主講:董事爾教授E-mail：ds_xyz@1

目錄21天然氣汽車開展現狀1.1概述表1-1世界主要國家CNG汽車數量及加氣站數國家CNG汽車數（萬輛）CNG加氣站數（座）阿根廷40.1531意大利29284俄羅斯20.5187美國6.58491102新西蘭2.5190加拿大1.722120巴西1.439其它2.8801319合計104.6870277231天然氣汽車開展現狀1.2天然氣汽車的種類天然氣汽車是指以天然氣作為燃料的汽車，按照壓力及形態，可分為：〔1〕低壓氣囊式天然氣汽車。它是指天然氣以低壓方式充裝于汽車頂部的氣囊內，直接供給內燃機燃燒，該種充裝方式目前已根本上淘汰了。英文縮寫為NGV。〔2〕壓縮天然氣汽車。天然氣壓縮至20MPa，儲存于汽車用壓縮天然氣鋼瓶中，經減壓后供給內燃機。目前的天然氣汽車根本上指的都是壓縮天然氣汽車。英文縮寫為CNGV。41天然氣汽車開展現狀天然氣概念車〔德國〕Opel新車〔德國〕

51天然氣汽車開展現狀61天然氣汽車開展現狀71天然氣汽車開展現狀81天然氣汽車開展現狀91天然氣汽車開展現狀目前我國的天然氣工業存在著供需之間地域的矛盾，即天然氣產地多在四川及西北等內陸地區，而對天然氣需求較大的卻在東部和東南沿海等經濟興旺地區。而天然氣管道的運輸在我國又是一個薄弱環節。國家的遠景規劃是將在2021年建成3條國內的及2條國際的天然氣管道，以期從俄羅斯及土庫曼斯坦進口天然氣。近期我國南部地區還將引進LNG。2004年11月11日，在重慶舉辦的綠色環保汽車展上，展示了一輛液化天然氣汽車。10111天然氣汽車開展現狀1.3用天然氣替代汽〔柴〕油的優點〔1〕污染少據統計，目前各大城市汽車尾氣排放是造成城市空氣污染的主要原因，它占了空氣污染源總量的60%以上，將汽車燃料由汽〔柴〕油改為天然氣后，尾氣污染會明顯減少。與汽油相比，天然氣汽車尾氣中，CO減少97%，HC減少72%，NOX減少39%，CO2減少24%，SO2減少90%，汽車噪音亦可降低40%，可以說，天然氣是汽車最正確的清潔燃料。〔2〕運行費用低按汽油4元/kg，天然氣1.5元/m3計，表2是二種汽車燃料的運行價格比。由表2可見，天然氣汽車與汽油汽車相比較，可節省費用約0.47元/km。假設將汽油車改裝為雙燃料汽車所需費用為6000～10000元/輛，正常運行情況下，6～12個月即可收回改裝費用。121天然氣汽車開展現狀燃料熱值價格運行里程運行價汽油43953（kJ/kg）4元/kg4.77km/kg0.84（元/km）天然氣44688（kJ/m3）1.5元/m34.1km/m30.37（元/km）132CNG加氣站概述142CNG加油加氣站概述152CNG加油加氣站概述2.3天然氣加氣站簡介天然氣加氣站一般分為三個根本類型，即快速充裝型，普通〔慢速〕充裝及兩者的混合型。常見的為快速充裝型。天然氣加氣站〔快速充裝站〕是指以壓縮天然氣〔CNG〕形式向天然氣汽車〔NGV〕和大型CNGMPa壓縮到25MPa，最后通過售氣機給車輛加氣。一個典型的快速充裝站所需的設備包括天然氣壓縮機，高壓鋼瓶組〔或高壓儲氣球或高壓儲氣井〕，控制閥門及加氣機等，輔肋設備包括一種單塔型無膠粘劑的可再生分子篩枯燥器及流量計。16圖2-1a成都新華CNG加氣站圖2-1b富順CNG加氣站

圖2-1c自貢雙塘CNG加氣站圖2-1dCNG加氣母站〔北京〕2CNG加油加氣站概述172CNG加油加氣站概述2.3.1天然氣質量引入加氣站的天然氣質量不得低于現行國家標準?天然氣?〔GB17820〕的Ⅱ類氣質指標，汽車用天然氣質量應符合現行國家標準?車用壓縮天然氣?的規定。2.3.2系統組成天然氣加氣站由天然氣引入站管道和脫硫、脫水、調壓、計量、壓縮、貯存、加氣等主要生產工藝系統及循環冷卻水、廢潤滑油回收、冷凝處理、供電、供水等輔助生產工藝系統組成，可分為貯存加壓生產區和加氣營業輔助區。貯存加壓生產區：內設天然氣壓縮機房〔含天然氣過濾、調壓、計量、壓縮脫水裝置和儲氣瓶庫、天然氣壓縮機冷卻系統〕。加氣營業輔助區：設①加注區〔含天然氣加氣島〕。②營業站房〔含營業室、財務室、值班室、辦公室、儀表總控制室等〕。③綜合輔助用房〔含上下壓變配電室、消防水系統等〕。182CNG加油加氣站概述2.3.3加氣系統流程來站天然氣經過濾、調壓計量后經緩沖穩壓后進入壓縮機，天然氣壓縮機將天然氣壓縮加壓至25MPa進入高壓脫水裝置除去剩余水分，脫水后經程序控制器選擇安排，進高壓儲氣瓶組或高壓儲氣管束，分不同壓力儲氣，不同高壓天然氣又在程序售氣控制器下經天然氣售氣機向燃氣汽車售氣。當高壓儲氣系統存氣缺乏時，經程序控制器天然氣可經壓縮機加壓直接供給售氣機，經計量向燃氣汽車售氣。加氣系統流程見圖2.3192CNG加油加氣站概述圖2.3加氣站系統流程示意圖

203CNG加氣站的一般規定213CNG加氣站的一般規定223CNG加氣站的一般規定3.4加油和壓縮天然氣加氣合建站的等級劃分新標準?汽車加油加氣站設計與施工標準?〔GB50156-2002〕中，對于加油加氣合建站，分為兩級，需符合下表的規定。表3-1加油和壓縮天然氣加氣合建站的等級劃分級別油品儲罐容積（m3）

壓縮天然氣儲氣設施總容積（m3）

總容積單罐容積一級61～100≤50≤12

二級≤60≤30注：柴油罐容積可折半計入油罐總容積。

234CNG加氣工藝及設施244CNG加氣工藝及設施項目技術指標試驗方法高位發熱量（MJ/m3）＞31.4GB/T11062總硫（以硫計）（mg/m3）≤200GB/T11061硫化氫（mg/m3）≤15GB/T11060.1二氧化碳yCO2（%）≤3.0GB/T13610氧氣yO2（%）≤0.5

水露點（℃）在汽車駕駛的特定地理區域內，在最高操作壓力下，不應高于-13℃；當最低氣溫低于-8℃，應比最低氣溫低5℃GB/T17283注：1、氣體體積為在101.325kPa、20℃狀態下的體積。2、壓縮天然氣中固體顆粒直徑應小于5。3、壓縮天然氣應有可察覺的臭味。加臭劑的最小量應符合當天然氣泄漏到空氣中，達到爆炸下限的20%濃度時，應能察覺。加臭劑可用具有明顯臭味的硫酸、硫醚或其它含硫有機化合物配置。

254CNG加氣工藝及設施〔2〕天然氣進站管道上宜設置調壓裝置。進站管道設置調壓裝置以適應壓縮機工況變化需要，滿足壓縮機的吸入壓力，平穩供氣，并防止超壓，保證運行平安。〔3〕天然氣進站管道上應設計量裝置，計量裝置的設置應符合以下規定：①天然氣流量采用標準孔板計量時，應符臺國家現行標準?天然氣流量的標準孔板計量方法?SY/T6143中的有關規定，其流量計量系統不確定度，不應低于1.5級。②體積流量計量的基準狀態為：壓力101.325kPa，溫度20℃。〔4〕加氣站內的設備及管道，凡經增壓、輸送、儲存需顯示壓力的地方，均應設壓力測點，并應設供壓力表拆卸時高壓氣體泄壓的平安泄氣孔。壓力表量程范圍應為2倍工作壓力，壓力表的準確度不應低于1.5級。264CNG加氣工藝及設施274CNG加氣工藝及設施圖4-1W型系列壓縮機〔成都天然氣壓縮機廠〕284CNG加氣工藝及設施294CNG加氣工藝及設施304CNG加氣工藝及設施31圖4-2諾凱系列高壓儲氣鋼瓶組〔韓國〕324CNG加氣工藝及設施334CNG加氣工藝及設施344CNG加氣工藝及設施CNG地下儲氣井現已成為國內CNG加氣站首選儲氣系統。4-3c儲氣井示意圖4-3dCNG地下儲氣井工藝流程圖354CNG加氣工藝及設施364CNG加氣工藝及設施在新標準?汽車加油加氣站設計與施工標準?〔GB50156-2002〕中，對于加氣站的壓縮天然氣的儲存，有以下一些規定。〔1〕儲氣設施的工作壓力〔氣站標準為：最大允許充裝壓力〕應為25MPa，其設計溫度應滿足環境溫度要求。〔2〕儲氣瓶應選用符合國家有關規定和標準的產品。〔3〕加氣站宜選用同一種規格型號的大容積儲氣瓶。中選用小容積儲氣瓶時，每組儲氣瓶的總容積不宜大于4m3，且瓶數不宜大于60個。目前我國加氣站采用較多的是國產60L鋼瓶，每組儲氣瓶總容積約為4m3〔約儲天然氣1000Nm3〕，60L瓶66個。限量是為了減少事故風險度。日本多采用250L、400L瓶；美國CPI公司DOT標準瓶3AAX-2400型DN559mm，L=5.33～12.19m，容積V=1076～2577L，重量1118～2547kg。374CNG加氣工藝及設施384CNG加氣工藝及設施4.4汽車用壓縮天然氣鋼瓶簡介壓縮氣瓶有鋼瓶、環向纏繞復合材料的鋼瓶和全復合材料氣瓶3種，目前只有鋼瓶有統一的國家標準，即?汽車用壓縮天然氣鋼瓶?GB17258－1998。簡要介紹如下：〔1〕車用壓縮天然氣鋼瓶車用壓縮天然氣鋼瓶主要用于長期固定安裝在汽車上盛裝壓縮天然氣燃料，容積有30L、40L。、50L、60L、70L、80L、90L、100L、120L。具有壓力高、容量大、質量輕、平安可靠等優點。主要用于各大、中城市的出租車、中巴車、公交車、環衛車等。39圖4-4車用壓縮天然氣鋼瓶

404CNG加氣工藝及設施414CNG加氣工藝及設施〔3〕車用壓縮天然氣全纏繞復合材料氣瓶鋼瓶和環向纏繞復合材料的鋼瓶，自身重量大，用于大型車輛上，與車體重、載物重比較，氣瓶重量微缺乏道，但用在小型車輛上〔小轎車、出租車〕，氣瓶重量就會影響車體的重心，與載物重相比，氣瓶重量就占取了一定的比例，假設減小氣瓶的自重，氣瓶容積相應變小，氣瓶充氣量減少，因而汽車行駛的路程就會減少。全復合材料氣瓶目前還沒有統一標準，也還未批量生產，車用壓縮天然氣全復合材料氣瓶具有如下優點：①采用低密度、高性能的非金屬材料－－塑料作為內膽，以低密度、高性能的復合材料作結構層，氣瓶外包覆有保護層的全復合材料，所以氣瓶本身重量輕，且內膽制造工藝簡單，一次成型，降低了生產本錢。②在制造上采用了環氧樹脂、中溫固化配方，濕法纏繞成型工藝。環氧樹脂性能良好，價格廉價；中溫固化，節約能源；濕法纏繞與干法纏繞相比，減少了一道工序，提高了生產效率，降低了生產本錢。424CNG加氣工藝及設施圖4-7車用壓縮天然氣全纏繞復合材料氣瓶〔北京〕434CNG加氣工藝及設施4.5壓縮天然氣加氣機為防止壓縮機頻繁啟動及在不需要進行充氣時提供氣源，CNG加氣站需設有儲氣裝置。典型的設計是儲氣系統和售氣系統通過優先順序控制盤的順序來實現高效充氣和快速加氣。通常加氣站采用分級儲存方式，將儲氣瓶紐分為高壓、中壓和低壓瓶組，由優先順序控制盤對其充氣和取氣過程進行自動控制。充氣時：先向高壓組充氣，當高壓組的壓力上升到一定位時，中壓組開始充氣，等到中壓組壓力上升到一定值時，低壓組外始充氣，隨后三組氣瓶一起充氣，上升到最大儲氣壓力后停止充氣。取氣時：先從低壓組取氣，當低壓組的壓力下降到一定值時，開始從中壓組取氣，等到中壓組壓力下降到一定值時，開始從高壓組取氣，隨店從三組氣瓶一起取氣，直到三組儲氣瓶中的壓力下降到車載氣瓶的最高儲氣壓力相等時，停止取氣。444CNG加氣工藝及設施〔1〕加氣機不得設在室內。〔2〕加氣機的數且應根據加氣汽車數量、每輛汽車加氣時間4～6min計算確定。CNG加氣一般分為兩種，即快充氣與慢充氣。由北京長空機械有限責任公司生產的長空牌加氣機，是國內目前最好的國產加氣機。采用了目前世界上最先進的CNG專用質量流量計；由微機控制器控制，能自動顯示加氣量及加氣金額；具有金額預置、氣量預制多種加氣模式；當加滿氣時，具有自動停機功能；可以復顯最近四次的加氣數據，以備查驗；可以統計當班加氣累計數值和匯總累計數值；具有自動檢測故障功能，能自動顯示故障代碼；在充氣過程中能直接顯示壓力和和流量；當管道壓力漏失、超壓或溢流時能自動關機；輸氣軟管裝有可恢復拉斷保護裝置；可以同任何進口壓縮機相配套〔模塊化接入PLC中的ESD系統〕；454CNG加氣工藝及設施〔3〕加氣機應具有充裝與計量功能，并應符合以下規定：①加氣機額定工作壓力應為20MPa。②氣機加氣流量不應大于0.25m3/min〔工作狀態〕。③加氣機應設平安限壓裝置。④加氣機計量準確度不應低于1.0級。⑤加氣量計量應以立方米為計量單位，最小分度值應為0.lm3。⑥加氣量計量應進行壓力、溫度鉸正，并換算成基準狀態。⑦在寒冷地區應選用適合當地環境溫度條件的加氣機。⑧加氣機的進氣管道上宜設置防撞事故自動切斷閥。圖4-5長空加氣機464CNG加氣工藝及設施47圖4-6儲氣瓶組與加氣槍間閥門設置示意圖1—儲氣瓶組〔儲氣井〕；2儲氣瓶組〔儲氣井〕截斷閥；3一主截斷閥；4—輸氣管道；5—緊急截斷閥；6—供氣軟管；7—加氣截斷閥；8—加氣槍484CNG加氣工藝及設施4.7壓縮天然氣管道及其組成件〔1〕增壓前的天然氣管道應選用無縫鋼管，并應符合現行國家標準?輸送流體用無縫鋼管?GB8163的有關規定。增壓后的天然氣管道應選用高壓無縫鋼管，并應符合現行國家標準?高壓鍋爐用無縫鋼管?GB5310或?不銹鋼無縫鋼管?GB/T4976的有關規定。加氣站用輸氣管道的選擇除應根據增壓前后的壓力選用符合條文規定的管材，對壓力低的管道〔如壓力小于4.0MPa〕可選用GB8163中的無縫鋼管，對壓力較高者應選用符合GB5310或GB/T14976的管子，對北方寒冷地區的室外架空管道選材還應考慮低溫影響。〔2〕加氣站內的所有設備、閥門、管道、管件的設計壓力應比最大工作壓力高10%，且在任何情況下不應低于平安閥的定壓。494CNG加氣工藝及設施505加氣站平安根本知識515加氣站平安根本知識525加氣站平安根本知識5.1.2天然氣知識及其危險特性〔1〕天然氣的應用天然氣是指在不同地質條件下生成、遠移、并以一定壓力儲集在地下構造中的氣體。我國天然氣儲量豐富，資源遼闊，但在石油能源中消費的比例僅占到2%，與興旺國家能源消費中所占22%的比例相比相差甚遠。〔2〕天然氣的化學組成天然氣是從油氣田開采得到的可燃性氣體，其主要成分是甲烷，甲烷含量一般高于90%，其次是乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、正戊烷等氣態烴類。天然氣的非烴類氣體有硫化氫、二氧化碳、氫氣、氮氣以及極少量的硫醇、硫醚、二硫化碳等有機硫化合物。535加氣站平安根本知識天然氣可分為氣層氣、半生氣和凝析氣三種。氣層氣也稱氣田氣，是指在地層個呈氣態單獨存在，開采到地而后仍為氣態的天然氣。伴生氣也稱油田氣，是指溶解在原油中或者呈氣態與原油共存，隨原油同時被采出的天然氣。伴生氣的甲烷含量一般約占65%～80%，此外還有相當數量的乙烷、丙烷、丁烷等烴類。凝折氣是指在地層的原始條件下呈氣態存在，在開采過程中由干壓力降低而凝結出一些液體烴類的天然氣。凝析氣的組成大致和伴生氣相似，但是它的戊烷、己烷等烴類含量比伴生氣要多，一般經別離后可以得到天然汽油甚至輕柴油產品。天然氣又有干氣、濕氣之分。一般來說，含90%以上甲烷的天然氣稱為干氣或貧氣；甲烷含量低于90%，而乙烷、丙烷等烴類含量高于10%的那么稱為濕氣或富氣。545加氣站平安根本知識5556576.2.2加強可燃介質系統的密閉性為了防止易燃氣體和易燃液體的蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，應設法使易燃氣體和易燃液體的設備或容器盡可能密閉，對于具有壓力的設備，更應注意它的密閉性，以防止易燃氣體逸出與空氣形成爆炸性混合物。加氣站采用燃氣回收系統，可大大減少燃氣散發量，對平安非常有利。為保證設備的密閉性，對危險設備及系統應盡量少用法蘭連接，但要保證安裝檢修方便；輸送危險氣體、液體的管道應采用無縫鋼管。加壓設備，在投產前和定期檢查后應檢查密閉性和耐壓程度；所有壓縮機、泵、導管、閥門、法蘭接頭等容易漏油、漏氣部位應經常檢查；填料如有損壞應立即調換，以防滲漏；設備在運轉中也應經常檢查氣密情況，操作壓力必須嚴格控制，不允許超壓運轉。586.2.3注意通風排氣要使設備完全密封是有困難的，盡管已經考慮得很周到，但總會有局部蒸氣、氣體泄漏到設備外。因此，對設置有易燃可燃介質設備的房間必須采取通風排氣措施，以防止泄漏的可燃物含量到達爆炸下限。對通風排氣的要求，一般是使室內可燃氣體濃度低于該易燃可燃介質爆炸下限的1/4。加油加氣站內，爆炸危險區域內的房間應采取通風措施，通風措施的設置應符合?汽車加油加氣站設計與施工標準?GB50156－2002的規定。對局部通風應注意氣體或蒸氣的密度。密度比空氣大的要防止可能在低洼處積聚；密度輕的要防止在高處死角上積聚，有時即使是少量也會使房間局部空間可燃氣體濃度到達爆炸極限。設備的一切排氣管〔放氣管〕都應伸出屋外，高出附近屋頂。排氣管不應造成負壓，也不應堵塞。5960616263646566672.防雷裝置。一套完整的防雷裝置包括接閃器、引下線和接地裝置。〔1〕接閃器。接閃器又稱受雷器，是直接接受雷電的金屬構件。避雷針一般采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管做成。針長1m以下者，圓鋼直徑12mm，鋼管直徑20mm；針長1～2m者，圓鋼直徑地mm，鋼管直徑25mm。避雷針所用材料應能滿足機械強度和耐腐蝕要求，有足夠的熱穩定性，以能承受雷電流的熱破壞作用。〔2〕引下線。引下線上接接閃器，下接接地裝置，將雷電流自接閃器導人接地裝置。引下線國內一般采用圓鋼或扁鋼制作。圓鋼直徑不小于5mm，扁鋼厚度不小于4mm，截面積不小于48mm2。如用鋼絞線做引下線，其截面積不小于25mm2。國外工程需用銅質材料。〔3〕接地裝置。接地裝置用來向大地泄放雷電流，它包括接地極和接地線兩個局部。接地極通常用長度為2.5m的50×50×5的角鋼〔或50mm鋼管〕做成，上端埋深0.7m。連接各接地極的干線一般是采用40×4mm2的扁鋼做成，用25×4mm2扁鋼連接地面設備。68697加油加氣站消防設施707加油加氣站消防設施717加油加氣站消防設施727加油加氣站消防設施737加油加氣站消防設施747加油