定为高于31.4 MJ／m3［1］。由此可见，20多年来一直不加区别地沿用这一热值标准，显然是不妥当的。另外，跟国际上天然气产业较发达和天然气标准（高热值）较完善的国家相比，我国车用天然气热值标准也低不少。

2）热值过低使汽车动力达不到国家标准。天然气用作汽车燃料有诸多优点，但也有一些不足之处，其中最突出的就是动力性较汽油低。众所周知，汽车发动机的功率大小是与其燃料—空气可燃混合气的热值高低成正比的［2］。在不改变发动机的压缩比、也不考虑气体燃料充气效率低的前提下，天然气—空气的混合气热值不得低于汽油—空气混合气热值的90%。汽油—空气的理论热值下限为3 600 kJ／m3，故天然气—空气的热值不应低于3 240 kJ／m3。而天然气和空气的理论空燃比为9.52。因此要求天然气的热值不应低于34 084 kJ，即不低于34 MJ，可见标准中热值规定较低。

3）车用天然气应选用低热值标准。因为燃料的高热值里面包括了燃料中氢燃烧后生成的水蒸气凝结释放出的潜热（每千克氢释放出2 508 kJ潜热）。而实际上发动机在工作时，燃气在高温下排出，不可能利用此项潜热，从而须予以扣除，扣除后即为低热值。因此，在发动机的热效率计算中，均应采用低热值，以高热值发热量作为车用天然气的技术指标显然是不合适的。

1.2 建议参考前苏联标准对热值标准进行修订

前苏联是世界上最早使用天然气汽车燃料的国家之一。经过半个多世纪的实践形成的国家标准ГOCT27577-87《气瓶汽车用压缩天然气》颇具参考价值。其中关于热值的规定为低热值标准为32.6～36.0 MJ／m3。此外前苏联另一项国家标准ГOCT5542-87《进入压缩天然气加气站的天然气》，规定其低热值不低于31.77 MJ／m3。这是因为天然气经进站、深度脱水的净化处理后，其热值必然会有所提高。反观我国GB17820-1999《天然气》和标准中CNG跟进站天然气的热值是完全相同的，这显然不科学。因此，为确保天然气汽车的动力性，建议将车用CNG的低热值修订为高于34 MJ／m3；将进入加气站的天然气的低热值修订为高于33.5 MJ／m3。

2 关于车用天然气含水量

2.1 车用天然气含水量要求不宜过高

1）引用GB／T17283的质疑。标准规定“天然气水露点的测定应按GB／T17283执行”。GB／T17283-1998《天然气水露点测定冷却镜凝析湿度计法》（简称“镜面法”）的应用领域明确规定为“经处理的管输天然气的水露点范围一般为-25～5℃，在相应的气体压力下含水量范围（体积分数）为（50～200）×10-6，在特殊环境下，水露点的范围也可更宽”。而CNG汽车加气站现行标准对水露点的要求为在20 MPa的工作压力下，折算成体积分数为8.127×10-6，显然比管输天然气的要求严格得多。此外，管输天然气的压力一般都不高于10 MPa，这也和车用天然气20 MPa的工作压力相差很大。由此可见，“镜面法”不太适用于CNG加气站高压脱水后的效果检测。

2）以-8℃为环境温度的基准缺乏充足的科学依据。如四川省20多万辆CNG汽车绝大多数处于-3℃甚至0℃以上地区。过去四川省地方标准DB51／5103-1996《车用压缩天然气充装站建设技术规范》以0℃为基准，-54℃为车用天然气水露点限值已较为稳妥，更何况夏天我国大部分地方气温均在25℃以上。“镜面法”不考虑北方（如黑龙江）和南方（如海南岛）的差异，一律以-8℃为环境温度基准，显然缺乏科学依据。

3）要求过高的不利影响。首先是直接导致脱水装置的电能和脱水剂（分子筛）的消耗量增大，不利于节能减排。为了达标，不少加气站不得不盲目加大脱水装置的处理能力，例如加气站压缩机的生产能力为1 000 m3／h，配置的却是处理能力为2 000 m3／h的深度脱水装置，显然造成资源浪费。此外，依据该项过于苛求的标准，四川省曾在2009年对某市加气站天然气含水量进行检测，结果不合格率高达53%，造成不良社会影响。但如果按照指标相对合理的原四川省地方标准DB51／5103-1996来检测，则不合格率大幅下降。

2.2 水露点指标的表述需要修订

标准中关于水露点的表述为“在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，水露点不应高于-13℃，当最低气温低于-8℃，水露点应比最低气温低5℃”。这种表述不太科学合理。其实最高操作压力全国早已统一为20 MPa。建议今后不妨改为“20 MPa压力下低于当时当地最低环境温度5℃”，而各地冬、夏季的具体最低环境温度可由各省质监管理部门来确定。

2.3 应考虑露点仪与微量水分析仪的“接轨”

标准要求的露点仪（“镜面法”）适用范围为天然气的生产和运输，且检测较为繁琐，仪器价格也较昂贵，全国上千座加气站尚未配置。目前加气站普遍采用的是微量水分析仪，不仅价格便宜，还可实现在线检测，也易定期标定。问题是两者测量的环境压力不同，且经换算后二者差距较大。有些结果按前者标准判断为不合格，后者却判定为合格。如何处理好两种检测方法的“接轨”问题，这是标准修订时应当仔细考虑的。

3 关于硫化氢限量指标值

标准中关于硫化氢的限量规定为不超过15 mg／m3。另一个国标GB50156-2002《汽车加油加气站设计与施工规范》中则规定进站天然气硫化氢的限量为不超过20 mg／m3。由此可见，CNG汽车加气站的进出站天然气中硫化氢的限量规定相差5 mg／m3，但是这点差异存在问题。

3.1 加气站没必要自建脱硫塔设施

GB50156强制性规定“进站天然气需脱硫处理时，脱硫装置应设在室外”，还规定脱硫装置应设双塔。因为硫化氢含量高低是直接影响CNG汽车高压气瓶安全的重要因素，所以为了确保天然气中的硫化氢符合上述标准，国内多达近千座的加气站不得不自建脱硫塔。在实际运行中加气站还要增加倒塔、更换脱硫剂等工作。这样就增加了加气站的建站投资和运行成本，是一笔很大的浪费。此外更换脱硫剂还会对环保造成负面影响。商品气的净化在国外一般都是由供应商统一处理的。为了5 mg／m3的人为指标设置而由各加气站进行再脱硫，是我国所独有的一种不合理现象。

前苏联国家标准ГOCT27577-87《气瓶汽车用压缩天然气》中关于硫化氢限量规定为进出加气站的硫化氢均不大于20 mg／m3。换言之，加气站内无须再设脱硫装置。资料表明，从上世纪50年代的前苏联到今天的俄罗斯、乌克兰、亚美尼亚等国家仍在沿用这一硫化氢限量指标。这些国家几十年来也从未发生过因气质问题导致的安全事故。由此可见，该项限量指标是科学合理的，值得借鉴。

3.2 需要注意的相关事项

① 要确保进站天然气达到II类气质要求，其中硫化氢含量不超过20 mg／m3。自GB17820-1999《天然气》标准颁布并被供气单位严格执行以来，达到此要求已基本不成问题。② 为以防万一，各加气站仍可配置一套硫化氢在线检测仪器，作为一种监测防范的手段。若出现逼近限值的情况，可及时提醒供气部门采取措施。③ 必须严格控制好CNG中微量水的含量。因为如无水与硫化氢混合，便不会形成腐蚀液，而微量硫化氢也可作为可燃气体进入发动机气缸内参与燃烧作功。综上所述，建议标准修订时应仔细斟酌，确定硫化氢的合理指标，在确保安全的前提下兼顾经济和社会效益。

4 关于技术指标增设油份限值

4.1 标准未对天然气的油份含量作出约束性规定

在不少CNG汽车加气站的运行实践中，尤其是在天然气微量水含量不达标的情况下，从压缩机漏出的润滑油会窜入CNG中，毒化深度脱水装置中的分子筛，使其在高温下变成黄褐色的碳化物，严重影响深度脱水装置和分子筛的使用寿命，进而增大运行成本。此外，在CNG汽车运行和维修中，也常常发现减压阀、混合器等装置中窜入润滑油，导致膜片动作的灵敏度下降，对汽车的正常运行和能耗均带来负面影响。

据资料介绍，除了加气站压缩机润滑油可窜入天然气外，有的输气管线中天然气自身就带有杂质。研究结果表明，天然气经过某些压缩机后其含油量至少会增加200～400 ppm，从0.4 MPa加压至20 MPa后，油份的凝集程度会增大60倍以上。尽管标准中规定压缩天然气中不应存在液态烃，但却未规定相应的限值及其检测方法。其中的技术指标比以前的标准仅多了1个氧气限量，以及对所含的液态烃和固体颗粒直径的限制规定。GB／T10298-2001《汽车加气站用天然气压缩机》中则仅涉及润滑油总耗量和排出天然气温度限制的规定。总而言之，现有标准均未提及CNG中油份限值的问题。

4.2 建议增设CNG中油份限量指标和检测方法

鉴于CNG中油份普遍存在的客观事实和其不容忽视的严重危害性，建议修订标准时增设CNG中油份限量指标和检测方法。尤其注意检测方法要具有可操作性。实践表明，要经常检查压缩机进口端前面的油水分离器是否处于正常有效的工作状态，同时在压缩机出气端应安装一个或两个（串联）冷凝器，使油气蒸气转变成液体以便排掉；还要经常排除积液，如能安装一套自动除液系统则更佳。此外，还需在加气站深度脱水装置与储气设施之间的高压天然气管道上设置1台油份含量在线检测仪器。