LNG氣瓶

由于天然氣的比重比空氣輕，泄漏的天然氣容易在空氣中擴(kuò)散而不積聚，使用天然氣燃料的安全性能好,因此，以天然氣代替石油制品作為汽車燃料，是最現(xiàn)實(shí)的選擇之一。天然氣汽車與傳統(tǒng)的汽油車相比，CO、HC排放量大幅度降低，無鉛化物排放；與柴油車相比，沒有顆粒物排放，因而被譽(yù)為“綠色汽車”。 LNG汽車與CNG汽車相比，LNG燃料氣瓶貯存的是液體燃料，因而貯存量大，貯存的能量密度為CNG的3倍，持續(xù)行駛里程長(zhǎng)。再者，LNG氣瓶由于燃料貯存壓力低，其安全性能更好。天然氣在液化過程前，已經(jīng)過凈化處理，LNG更加清潔。美國是世界上LNG汽車開發(fā)最早，已有15年的應(yīng)用實(shí)踐，LNG汽車特別適用于城市公交車、區(qū)間車、校車、環(huán)衛(wèi)車、大型集裝箱卡車等。

1LNG氣瓶

低溫儲(chǔ)罐為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)膽儲(chǔ)存低溫液體，承受介質(zhì)的壓力和低溫，內(nèi)膽的材料采用耐低溫合金鋼(0Crl8Ni9)；外殼為內(nèi)膽的保護(hù)層，與內(nèi)膽之間保持一定間距，形成絕熱空間，承受內(nèi)膽和介質(zhì)的重力荷載以及絕熱層的真空負(fù)壓。外殼不接觸低溫，采用容器鋼制作。絕熱層大多填充珠光砂，抽高真空。低溫儲(chǔ)罐蒸發(fā)率一般低于0.2%。
低溫儲(chǔ)罐的出液以儲(chǔ)罐的自壓為動(dòng)力。液體送出后，液位下降，氣相空間增大，導(dǎo)致罐內(nèi)壓力下降。因此，必須不斷向罐內(nèi)補(bǔ)充氣體，維持罐內(nèi)壓力不變，才能滿足工藝要求。如圖2所示，在儲(chǔ)罐的下面設(shè)有一個(gè)增壓氣化器和一個(gè)增壓閥。增壓氣化器是空溫式氣化器，它的安裝高度要低于儲(chǔ)罐的最低液位。增壓閥與減壓閥的動(dòng)作相反，當(dāng)閥的出口壓力低于設(shè)定值，閉。增壓過程如下：當(dāng)罐內(nèi)壓力低于增壓閥的設(shè)定值時(shí)，增壓閥打開，罐內(nèi)液體靠液位差緩流入增壓氣化器，液體氣化產(chǎn)生的氣體流經(jīng)增壓閥和氣相管補(bǔ)充到儲(chǔ)罐內(nèi)。氣體的不斷補(bǔ)充使得罐內(nèi)壓力回升，當(dāng)壓力回升到增壓閥設(shè)定值以上時(shí)，增壓閥關(guān)閉。這時(shí)，增壓氣化器內(nèi)的壓力會(huì)阻止液體繼續(xù)流入，增壓過程結(jié)束。

2工藝參數(shù)

根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力，并考慮其經(jīng)濟(jì)性，確定儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力為1.2/～0.1 MPa（內(nèi)筒/外筒），設(shè)計(jì)參數(shù)如下：
充裝率：90％
內(nèi)/外罐的設(shè)計(jì)溫度：-196℃/-19～50℃
內(nèi)/外罐的工作溫度：-146℃/環(huán)境溫度
內(nèi)/外罐的材質(zhì)：0Cr18Ni9/16MnR
設(shè)計(jì)壓力：1.2/-0.1 MPa（內(nèi)筒/外筒）
工作壓力：0.8/-0.1 MPa（內(nèi)筒/外筒）
蒸發(fā)率：≤0.3％/d

3安全性能試驗(yàn)

LNG車載氣瓶在生產(chǎn)完成后，須通過一系列安全性能試驗(yàn)，包括振動(dòng)試驗(yàn)、火燒試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)。
1．振動(dòng)試驗(yàn)
振動(dòng)試驗(yàn)主要模擬檢驗(yàn)LNG車載氣瓶在汽車運(yùn)行條件下，內(nèi)膽與外殼的支撐結(jié)構(gòu)、管道系統(tǒng)等附件的耐久性。振動(dòng)試驗(yàn)前氣瓶中充裝與裝滿LNG等質(zhì)量的液氮，氣瓶處于完全冷卻狀態(tài)，壓力(表壓)為0 MPa。振動(dòng)加速度為3 g(g為重力加速度)，振動(dòng)方向?yàn)槠嚽斑M(jìn)方向的垂直方向。振動(dòng)完畢后，任何部位不得出現(xiàn)泄漏，靜置30 min以上氣瓶外殼沒有結(jié)露或結(jié)霜現(xiàn)象為合格。
2．火燒試驗(yàn)
火燒試驗(yàn)考察在汽車發(fā)生火災(zāi)情況下LNG車載氣瓶絕熱系統(tǒng)性能的安全可靠性。試驗(yàn)前氣瓶中充裝與裝滿LNG等質(zhì)量的液氮。試驗(yàn)采用天然氣(或液化石油氣)為燃料，在臥放的氣瓶正下部布置燃?xì)夤艿篮腿紵b置，保證氣瓶最低點(diǎn)距燃燒裝置120～130 mm。燃燒裝置大小應(yīng)足以使氣瓶的主體邊緣完全置于火焰之中，因此燃燒裝置長(zhǎng)度至少超出氣瓶在水平面投影長(zhǎng)度100 mm，寬度至少超出氣瓶在水平面投影寬度100 mm，但超出長(zhǎng)度均不大于200 mm。保證足夠燃燒時(shí)間，氣瓶在規(guī)定時(shí)間內(nèi)安全閥不起跳為合格。
3．跌落試驗(yàn)
跌落試驗(yàn)?zāi)M在汽車發(fā)生翻車情況下檢驗(yàn) LNG車載氣瓶受沖擊后的完整性。跌落試驗(yàn)包括對(duì)氣瓶最關(guān)鍵部位(自行指定，如封頭、筒體等，管道系統(tǒng)端除外)進(jìn)行10 m高的跌落試驗(yàn)和對(duì)管道系統(tǒng)端3 m高的跌落試驗(yàn)。跌落試驗(yàn)前，氣瓶應(yīng)裝滿與LNG等質(zhì)量的液氮，氣瓶處于完全冷卻狀態(tài)，壓力(表壓)為0 MPa，地面為混凝土地面。跌落試驗(yàn)完畢后的l h內(nèi)，氣瓶外殼沒有結(jié)露或結(jié)霜現(xiàn)象為合格。
LNG車載氣瓶作為L(zhǎng)NG汽車燃料系統(tǒng)的核心裝備，兼具成本低、充裝使用方便、體積小、自重輕、充裝量大、氣液純凈、運(yùn)輸裝卸方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，其研制開發(fā)為推廣和發(fā)展LNG汽車奠定基礎(chǔ)，對(duì)節(jié)約能源、改善城市大氣質(zhì)量具有重要意義。