液化天然气的使用

液化天然气的使用第1页/共43页液化天然气基本特性

液化天然气基本是无色、无味的液体；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。1.1特性

处理液化天然气的危险主要来自以下三方面特性：1.极低温度。在大气压力下按液化天然气组成不同，其沸点略有差别，但都在-162℃左右，在此低温下液化天然气蒸汽密度大于环境空气。2.仅少量液体就能转化为大量气体。1体积液化天然气大致能够转化成600~625体积气体。3.天然气是可燃的。一般环境条件下，5~15%（体积，下同）天然气和空气混合是可燃的。这意味着，当空气中天然气的体积分数<5%，或者>15%都不会燃烧，当然也就不会爆炸。第2页/共43页LNG天然气中所含的许多气体会在高于-258F的温度下变成固体。天然气中通常加入的添味剂也会在这个温度之上变成固体。因此车辆中所使用的LNG将没有熟悉的燃气气味。熟悉液化天然气第3页/共43页LNG1U.S.gal重量为3.4lbs。热值为21,500Btu/lb，即73,000Btu/gal柴油1U.S.gal重量为7.1lbs。热值为18,250Btu/lb，即129,575Btu/gal。利用里程数据和上述信息，同时牢记天然气发动机的热效率比柴油发动机低20%，所以需要大约两倍的燃料体积才能与柴油发动机所达到的里程数相当。6.026lbs的LNG等于1gal柴油的热值从柴油转而使用LNG时确定容积要求所要考虑的因素熟悉液化天然气第4页/共43页液化天然气(LNG)系统。压缩天然气使我们可以带足行驶预定路程所需的燃料。为了在不加燃料的情况下能够行驶的更远，客户可以多增加几个CNG罐或安装一套LNG储存系统。LNG通过低温处理（即把燃气冷却至-258F）生产。在此温度下，它会变成液体。液态下，车辆可在小空间内携带更多的燃料。熟悉液化天然气第5页/共43页LNG饱合度曲线。我们知道，LNG在其沸点下出现饱合。温度与压力的关系遵从饱合度曲线。出现饱合时，压力升高，液体沸腾转为气体的温度也会升高。控制出现饱合时的压力对于众多LNG燃料系统来说都很重要，因为此压力就是向发动机输送燃料的驱动力。熟悉液化天然气第6页/共43页LNG密度曲线。LNG密度曲线显示的是压力与密度的关系。随着燃料温度升高，LNG罐内的压力升高，因其从液体变为气体，密度变小。同样，随着燃料汽化，罐内压力升高，燃料的重量下降。熟悉液化天然气第7页/共43页车辆储存罐。车辆储存罐是能维持液态燃料的隔热容器。LNG罐所使用的隔热技术能维持LNG的温度持续一段时间，而不会出现过大的压力累积。许多LNG罐隔热层的R值为8,500。燃料罐利用一系列的卸压阀维持在规定的饱合压力下工作。这些卸压阀还能避免罐内出现过度加压。熟悉液化天然气第8页/共43页尽管LNG罐隔热性能良好，但随着时间的推移，LNG一般会通过大气吸热并汽化。一些系统依靠这个罐内的正常升压来向发动机供应燃料。加燃料的过程中，必须保持充足的罐内压力才能运转发动机。注入加注罐的燃料通常比罐内已有的液体温度低。必须时刻小心，注入罐的冷燃料不能使缸内压力降至没有充足压力把燃料供至发动机的程度。熟悉液化天然气第9页/共43页要使用LNG必须气化低温液体并使其提升到工作温度。为了供给发动机充足的压力，必须调节并维持罐内压力。气化。燃料离开罐后流经一个利用发动机冷却液使燃料汽化的热交换器。高压调节器用来维持供至发动机的规定气压。熟悉液化天然气第10页/共43页罐排气储存罐设计可在规定压力下工作。如果罐内压力升高至预计水平以上，会先将气体排到排气管。这种气体是纯甲烷，因为甲烷有着先气化然后升到罐上部的趋势。如果第一级排气不能控制罐内压力，罐上的第二级卸压阀把气体排入大气。熟悉液化天然气第11页/共43页熟悉液化天然气LNG部件第12页/共43页123456781-

LNG分配器。用一个可锁定的加燃料喷嘴向罐内提供燃料。 2-上加注口。可用单软管加燃料—

液体喷入逐出蒸汽，从而加快加注。3-燃料插座。插座有一个比例阀，可通过加燃料喷嘴与插座相啮合而自动开启。插座有一个与加燃料喷嘴配合的锁定机构，可保证加燃料过程中紧的密封性。4-燃料表。可通过燃料插座安装在驾驶室内或受保护的地方。5-蒸汽空间。罐上部附近有一个小孔，可吸收过高的蒸汽压力。车辆几天不用时可延长罐的保有时间。 6-节能调节器。确定罐的工作压力。7-热交换器。利用发动机送出的冷却液来预热LNG至气相。 8-过压调节。确保汽化后的燃料压力不超过发动机制造商规定的压力。LNG系统部件第13页/共43页超级隔热层内容器排气塞不要取下卸压阀排气阀外真空水套保护环过流量单向阀燃料输送管节能调节器加注单向阀第14页/共43页安全防护安全防护设备及措施

在有天然气或液化天然气的现场内工作时，需具有如下安全常识：1．使液化天然气设备远离火焰或电火花，周边不应有易燃或能够燃烧的物品。2．在液化天然气设备维修、充装、存储的地区不允许烟火进入。3．有液化天然气的地区工作时需戴护目镜、脸罩、绝热手套、防护服。防护服应当采用棉质材料，需穿长裤，不得穿裙子、短裤进行操作，鞋底不得钉有铁钉；长裤的裤脚不能卷起，须将长裤盖住鞋帮的开口。手套应为棉质或皮质材料，手套应当长且宽大，易于很快脱掉；手套应当完好、干燥，不得有破损和潮湿。4．在拆卸零件维修时需给液化天然气气瓶排空、卸压。5．配备适当数量的干粉灭火器。6．周围应当有足够的水源。水源的目的是用来降温，而非灭火。7．在进入天然气区域前，应当先对该区域的氧气浓度和天然气浓度进行测量。警告：保护眼睛和暴露的皮肤保持设备所在区域通风良好在维修或保养设备时确保系统已泄压远离易燃品、电火花、火源第15页/共43页安全防护冷灼伤时的处理方法1.当皮肤与低温表面粘接时，可用热水加热方法使皮肉解冻，然后再挪开冻结部位，并将伤员移至温暖的地方（约20℃）。2.除去所有妨碍冻伤部位血液循环的衣物。3.将冻伤的部位立即进行水浴，水温要求40~45℃，不允许使用干燥或直接加热的方式；如果水温超过45℃，就会加剧损伤冻伤区的身体组织。4.立即将伤员送往医院做进一步治疗。5.如果伤员大面积冻伤，且体温已经下降，就需要将伤者浸泡在40~45℃的水中，再尽快将伤者送往医院。6.冻伤的身体部位在加热后开始疼痛、肿胀，如果伤势不严重，应当对冻伤部位进行缓慢、持续地加热，直至皮肤由灰白色变成粉红色或红色。7.伤员不许抽烟、喝酒，这样会减少流往冻伤组织的血液量、注射破伤风针，防止感染。第16页/共43页窒息的处理方法：1.天然气的过分积聚可能会使空气中氧浓度变稀薄，人处在这种环境中可能会导致昏迷、伤害，甚至窒息。下面列出窒息的生理特征（也称缺氧效应）2.当操作人员因缺氧失去知觉时，应当立即将其撤离现场，并进行人工呼吸。如果操作人员停止呼吸，应当立即进行人工呼吸并马上送往医院治疗。3.当环境中氧气浓度<19%时，用空气吹扫天然气高浓度区域，保持氧气的浓度>19%，但要注意控制天然气的浓度<1%。

安全防护警告：当空气中氧气浓度<10%或天然气的浓度>50%时，工作人员不能进入液化天然气区域。第17页/共43页泄漏的处理方法1.有泄漏可能的空间通风要求需要满足通风速率每分钟不低于密闭空间体积的1/12（相当于1小时置换不低于5次）。2.密闭空间应当设置可燃气体报警器，报警器的报警最低下限是当空间内天然气在空气中的含量达到体积含量为1%时，应当发出报警；报警信号应当能够发出声、光并且驾驶员能够看到报警显示。3.配备必要的灭火器，灭火方法的选择参见“液化天然气的灭火方式及其等级”。液化天然气的灭火方式及其等级

安全防护第18页/共43页提示：用户可根据灭火器的能力进行配置。一个30L的干粉灭火器可以扑灭2m2范围内的火焰，一个350L的干粉灭火器可以扑灭14m2范围内的火焰。警告：不能使用水喷向液化天然气液体，这会引起液化天然气的大量蒸发而加大火势。第19页/共43页气瓶系统简介1气瓶简介

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。

主要结构是双层容器。

内胆能够承受一定的压力用来贮存和供给低温液态的液化天然气。在内胆外壁缠绕由玻璃纤维纸和光洁的铝箔组成的多层绝热材料，多层材料在高真空条件下具有热导率低、隔热性能高、重量轻的特点。

外壳主要用来与内胆形成夹层空间（两层容器之间的空间）和把内胆支撑起来的作用。

夹层空间被抽成高真空与多层绝热材料共同形成良好的绝热系统，用以延长液化天然气的贮存时间。

外壳和内胆之间设置支撑系统将内胆外壳合理固定。支撑系统的设计能够承受车辆在行驶时所产生的加速、减速，运行时的振动。第20页/共43页气瓶系统简介1气瓶简介气瓶所有的外部管路、阀件都设置在气瓶的一端，并用保护环或保护罩进行防护。阀门系统的设置能够满足液化天然气的充装和供给。

内胆设置了两级安全阀（管路系统中）会在内胆超压时起到保护的作用。在超压情况下主安全阀(Svp)（开启压力为1.75MPa，250psi）首先打开，其作用泄放由于绝热层和支撑正常的漏热损失导致的压力上升、或真空遭破坏后以及在失火条件下的加速漏热导致的压力上升。副安全阀(Svs)（开启压力为2.9MPa，420psi）的压力设定比主安全阀高，在主安全阀失效或发生堵塞时，副安全阀启动。第21页/共43页气瓶系统简介1气瓶简介

在夹层超压条件下，外壳的保护是通过一个环形的真空塞来实现的。正常情况下，真空塞被大气压压紧在真空塞座内，使大气与夹层空间隔绝，保证夹层的真空度。由于低温液体或蒸汽受热后体积变化比较大，即使少量的低温液体或蒸汽泄漏进入夹层，也会导致夹层压力迅速升高。当夹层压力超过0.17MPa（表压）左右，真空塞将会打开泄压。

设置了经济阀(Er)，在使用过程中（长时间停驶除外）经济阀能够优先使用气瓶内胆顶部由于自然蒸发被汽化而形成的天然气蒸汽，从而降低气瓶内部的压力，使得只要在使用气瓶的压力就不会升至安全阀的开启压力，因而不用放空。

还设置了过流阀（Ef），当外部管路发生破裂，管路流量大于设定值时，过流阀自动关闭；当关闭过流阀前的液体使用阀后，过流阀自动回位。通过过流阀自动关闭，从而可以有效避免次生危险的发生。第22页/共43页气瓶系统简介1气瓶简介

设置了自增压系统。自增压系统包括：增压截止阀（Pv）、升压调节阀（PBr)、自增压盘管（Pr）及相应的管路。

该系统能够保证且稳定地提供气瓶的正常供液压力和流量的要求，仅仅通过与空气进行热交换，而不需额外的能源。稳定的压力是通过调节升压调节阀来控制的，当气瓶顶部的压力低于升压调节阀设定的压力（也就是系统需要的压力）时，液化天然气通过增压截止阀和升压调节阀后进入自增压盘管与空气进行热交换，液体变成蒸汽回到气瓶的顶部。由于液化天然气的液气比较大，因此使得压力升高。当压力等于升压调节阀的压力后，升压调节阀自动关闭，气瓶压力不再继续升高。第23页/共43页气瓶系统简介2流程简介注意：流程示意图中虚线框内的部件根据用户需要进行相应配置，不是标准配置第24页/共43页气瓶系统简介2流程简介

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。

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的长度（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。第25页/共43页气瓶系统简介2流程简介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。

图2.进液示意图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。

第26页/共43页气瓶系统简介2流程简介自增压管路

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。

图3.自增压示意图在自增压时，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。第27页/共43页气瓶系统简介2流程简介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。图4.出液示意图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。

第28页/共43页气瓶系统简介2流程简介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。图5.经济回路示意图

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。

第29页/共43页气瓶系统简介2流程简介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。图6.供气系统示意图

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。

第30页/共43页气瓶系统简介2流程简介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。图7.安全系统示意图第31页/共43页气瓶系统操作首次充装通常将首次充装、停止工作两周上、以及经过维修的气瓶称为“热瓶”。热瓶的充装必须使气瓶的内胆温度冷却至液化天然气温度。应当按照以下程序进行：确认加气站或者安装了气瓶的车辆已经良好地接地；打开低温进液口（C1）（见6.3.3条）和回气接头（C2）的保护帽（见6.3.7条）；目视检查气瓶的阀门、接头、管道，确认没有泄漏和部件没有缺失；用干燥氮气吹扫（或使用干净、干燥的棉纱擦拭）低温进液口（C1）和回气接头（C2），确保没有水分、杂质；如果需要，连接回气枪和回气接头（C2），将回气枪拧90°；确认加气枪和低温进液口（C1）相配，连接加气枪和低温进液口；开启加气站泵，对气瓶进行充液，当加气机显示30L左右，停止加液；开启气瓶放空阀（VV）把压力下降到0.3MPa，然后关闭放空阀（VV）；警告：放空时需要注意：放空的气体回到加气站大贮槽或者排放到安全地点。让气瓶冷却10分钟左右，在这期间气瓶的压力会上升；观察气瓶压力表（P1），如果气瓶压力较高，可能需要放空才能进行充装，步骤按照本条8款的规定；重新开启加气站泵进行充装，直到加气机自动停止；确认放空阀（VV）已经关闭，拆卸加气枪和回气枪；盖上低温进液口（C1）和回气接头（C2）的保护帽。第32页/共43页气瓶系统操作常规充装常规充装是指正常使用的气瓶，在充装时气瓶内胆处于低温状态和有一部分液体。确认加气站或者安装了气瓶的车辆已经良好地接地；打开低温进液口（C1）（见6.3.3条）和回气接头（C2）的保护帽（见6.3.7条）；目视检查气瓶的阀门、接头、管道，确认没有泄漏和部件没有缺失；用干燥氮气吹扫（或使用干净、干燥的棉纱擦拭）低温进液口（C1）和回气接头（C2），确保没有水分、杂质；如果需要，连接回气枪和回气接头（C2），将回气枪拧转90°；确认加气枪和低温进液口（C1）相配，连接加气枪和低温进液口；观察气瓶压力表（P1），如果气瓶压力较高，可能需要放空才能进行充装，开启气瓶放空阀（VV）把压力下降到加气机需要的压力以下，然后关闭放空阀（VV）（放空时需要注意：放空的气体回到加气站大贮槽或者排放到安全地点）；开启加气站泵进行充装，直到加气机自动停止；确认放空阀（VV）已经关闭，拆卸加气枪和回气枪；盖上低温进液口（C1）和回气接头（C2）的保护帽。

第33页/共43页气瓶系统操作注意：1）在充装前应当观看气瓶外表是否有结露或结霜现象，建议有此现象的气瓶不要进行充装，应当送回厂家进行修理。2）查看气瓶是否有压力，如果压力为零，应当对气瓶进行吹扫、气密性试验，合格后，再进行充装。警告：1）在充液前应当检查低温进液口内是否有水分、杂质，应当确保充液时水分和杂质完全被清除干净。

2）如果有水分，在充液时，水分会迅速凝结成冰块。冰块有可能堵塞进液单向阀、低温进液口、甚至进入瓶内。堵塞造成低温进液口、进液单向阀关闭不严产生泄漏，甚至造成密封面的损坏。如果冰块进入气瓶内部，可能会在出液过程中堵塞在出液单向阀处，造成供液不畅，使得发动机动力不足甚至无法开动。3）如果有杂质，在充液时，杂质可能造成进液单向阀、低温进液口关闭不严，甚至造成密封面的损坏。同时，如果发动机前端没有装设过滤器，杂质可能造成发动机损坏。

注意：一只完全充满的气瓶其压力上升十分迅速，可能导致安全阀开启；因此完全充满的气瓶应尽快使用，禁止长时间储存。警告：向大气放空时，应当将放空的气体引到安全的地方，否则将有引起火灾和爆炸的危险。第34页/共43页气瓶系统操作燃料供给1增压以下情况需要对气瓶增压进行增压：1．气瓶首次使用且压力低于发动机的需要时；2．气瓶在安全阀、压力表校验后；3．气瓶经过放空后维修的；4．升压调节阀设定的压力低于发动机需要压力的。2增压过程1．确认使用阀（Vu）放空阀（Vv）和处于关闭状态；2．开启增压阀（Pv），此时增压管路开始结霜；3．压力达到稳定，此时增压管路开始化霜。如果此时的压力还不能满足发动机需要，需要按照8.3.3条的方法对升压调节阀（PBr）进行调节。气瓶如果需要对外供液，不用关闭增压阀。

第35页/共43页气瓶系统操作3升压调节阀的在线调节1．升压调节阀压力设定值的判断1）如果增压盘管不结霜，且气瓶压力表（P1）的压力不发生变化；随着使用的进展，压力降低至一固定值时，气瓶压力表（P1）显示的值就是经济阀的设定值。此时表明升压调节阀的设定压力小于气瓶压力表（P1）显示的值；。2）如果增压盘管结霜，气瓶压力表（P1）的压力在逐渐升高，此时表明升压调节阀的设定压力大于气瓶压力表（P1）显示的值，随着时间的进展，压力升高至一固定值时，气瓶压力表（P1）显示的值就是升压调节阀的设定值。2．升压调节阀的调节（结构参见6.3.8条）1）如果压力需要调高（1）确定升压调节阀的设定值；（2）拧松序号②锁紧螺母，然后顺时针拧动序号①调节螺杆，拧动时应当根据升压调节阀实际的值与设定值之间的差值来判断所要的圈数。（3）拧动后，自增压盘管会结霜，气瓶的压力会升高；当观察到压力稳定或者自增压盘管的霜变成蜂窝状或化成水时，此时气瓶压力表（P1）显示的值就是升压调节阀的设定值；（4）如果压力没有达到设定值，重复上述步骤；压力达到需要值时；（5）拧紧②锁紧螺母。2）如果压力需要调低（1）确定升压调节阀的设定值；（2）关闭增压截止阀，然后通过使用或者放空的方法把压力将到需要设定的值；（3）拧松序号②锁紧螺母，然后逆时针拧动序号①调节螺杆；（4）然后开启增压截止阀，观察压力是否上升；（5）如果上升，重复上述步骤，直至压力达到需要的值；（6）拧紧②锁紧螺母。提示：1）拧动一圈压力约升高/降低0.2MPa左右。

2）升压调节阀在出厂时，设定的压力为0.8MPa。注意：1）

拧动时建议每次拧动1/4~1/2圈为限；

2）如果调整后的设定值高于需要设定的值，请按照压力调低的步骤进行，不要随意拧回。

第36页/共43页气瓶系统操作液体输出1．确认升压调节阀的设定值以及气瓶的压力满足发动机需要；2．如果气瓶的压力高于发动机压力0.3MPa以上，需要对气瓶进行排放处理；3．当气瓶的压力比发动机压力高0.1MPa后，缓慢开启使用阀（Vu）；4．发动机正常工作后，可以加大使用阀的开度。

提示：气瓶压力过高或者初始时使用阀的开启过快，可能会引起过流阀关闭，造成发动机熄火。气体输出

在正常使用过程中，如果