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安瑞科 廊坊 能源装备集成有限公司ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED LNG汽车技术 第一部分LNG汽车燃料系统 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 2 LNG汽车技术 燃料系统 LNG汽车是继CNG汽车以后发展起来的新型清洁燃料汽车 与CNG汽车相比 LNG汽车具有一次充装燃料多 续驶里程长的特点 LNG汽车技术不仅可以应用在公交车 长途汽车 大型货柜运输车辆上 还可以应用在出租汽车上 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 3 LNG汽车技术 燃料系统 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 4 LNG汽车技术 燃料系统 LNG汽车与其他类型燃料汽车的不同之处 在于燃料系统和使用LNG燃料的发动机不同 LNG汽车使用的燃料 实际上是将天然气在净化处理以后 经深冷液化处理而得到的液态天然气 LNG只能保存在特制的低温储罐中 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 5 LNG汽车技术 燃料系统 LNG作为汽车燃料的特点 低温液体 162 体积为气态的1 625 能量密度高 便于运输和储存 经过深冷处理后 燃料更加纯净 有利于车辆尾气排放 燃点高于650 辛烷值为101 主要成分是饱和烃 性质稳定 抗爆性能比任何其他烃类燃料都好 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 6 LNG汽车技术 燃料系统 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 7 LNG汽车技术 燃料系统 安装LNG储罐 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 8 LNG汽车技术 燃料系统 LNG汽车的燃料系统包括LNG低温储罐 汽化器 调节阀 缓冲罐 低压供气系统等 LNG储罐包括内罐体 绝热缠绕层 外罐体 液位计 进液管阀系统 出液管阀系统 气相压力调节管阀系统 安全排放系统 罐体固装支撑系统 阀箱 充液口 压力表 还有抽真空封嘴等 以上各系统构成了相对封闭的 绝热罐 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 9 LNG汽车技术 燃料系统 LNG燃料是以气态方式进入发动机 有几种方式 1 采用进气道予混合方式 将燃气与空气按照一定的混燃比 通过予混合器均匀混合后 从进气道进入发动机气缸内燃烧做功 2 采用单点喷射混合方式 将燃气用喷射器按照电控指令 适时喷入发动机进气道内 让燃气与空气在进气道内按比例混合后 再进入发动机各个气缸内燃烧做功 3 采用多点喷射混合方式 将燃气用设在每个气缸入口气道上的喷射器喷入发动机进气道内 让燃气与空气在进气道内按比例混合后 再进入相应发动机气缸内燃烧做功 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 10 LNG汽车技术 燃料系统 LNG汽车燃料系统 是根据汽车发动机在不同工况下使用LNG燃料的不同要求 以及LNG燃料自身的特点而设计的 汽车发动机的基本工况有 停驶状态 怠速运行状态 加速运行状态 减速运行状态 高速匀速运行状态和变速运行状态等 LNG燃料的自身特点有 低温性 能量高密度性 纯净性 LNG储罐的基本工况有 充装工况 静置工况 运行工况 按照液位状态划分 还有高 中 低三种液位状态 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 11 LNG汽车技术 燃料系统 LNG燃料系统在发动机不同工况下的工作情况 1 发动机停止状态 由于发动机停转 用气端口封闭 燃料气体停止流动 LNG汽化器内进入流量减少 管内存余气体压力开始升高 直至反向阻止LNG液体进一步进入汽化器 已经进入汽化器前端管道内的LNG逐步汽化 直到LNG储罐出口过流阀处 与低温 带压的LNG液体形成相对静止状态 此时 燃料罐处于静置工况 从过流阀到发动机入口 燃料输出管道内全部为气体状态 并带有一定压力 这个过程的长短 取决于系统使用时间的长短和发动机停止运行时间的长短 蓄含压力的多少取决于罐压和系统输出调整压力 bar Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 12 LNG汽车技术 燃料系统 发动机怠速运行状态 发动机怠速运行还分为冷启动状态和热启动状态 冷启动时 汽化器内热水温度低 流速慢 LNG汽化率低 及易造成发动机怠速运转不平稳 乃至熄火 此时 需借助缓冲罐内储存的气态天然气保障发动机正常运转 这个过程要待循环热水运转 汽化器进入正常工作状态 方可结束 约 min左右 热启动时 管系和缓冲罐内气态天然气较多 可以顺利启动 平稳运转 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 13 LNG汽车技术 燃料系统 发动机加速运行状态 发动机由低速向高速的提速过程 需要汽化器提供过量的 加浓的 燃料供应 而目前的汽化器设计多为均衡式汽化器 除非汽化器的汽化量裕度很大 要解决发动机加速时所需的过量供气问题 同样可以借助缓冲罐的作用 由于供气系统压力高于发动机入口所需压力 属于正压供气 缓冲罐内的储存气体 恰好可以弥补发动机加速运行的需要 不必再附加其他装置 发动机就可以迅速获得提速效果 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 14 LNG汽车技术 燃料系统 发动机减速运行状态 发动机减速运行时 需要汽化器减少燃料气的供应 在发动机节气门减小的情况下 进入发动机的燃料气流量减少 已经进入发动机进气管内的燃料气体反向阻力加大 迫使汽化器流量降低 满足了发动机减速工况的要求 这种状态尤其在车辆紧急制动时最为明显 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 15 LNG汽车技术 燃料系统 发动机高速匀速运行状态 发动机在高速匀速运行状态下 LNG燃料系统进入连续高速汽化工况 这种工况一般接近LNG汽化器汽化能力的上限 一般汽化器最大汽化能力按此发动机最大耗气工况高出 设计 只要汽化器和管路不发生意外 储罐内燃料充足 完全可以满足发动机高速运转的需要 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 16 LNG汽车技术 燃料系统 发动机变速运行状态 发动机处于变速运行状态时 LNG燃料系统进入流量忽大忽小的 变量 工作状态 变量的大小 取决于发动机对燃气流量需求的变化 发动机转速降低时 LNG燃料系统工况类似于发动机减速时的工作状态 发动机转速增高时 LNG燃料系统工况类似于发动机加速时的工作状态 发动机变速运行是车辆运行的主要方式 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 17 LNG汽车技术 燃料系统 LNG车用储罐在基本工况下的工作情况 1 静置工况时 高液位 冷量充足 自然汽化率低 气相组分少 长期储存会出现分层和涡旋现象 对安全使用不利 中液位 冷量减少 液体温度上升 自然汽化率增高 气相组分增加 罐压增高较快 低液位 冷量较少 罐内大部分是气态 压力上升缓慢 存余LNG的气化率下降 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 18 LNG汽车技术 燃料系统 2 充装工况 储罐只能满足双管充装方式时 在注液的同时 需要排放一部分BOG气体 储罐可以满足单管充装方式时 不必排放BOG气体 此时 大量过冷液体快速进入罐体内 罐内BOG气体遇冷收缩 压力下降 随着液面上升 罐内BOG气体压力开始缓慢回升 充满后 90 罐内处于低温 中低压状态 气液两相处于相对安定状态 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 19 LNG汽车技术 燃料系统 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 20 LNG汽车技术 燃料系统 3 运行工况 发动机正常运转时 储罐处于运行状态 此时 罐内的液体在BOG气体压力的推动下 从出液口流入汽化器汽化 为发动机提供气体燃料 当罐内BOG气体压力高于调节阀所设定压力时 压力调节阀打开 BOG气体直接进入汽化器进液管 与进入汽化器的LNG液体一起 向发动机输送气体燃料 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 21 LNG汽车技术 燃料系统 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 22 LNG汽车技术 燃料系统 目前LNG储罐使用中已经取得的成果 作为车用燃料供应储存系统的LNG储罐已经取得了满意的结果 当车辆处于行驶状态时 罐内液体处于剧烈晃动 飞溅状态 液体温度趋于均匀 饱和压力上升缓慢 当给储罐充装LNG燃料时 温度较低的LNG从外界喷淋进入储罐 储罐中部分气体会被冷却液化 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIMITED 23 LNG汽车技术 燃料系统 目前LNG储罐使用中存在的问题 有些仍采用双管充装法 大量BOG气体排空浪费 要么采用双计量器计量 加大装备投入 静置时间不可太长 否则储罐超压会自动排空 解决办法 使用车型限制 仅装备使用率高的公交车和出租车 这些车辆几乎不可能长时间停驶静置 而且不可能长时间停放在封闭的车库内 装备不在城市里行驶的长途客车和大型货车 设计上进行改进 安装逸散气体收集装置 Monday February24 2020 ENRIC LANGFANG ENERGYEQUIPMENTINTEGRATIONLIM