LNG 汽车加气站及车辆 技术应用 长沙市清洁汽车协调领导小组专家组 组长、高级工程师 李竹林 2007 年 9 月６ - ７日 银川

1. LNG汽车加气站及车辆技术应用长沙市清洁汽车协调领导小组专家组组长、高级工程师 李竹林2007年9月６-７日 银川

2. 各位领导，专家，代表： 你们好！ 首先感谢建设部科技委城市车辆专家委员会和银川公交公司上海柴油机公司给此机会，让我就长沙市“十五”期间承担的国家科技公关课题：“ＬＮＧ公交车示范工程”项目实施中的体会，现就加气站和车辆技术应用向大家做介绍。 本文详述了LNG汽车气源﹑加气站﹑汽车系统工程的目标要求，研制的技术路线和整车设计成果，推广应用的技术方案，建立安全﹑运行管理制度，电子监控记录的管理和数据分析平台及评价经济及社会效益。随着科技的发展，我们自感尚有很多不足之处，请各位给予指正。

3. 一、能源紧缺、油价上涨、环境保护—给发展LNG汽车应用带来机遇一、能源紧缺、油价上涨、环境保护—给发展LNG汽车应用带来机遇 • 国际石油紧缺，油价上涨； • 中国年进口石油已＞1．4亿吨，石油的依存度＞ 50%； • 威胁国家安全、国计民生和国民经济GDP值的增长； • 国家强制执行节能减排政策； • “十一五”国家实施“节能与替代石油”工程； ①节能降耗；缓解石油供应紧张状态； ②减排：国家实施机动车排放法规，降低尾气污染； • 提高公交等运输企业效益和运行效率； • 长沙市政府实施“蓝天碧水”工程的有效举措； • LNG汽车产业将为长沙市带来节油、经济、环保、产业效益。

4. 二、LNG汽车的优点 • 1、LNG：-162℃，常压：为气态的1/625； • 2、气质更清洁，无硫﹑水分﹑杂质，尾气污染小； • 3、 燃料成本比汽油车低30%以上，维修费低； • 4、安全性好：泄漏形成低温区，不易引燃，LNG气瓶饱和气压低为0.4-0.7Mpa • 5、体积密度大，一个410L气瓶公交车可行驶600-800KM； • 6 、应用于公交车，城际客车，货运班车，重型货柜车，垃圾车,邮政专用车此外还可用于出租车（一次加气可连续行驶400公里 ）。

5. 三、长沙市LNG汽车项目 • 2005年12月经攻关研制成功电控、排放达到国Ⅱ的长10M一汽CA6102N2型120HP发动机和南内NQ160N2型160HP发动机LNG公交车并上国家目录； • 52辆LNG示范公交车，营运在龙骧巴士103，168公交线路上；目前已安全运行了11万公里； • 建立了政府领导的组织体系，研发体系，生产体系，运行体系； • 湖南龙骧巴士公司通过运行积累了经验，培育了人才，建立了各项制度，研制了运行的统计管理分析软件。 • “十一五”国家863计划新能源汽车课题：“LNG公交车运行示范” • 进行整车实用化，工艺化，标准化，建立完善的安全、运行、管理制度及考核体系； • 自主创新，采用高新技术建设LNG汽车的产业链 • 应用电子监控管理、统计、分析软件进行数据分析，提供技术、经济评价。

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8. 四、ＬＮＧ汽车加气站建设 • 4.1、ＬＮＧ气源、气价 • 中国储量已探明总储量1．52万亿M3 ； • 新疆广汇LNG厂规模152万M3 /日，甲烷82 ．3 %，热值9800Kcl/Nm3，现200万吨的LNG厂正在建设中； • 建立43m3货柜式储罐车队，5天送抵长沙，车用气价3．1元/ Nm3 ； • 国内LNG厂已相继建设：内蒙、四川达州、海南、山西等地迅速增加。 • 山西有液化煤层气，其组份是： • 甲烷 96．85 % 热值：7800Kcl/ Nm3 ； • 国家首批沿海10个城市建设进口LNG储运基地； • 总投资290亿元的深圳中澳LNG项目一期已经正式投产，珠海高兰港已实施建设第二个LNG接收站，30万吨LNG厂年底投产，至长沙运距900KM，上海、福建的进口LNG储备库08年投产 ；

9. 4.２、LNG汽车加气站 • 4.3.1 加气站的主要设备及要求 • LNG贮罐：2x50m3真空粉末绝热贮槽，日蒸发率＜0.2%； • LNG增压器：空温式汽化增压器； • 潜液泵：为浸没式两级离心泵，美国ACD公司产品； • 售气机：LNG质量计量式、精度为1.5% ； · 具有温度补偿和气体回收功能； · 加满、限量自停功能； · 温度、压力、密度、体积、重量的适时显示； ·具有限温加液功能； • 二级控制：第一级是就地手控；第二级是PLC系统通过PLC控制器实现集中监控和管理控制； • 安全监控：当贮罐压力大于设定值时，安全阀起跳； • 高﹑低液位超限及内罐超压泄漏报警系统； • 甲级资质的设计院规范设计； • 采用美国A57标准为主要设计依据； • 撬装站：25M3储罐，其余与固定站设备类同； • 储罐高压泄放气应连通居民或站内生活、发电用气。

10. 卸车流程： LNG贮车—密闭接头—LNG泵—LNG贮罐 加液流程： LNG贮罐—LNG泵—加气机—LNG车载气瓶 调压流程： LNG贮罐—LNG泵—LNG汽化器—LNG贮罐（气相） 泄压流程： LNG贮罐—安全阀（泄压） 4.２.2加气站工艺流程

12. 主要技术指标1.配置：单枪LNG加气机2.工作介质：液化天然气（LNG）3.计量准确度：±1.0%4.额定工作压力：1.6Mpa5.流量范围：0～260L/min6.环境温度：-30℃～55℃7.管路温度：-196℃～55℃8.计量单位：Kg、L、Nm39.读数最小分度值：0.01 Kg、 （L、Nm3）10.单次计量范围：0～9999.99 Kg、（L、Nm3）11.累计计量范围：99999999.99 Kg、（L、Nm3）12.显示参数：加气量、单价、金额13.加气枪头：1英寸LNG专用加气枪14.气相管接头：1/2英寸快速接头。

13. 美国卡特加气枪（50加仑）

14. 美国马克回气枪（10加仑）

15. 美国马克回气枪座（10加仑）

16. 增 压 器

21. 4.3、车载LNG储液瓶 供气系统及工作原理 • 4.3.1 • 车用LNG气瓶内常规饱和气压：0.4-0.7Mpa ； • 运行时，气瓶的排液阀→ 限流阀→ 汽化器→ 缓冲罐→过滤器→电磁阀→发动机燃气系统； • 瓶内气液相压力调整：经济阀具、超低温耐久性； • 气瓶排液出口设限流阀，可防止管路过量外溢； • 优化设计管路及过滤器，保证终端压力、流量； • 精确的液位显示系统，精度2%以上； • 安装位置：车体中部便于维修和加气时的操作。

23. 1－LNG气瓶 　2—第二级安全阀 　3—主安全阀 　 　4—手动放气阀 5—节气调节阀 　 6—液体喷淋管　 　7—蒸汽排出管 　8—止回阀 9—限流阀 　　　10—液体排出管 　11—燃料切断阀 　12—液位信号接口 13—液位变送器 　　 14—燃料指示表 　15—汽化器 　　16—放气管接17—燃料加注接口 　18—燃料气瓶压力表 LNG车用气瓶系统原理图

29. 4.３.3、安全性能试验 • 振动试验：6个自由度，3g的加速度，30Hz　　　　　　　的振动频率； • 坠落试验：9.2m高空自由坠落到硬质混凝　　　　　　　土地面； • 火烧试验：外部538℃，持续20分钟以上不　　　　　　　　　　泄气； • 蒸发率试验：日蒸发率＜2.0% （液态）； • 符合现行的Q/HK718-2006企业规范。

30. 4.３.4、 LNG储液瓶规格型号 公交车系列（工作压力1.6MPa） 小轿车系列（工作压力1.6MPa）

31. ５ 、LNG示范公交车的整车设计和技术要求 5.1、整车技术、经济要求 • 排放达标：欧Ⅱ，十月份之后：欧Ⅲ； • 经济性好：气耗低，每升油节省0.5元以上; • 优化整车结构:轻量化，前后轴荷合理; • 发动机扭矩大,功率适中，常用负荷在燃料经济区域运行; • 噪声小：达到国家标准; • 优化传动系统：调整后轿变速比，最高车速>70KM/h; • 续驶里程：﹥250KM，气瓶容量，不宜过大； • 整车性能达到国家现行车辆标准和LNG专业标准; • 安全性：燃气报警系统； • 车型：前置机型和后置机型，要优选整车长度； • 底盘、整车应上国家目录公告.

32. 5.2、车型选择 • 大型城市主流公交车型为底地板后置式，长11-12M • 省会城市主流公交车型为后置式,长10-10.5M； • 长沙前置式车型：选用一汽发动机厂产品，CA6102N2型LNG发动机公交车，车长10.3M，整备质量8.7T，总质量13.5T； • 长沙后置式车型：选用东风南充发动机厂NQ160N、LNG发动机的CKZ6108 HNA型公交车，车长10.3m，整备质量8.8T，总质量14T； • 优质的底盘及相关配套设备； • 气瓶安装处车体局部结构加强．

33. 5.3、LNG公交车发动机电控燃气系统 5.3.1、技术要求： • 排放：国Ⅱ，08年后国Ⅲ； • 优化结构：提高充气及燃烧效率； • 耐磨合金汽门座； • 配气机构：减小凸轮轴进排气夹角； • 压缩比：汽油机体：8.8-10、柴油机体：10.5-12; • 水冷空压机，机油冷却器； • 增加水泵流量和散热器散热能力； • 闭环电控喷射型顺序点火箭发动机燃气系统； • 增加中冷动力，降低燃烧温度、排放；

34. 5.3.2、电控技术特点 • 电控供气系统的ECU+多种传感器，优化最佳空燃比， 　实现控制燃料、燃烧，稳定的怠速、车速； • 稀薄燃烧及高质量宽域氧传感器； • 顺序点火及电控点火提前角； • 电子节气门提高同步性； • 切断阀：突降负荷切断燃料供给； • 催化转换器：金属型，耐高温，背压低， 　　　　　　　功率下降<1%，2年16万公里； • 高质量喷咀：压力>0.25Mpa； • 自学习功能选择合理的空燃比； • 气质感应器：根据燃气的组份优化空燃比。

35. 5.3.３顺序点火电控供气系统： • 喷射阀式电控系统： 采用由控喷射调节器正压三级减压燃气系统，比例式正压混合器可以根据燃气的组份和热值及地域的气压等进行调整，实现最佳空燃比； • 电控喷射器型： 　　　由分组喷嘴喷射(CNG)或电控膜片减压器(LNG)输出的燃气进入闭环电控的发动机混合器与空气混合进入发动机进气系统，电控燃气量实现最佳空燃比； • 电控直喷型： 　　　多点顺序喷射闭环电控燃气发动机每缸设置一个高质量的喷咀,燃气经喷咀直接喷入气缸，电控气量实现最佳空燃比，混合气燃烧时因受到汽缸内高温高压的影响对喷咀的寿命和喷射质量要求很高，因此价格昂贵。

41. 5.3.４点火系统 • 长沙龙骧巴士公司LNG汽车顺序点火系统执行元件作了改进； • 点火系统：提高点火能量，增加动力，降低LNG耗气量; • 火花塞：耐高压、高温>820C; • 电感线圈：电压>38kw; • 高压线：耐高温、防水透气防闪络。

42. TORCH火花塞5407 • 改变陶瓷件的参数，增加火花塞耐高温和耐高压； • 采用特殊的电阻结构，减少电阻值的变化； • 提高火花塞内部耐腐蚀能力； • 提高火花塞点火能量；

43. TORCH点火线圈DQG1228 • 采用先进单缸顺序点火技术； • 调整点火线圈内部参数，提高线圈的点火能量，满足LNG燃气点火能量需求； • 采用耐压、耐温更高的进口漆包线和环氧树脂，提高产品的工作可靠性、延长产品的寿命； • 产品安装简单、可靠；

44. TORCH高压阻尼线ZNR1151C • 采用耐高温和耐高压的硅橡胶线体和护套，提高产品整体性能； • 设计合理的与火花塞连接的护套结构，增加排气孔，保证连接的可靠性； • 在与火花塞的连接处，采用ICIM技术，减少火花塞的表面闪络；

45. TORCH火花塞、点火线圈、高压线系统匹配优化设计 • 系统的优化设计，提高点火能量，降低LNG消耗量； • 系统阻值的匹配设计，减少传递的能量损失，和减少对环境的电磁干扰； • 产品间的连接、配合合理、可靠； • 脉宽保证额定转速下的点火功效；

46. 5.4、10.4M前置式LNG公交车的研制5.4.1、 CA6102N2发动机研制采用自然吸气、点燃式发动机，进行如下技术措施：1）增设水冷空压机、机油冷却器；助力转向泵；2）提高充气效率：将进气口改为双进口；3）高耐磨的气门座；4）压缩比增至8.8；5）“鼎辉”三级减压调节器，比例式正压可调混合器；6）美国德尔福技术的单点闭环电控燃料供给系统；7）金属型三元催化器，功率损失小于1%；8）发动机功率：89kw；扭矩：335Nm。9）最低气耗率：265g/kw·h ；10）最高车速：100km/h（装5吨沙袋试车）；11）适用于长10m左右、重8-9吨级的公交车;12) 排放:欧Ⅱ。

48. LNG 气瓶舱 HQK61000GL型客车

49. 一汽D85-11E型底盘

50. 5.4.2、运行情况： • 1）两辆示范车从2005年2月试运行10个月后投入线路正式运行至今已安全行驶近16万公里； • 2）310L气瓶一次加气充装后可行驶600Km，今后用240L气瓶； • 3）市内公交工况百公里耗气量：31m3，同型汽油机车百公里耗油量：31L； • 4）经济效益见LNG汽车的经济效益估算表。 5.4.3、尾气排放 • 1）2004年6月25日通过了国家重型汽车质量检验中心的检测，排放达到国II标准； • 2）长沙市环保局检测：2005年6月7日和11月30日两次检测达标，LNG汽车不仅尾气排放好，而且稳定持久。