车用LNG供气系统介绍

贺立奎 范建鹏 李文进 王子全

摘 要：随着环保政策及排放标准的升级，LNG（液化天然气）汽车相对于传统燃油汽车的优势越来越明显。文章通过对LNG液化天然气特性及其供气系统的组成原理的介绍，能够更清楚直观的了解车用LNG供气系统的工作模式，为LNG汽车的设计、维修使用等提供指导参考，以期为新能源天然气车的发展提供良好的支持。关键词：LNG;供气系统;组成;原理中图分类号：X382  文献标识码：B  文章编号：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基礎知识介绍

1.1 液化天然气介绍

液化天然气即为液态的天然气 （Liquefied Natural Gas），简称“LNG”，是天然气经过低温冷凝等一系列处理，使天然气在超低温（-162°C）常压状态下液化，成为液态，其主要成分为甲烷。基本是无色、无味的;对金属没有腐蚀性;不溶解于水，但在许多有机化合物以及氢气和氧气中是溶解的。天然气燃烧时仅排放水和少量的二氧化碳粉尘和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物：CH₄+2O2 → CO²+2H₂O。

1.2 LNG安全操作规范^[1]

涉及LNG的操作过程中潜在危害主要来自其物理性质：

—— LNG在标准状态下有极低的温度：-162℃。

—— 有大的气液体积比（ 620：1 ），如果减压措施不当，将导致压力迅速升高。

—— 天然气是易燃性气体（燃点538°C）和窒息性气体。

在有LNG的现场内工作时，需具有如下安全常识：

使LNG设备远离火焰或电火花;

在LNG设备维修、充装、存储的地区不允许烟火进入;

在充装有LNG的设备上工作时需戴护目镜、脸罩、绝热手套;

在拆卸零件维修时需给LNG瓶排空、卸压、置换;

所有进入盛装LNG气瓶现场人员均应穿能防火和防静电的工作服及工作鞋;

操作人员应培训上岗;

气瓶在不使用时，操作人员应关好所有阀门;

安全阀的出口应连接入安全外部排泄系统。

2 LNG供气系统组成

LNG供给系统主要组成零部件由气瓶、汽化器、缓冲罐、自增压装置、固定装置、电磁阀、稳压器、管路组成，如下图1：

其中 LNG气瓶是一种低温绝热、压力容器，储存LNG，其结构见下图5.2，包括内胆和外壳组成， 内胆用来储存低温液态的LNG，在其外壁缠有多层绝热材料，具有超强的隔热性能，同时夹套（内胆与外壳之间的空间）被抽成高真空，共同形成良好的绝热系统。内胆设计有两级安全阀在超压时起到保护作用。在气瓶超压时，首先主安全阀开启（压力为 1.9MPa）泄压。副安全阀是在主安全阀失效的情况下才会开启（压力为 2.4MPa），确保气瓶更安全，内胆内部设计有防过充装置（容器、容积为内胆的10%），在充装过程中可以避免过量充装。气瓶的充装率为 90% 。例如：公称容积500L气瓶，其有效充装容积为 500L×0.9=450L。

外壳通过前后支撑与内胆连接，并与内胆形成真空空间，此真空空间提升了气瓶的绝热性能。同时外壳也起到了保护内胆的作用。如果内胆发生泄漏（导致夹套压力超高），夹层压力达到 0.1～0.2MPa 抽空塞将自动打开泄压。当抽空塞发生泄漏或真空破坏，气瓶绝热能力会下降或失效。这时可能发生外壳“冒汗”、气瓶升压速度快或结霜现象。当然，在使用时，与气瓶连接的管道出现结霜或凝水现象是正常的。

气瓶瓶头上有加注口、回气口、截止阀、过流阀、单向阀、安全阀、增压阀、经济阀、压力表等组成。

汽化器：功能是让LNG吸收发动机冷却液的热量后由液态变为气态。

缓冲罐：储存一定容积的天然气，用于车辆启动、发动机瞬间燃气需求量增大的情况。

电磁阀：即电磁开关，常闭状态，开启时，燃气可输送到发动机。由车辆点火开关（钥匙）控制。

稳压器：其功能是降低并稳定燃气压力，保证燃气压力符合发动机要求。

自增压装置：除了气瓶上的增压截止阀、增压阀外，自增压装置还有一段带有翅片的管路，如下图，其功能是LNG通过翅片管路的过程吸收环境热量，由液态变为气态后在回到气瓶中。

固定装置：固定装置组成：气瓶支架（框架）、紧固带、橡胶垫带、连接支架等。常见的分为气瓶后置和气瓶 置两种，见下图3和图4所示。

3 LNG供给系统原理简介

LNG系统由气瓶、自增压模块、汽化器、缓冲罐、电磁阀、稳压器、滤清器（发动机系统）等部件組成。如右图所示，供给系统按功能可以划分：a）供气系统 b）自增压路线 c）自减压路线 d）安全阀泄压路线 e）气瓶充装路线 f）液位显示系统见下图5：

a）供气系统

供气系统路线由截止阀、过流保护阀、汽化器、缓冲罐、管路安全阀、电磁阀、稳压器、管路管路压力表、管路安全阀组成。LNG进入汽化器后，被发动机的冷却液加热变成气体，通过缓冲罐、电磁阀、稳压器供给到发动机的燃气滤清器入口。

b）自增压路线

自增压路线由增压截止阀、增压阀、翅片管组成。开启增压截止阀状态下，当气瓶压力低于增压阀设定压力值时，增压阀开启，LNG通过增压阀进入翅片管吸热变成饱和蒸汽，再回到气瓶气相空间，由于天然气气态和液态的体积比约620：1，因此较少的LNG会变成大量的天然气，在这个包含气瓶的密闭的循环空间中，液变气的体积变化，变为了气瓶的压力升高。当气瓶压力升至需要的压力（增压阀的设定压力）时，增压阀自动关闭，气瓶压力不再升高。

c）自减压路线

自动减压路线由经济阀、供气路线组成。当瓶内压力高于经济阀设定的压力时，且在正常供气过程中，经济阀开启，气瓶气相空间的天然气由经济阀进入供气路线， 供给发动机。随着气相空间的天然气不断使用，瓶内压力会逐渐降低至经济阀的设定压力，此时，经济阀关闭。

d）安全阀泄压路线

安全泄压路线主要由主安全阀、副安全阀、气瓶压力表、手动放空口等组成。当气瓶压力达到安全阀设定压力值时，安全阀开启，气瓶内部气相空间的天然气通过安全阀排放到空气中，使得气瓶压力降低，当气瓶压力低于安全阀设定压力值时，安全阀关闭。当气瓶压力低于安全阀压力，但仍需泄压时，可通过打开防空截止阀的方式，将天然气排到空气中。

e）气瓶充装路线

充装路线由加注口、回气口、进液单向阀以及管道组成。加液站用加液枪的机械力量把加注口顶开，LNG在加液站低温泵泵入加液管道，并顶开进液单向阀，进入气瓶。当气瓶内部快加满的瞬间，由于液体的不可压缩性，瓶内的压力会迅速升高，达到加液机设定的停机压力时，加液机停止加液，加气的过程完成。

f）液位显示系统

液位系统主要由液位传感器、变送器、显示组件、密封组件等组成。

4 结论

本文详细介绍了液化天然气的特性及LNG供气系统的组成及原理，随着环保政策的影响及排放标准的升级，LNG汽车将越来越成为发展的主流，通过对LNG供给系统的介绍，能够为LNG供气系统的设计、维修等提供相关的技术支持。

参考文献

[1] 费鹏志.杨小峰.浅谈LNG车用真空绝热气瓶.[J]科技博览.（2015） 39-0007-1.

[2] 廉蓉等.车用LNG燃料供给系统发展探讨[J].汽车实用技术.2016. （8）：4-6.

[3] 赖元凯.LNG燃料汽车的发展前景[J].天然气工业.2005.25（11）： 101-106.

[4] 何太平.LNG载货汽车设计.[M]机械工业出版社.第1版.2014.8.1.