大客车lng供气系统的设计

LNG供气系统的固化设计,第一节 LNG(液化天燃气)基础知识,1、液化天然气术语及定义（Liquefied natural gas） 一种液态状况下的无色液体，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。主要由甲烷组成，组分可能含有少量的乙烷、丙烷、氮气或通常存在于天然气中的其他组分，品质符合GB/T19204的要求，简称（缩略语）LNG。2、液化天然气特性 依据GB/T19204-2003液化天然气的一般特性可知：液化天然气，简称LNG（Liquefied natural gas），理论上以液态存在，绝大部分为甲烷。LNG的温度极低，其沸点在大气压力下约为-160，沸腾温度随蒸汽压力的变化梯度约为，天然气在常温下不能通过加压液化，必须将温度降到约-80以下才能在一定压力下液化。 此外，LNG还有如下特点：,（1）CNG是将天燃气以高压的形式储存于气瓶中，仍呈气态存在。LNG是天然气-162度底温下由气态变为液体，便于运输和储存。LNG体积仅为气态的1/625，液体密度约0.42kg/L。（2）LNG车载气瓶蒸发率不大于2%，一次加气量能满足正常营运行驶一天的要求，具有超压自动泄压安全装置。 （3）LNG发动机运行平稳，经济可靠，动力性能达到同类燃油机型90%以上。（4）根据测试，一台LNG公交车的燃料费用比同类型燃油公交车要节省2333% ，具有良好的经济性。（5）试验表明，液化天然气汽车与燃油的汽车相比。CO2下降20%，CO下降90%，HC降低70%，NOX下降30%，天然气汽车的推广和使用可大幅减少汽车废气的排放污染。,（6）LNG的燃点为650度，比柴油和LPG的燃点高，安全性能高。LG的爆炸极限为5-15%（空气中含量），LNG气化后密度很低，只有空气的一半左右，易向高空挥发扩散。（7）LNG与CNG发动机系统简介 LNG低温罐-气化调节器-低压供气系统-发动机 CNG气瓶组-减压调节器-低压供气系统-发动机（8）LNG由于其密度是CNG的1/625，因而一辆12米公交车充一次气运行 一天，只需一个LNG液化气瓶，同样长度的CNG公交车如冲一次气要运行一天，侧需要80L的钢瓶8个以上。所以LNG公交车自重要比CNG公交车自重轻。 （9）LNG生产工艺比CNG复杂，其物理特性也存在一些弱点： A、大气状态下气化，气体天然气易燃，可令人窒息，LNG温度极低（-162度），一旦发生泄漏，极易冻伤接触者。 B、如果车辆加气后长时间存放不用，则会使排空量增加，造成LNG断续流失，并增加了温室气体的排放。,第二节 LNG供气系统介绍,2.1 LNG供气系统组成：LNG车用瓶、水浴式气化器、管路系统、安全系统、液体充装装置和安全装置,如果采用纵向安装方式，即储气罐的轴线与车辆的纵轴平行，则储气瓶装有阀门、仪表的一端应朝向车辆尾部。,气瓶阀件示意图,2.2流程图介绍 液化天然气汽车燃料系统由气瓶、汽化器、管路降压调压阀、发动机系统组成。 气瓶是作为一种用以替代汽车油箱盛装、贮存、供给燃料（液化天然气），并且可以多次重复充装的低温绝热压力容器。 汽化器主要是利用发动机循环冷却水把液化天然气进行加热汽化，使天然气达到满足发动机使用温度、流量要求。 管路降压调节阀主要作用是将汽化器汽化后的天然气进行减压，使之满足发动机的使用压力要求，且保持压力稳定。,缓冲罐的作用是储备一定量的气体，以备不时之需。当汽车功率较大，启动时需要较多的天然气时，可以在管路降压调节阀后配备一只缓冲罐。如果受到汽车安装空间的限制，且汽车功率不大且供气管路长、度（其作用相当于缓冲罐）满足需要的情况下，可以不用配备此容器。 系统中需要配备安全阀（用户自备），安全阀的开启压力要小于或等于图1所示系统中工作压力最小的设备。 电磁阀的作用是当发动机点火开关关闭或处于次要位置、以及发动机熄火点火开关仍处于开启状态时，阀门处于关闭状态能够阻止天然气流向发动机，防止天然气泄漏。,2.3 进液管路进液管路由低温进液口（C1）、进液单向阀（FCV）以及连接的管道。,加气站用加气枪的机械力量把低温进液口（C1）顶开，液化天然气被加气站装备的低温泵泵入加气管道，由于泵的压力进液单向阀（FCV）被打开，此时整条进液管路处于开启状态。,当液体进入过程中，由于喷淋作用，瓶内顶部气相空间的蒸汽会部分被重新液化回收以避免放空损失，使得加液过程中气瓶的压力维持不变甚至降低。 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，达到加气机设定的停机压力时，加气机停止加气，加气的过程完成。 由于低温进液口（C1）和进液单向阀（FCV）都只允许流体单相流动（只能流向瓶内，不能流向瓶外），因此停留在低温进液口（C1）和进液单向阀（FCV）之间管道内的液化天然气被汽化成蒸汽后会进入瓶内，不会引起管道超压破裂的危险。,2.4自增压管路 自增压管路由增压截止阀（Pv）、升压调节阀（PBr）、自增压盘管（Pr）组成。,在自增压时，需要保证除增压截止阀（PV）外的所有截止阀处于关闭状态，这样气瓶和自增压管路可以形成一个密闭的循环空间。 开启增压截止阀（PV），低温液体通过升压调节阀（PBr），然后经过自增压盘管（Pr）被加热成饱和蒸汽，进入气瓶气相空间（顶部），由于液化天然气的液气比较大，因此输出较少的液体会变成大量的蒸汽，同时这是个密闭的循环空间，也就是说增加的气体体积远远大于输出的液体体积，再有气体具有可压缩性，从而使得气瓶的压力升高。当气瓶压力升至需要的压力（升压调节阀的设定压力）时，升压调节阀（PBr）自动关闭，气瓶压力不再升高，压力维持稳定。,2.5 出液管路 出液管路由出液单向阀（DCv）、出液截止阀（Vu）、过流阀（Ef）组成。,在没有使用的情况下，出液截止阀（Vu）应当处于关闭状态。 汽车进行燃气供给时，开启出液截止阀（Vu），液化天然气通过出液单向阀（DCV）然后流经出液截止阀（Vu）和过流阀（Ef）进入供气系统。 当过流阀（Ef）的进口的压力与出口的压力差值大于设计的值时，过流阀（Ef）会迅速关闭停止对外供液。关闭出液截止阀（Vu），过流阀（Ef）很快又回到开启状态。2.6 经济回路 经济回路由经济阀（Er）、出液截止阀（Vu）、过流阀（Ef）组成。,当瓶内压力高于经济阀（Er）设定的压力时，如果又在供气过程中，经济阀（Er）开启，气瓶顶部气相空间的饱和蒸汽通过经济阀（Er）进入供气管路，此时出液单向阀（DCV）基本处于关闭状态。供气管路中的是汽液混合物。随着气体的不断使用，瓶内压力会逐渐降低至经济阀（Er）的设定压力，此时，经济阀（Er）关闭，又回到液体供应状态。,2.6 供气系统 供气系统由汽化器（Va）、管路降压调压阀（LRe）、缓冲罐、管路安全阀（LSv）、电磁阀（SV）、管路压力（P2）表组成。,液化天然气进入汽化器（Va）后，被发动机的冷却水加热变成气体，经过管路降压调压阀（LRe）把压力降至适合发动机的需要，通过缓冲罐和电磁阀（SV）去往发动机。2.7安全系统 安全系统主要由主安全阀（Svp）、副安全阀（Svs）、气瓶压力表（P1）、液位计（LG）、手动放空口（Vv）组成。,2.8汽化器简介 汽化器是一种水浴蛇管式换热器。利用发动机冷却水作为加热介质对液化天然气进行加热。液化天然气和冷却水的流动方向是并流。 内部是盘管作为换热器的管程，低温的液化天然气经过后被汽化成适合的温度供给发动机。 外部是一根套管作为换热器的壳程，与汽车发动机的冷却水系统相连形成闭合的回路。外壳保证其间流动的冷却水不会外泄。 根据汽车行业标准QC/T245-1998规定，汽化器应安装在靠近发动机进气管和振动较小的位置，但不应直接安装在发动机上。汽化器可安装在汽车（底盘）大梁上。布置汽化器时，应尽可能靠近发动机，以减少低压管路流程阻力。设计汽化器支架时，应注意汽化器的安装位置不能高于发动机散热器顶部。否则会导致加热水不能流经汽化器，导致汽化器结冰冻裂。,汽化器的汽化能力选择:选择汽化器汽化能力时，应本着够用即可原则，因为选择汽化能力大的汽化器，汽化器内用于热交换的螺旋管路长度增加，可能导致流程阻力增加，影响气瓶最低使用压力，以下信息供选型时参考：,2.9液位计简介 液位计量系统采用电容式液位计，该系统由三个子系统组成：电容电、极、电容变送器和液位显示表（相当于汽车油量表）。其原理是由于被测介质液体和蒸汽的介电常数不同，当液面变化时，电容敏感元件（电容变送器）的电容随之变化，其变化的读数通过特定的液位显示表显示、出来，这样就能测定气瓶内液面的高度，通过特定的转化，可以直接读出液体的体积。,电容电极焊接安装在气瓶的内胆内部是气瓶整体的一个组成部分。由内外两个电极组成，其作用是根据气瓶内的燃料高度产生一个成线性比例的电容信号，并传送给电容变送器。电容变送器将电容信号转化成电信号，传递给液位显示表。 电信号不受燃料状态（液相或气相）和压力的影响，能够反映气瓶内燃料量的多少。与汽、柴油（油位计量系统）相似，该系统能够适应由于加速、刹车、爬坡、转弯等行驶条件变化所带来的瞬间影响。 电容电极导线与外部的接头处应当保持干燥。如果此处有水分，那么将造成短路，无论内胆有多少液体液位显示表的读数都将显示为满刻度。,2.10 典型的LNG走向图示例 LNG从气瓶体通过管路进入汽化器加热汽化，经过稳压罐稳压后由电磁切断阀控制通断，在经过燃气滤清器滤清之后进入稳压器稳压。经滤清稳压的燃气经过热交换器加热后通过节温器进入FMV，由FMV控制喷射入混合器中与增压后的空气混合。电子节气门控制混合气进入发动机气缸内燃烧做功。,燃气流向示意图,气瓶安装图,气瓶采用侧置的布置形式，用横梁与车架连接起来结合为一体，保证了气瓶安全可靠性。,加气面板、汽化器、缓冲罐安装图,加气面板、汽化器、缓冲罐集成化一体布置，主要是便于安装、维护，节省了空间。,LNG气瓶加气面板一体化布置,管路走向示意图,电磁切断阀、低压滤清器、稳压阀采用串联式布置，便于安装、维修，有效的利用空间位置。,第三节 系统安装要求,3. 系统安装 3.1 总体要求 3.1.1 严禁采用在气瓶本体上焊接、挖补等降低气瓶本身强度和刚度的安装方式，严禁利用气瓶原 有的保护圈或者保护罩作为安装的支撑点。 3.1.2 气瓶的安装支架以及固定的紧固件应当在六个方向上能够承受气瓶及其内部液体重量之和的 8倍冲击力。 3.1.3 气瓶与安装支架之间应当有防止滑动、降低冲击、避免划伤瓶体的橡胶垫，橡胶垫的厚度不 能低于2mm，宽度不能小于固定带的宽度。 3.1.4 气瓶的安装支架应当具有防止气瓶出现震动、松动、滑移或旋转的功能。 3.1.5 气瓶应当选择合适的安装位置或合适的方式，确保能够将瓶体及其附件受到的破坏概率降到 最低。对于阀门、仪表系统无防护罩的气瓶（采用保护环形式的），如果安装在外部开放空间，应当采取适当的措施对阀门、仪表部分进行保护。,3.1.6 纵向安装时，气瓶安装方式为气瓶的纵向轴与车辆的纵向轴平行时，气瓶的阀门、仪表端应 当朝向车辆后部。 3.1.7 气瓶安装后任何部分不得超出车辆外部轮廓边缘，向前不得超过车的前桥，向后不得 超过车 的后桥，否则气瓶可能被卡住或刮伤。 3.1.8气瓶的安装位置与发动机或者排气管的距离应当不小于200mm，当距离小于200mm时应当 有可靠的隔热装置，避免气瓶直接受热。,3.2 管路、阀门的安装 3.2.1 安装以前所有管路应当去除毛刺、去油、干燥处理，用三氯乙烯或四氯化碳进行清洗。检查 球面密封的密封面是否有贯穿性划痕，当存在时禁止使用，否则会引起泄漏。 3.2.2管路的安装、支撑、保护及固定应将因热胀冷缩、振动、弯曲、和磨损等对管路造成的破坏、腐蚀或破损几率降至最低，并且能防止其在运输过程中出现任何固定松动的现象。管路不应与 相邻部件发生碰撞或摩擦，否则可能由于长期的摩擦使管路破裂，管路的固定管卡之间的距离不要 大于600mm。 3.2.3有低温液体通过的管道在定位时，不能与车辆车架直接相连，否则可能会由于低温作用引起 车架材料（碳钢）发生脆断；安装时，低温管道与车架的距离不得小于20mm，且需要用耐低温的 材料将低温管道与车架隔开。同样低温管道与车辆电气线路、油管路、水管路、气管路等不耐低温 的线路的相对位置也要保持20mm以上距离。,3.2.4管路系统中应当设置燃气滤清器，过滤管道系统中可能由于外部带来的铁屑、灰尘等杂质， 以免造成发动机的损伤。 3.2.5 螺纹密封接头连接时，应当缠绕生料带，但应避免生料带细屑残留于管道内，否则会对系统 造成影响。 3.2.6采用卡套密封接头时，管端应无椭圆、凹坑、凸出、划伤等表面缺陷，应当将管端30mm 左右长度的表面进行打光处理，否则将可能导致密封不良，造成泄漏。 3.2.7 汽化器的进出水管道应当根据冷却水水泵的能力考虑进出水流量以及管道阻力的要求，发动 机功率不大于200PS的，要求水流量不小于15L/min；发动机功率大于200PS的要求水流量不小 于18L/min。冷却水管不得折弯使其实际流通面积减小，否则可能造成汽化器结霜甚至结冰，低温 流体对发动机造成不可逆的损坏。,3.3 根据GB/T20734-2006 液化天然气汽车专用装置安全要求，管路应排列整齐，布置合理，不应与相邻部件碰撞或摩擦，管路固定卡间距不大于600mm。管路及接头与发动机排气