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1前言随着经济和社会的快速发展，我国已成为能源消费大国，1993年起，我国已成为石油进口国，预计到2010年缺口8000万t以上。而我国是天然气资源比较发达的国家，据评价我国天然气总资源量为38亿m3，已探明储量是1.53万亿m3，探明程度仅为4.02％，预计2010年天然气产量可达1000亿m3。国外天然气(当量原油)和石油产量比为0.73∶1左右。而我国目前仅为0.1∶1左右。因此我国天然气产储量均有很大潜力，将为我国推广使用天然气汽车提供良好的资源条件。我国计划2010年发展天然气汽车20～30万辆。30万辆汽车年消耗天然气量为45亿m3，仅占当年天然气产量的4.5％，可替代汽油360万t。目前我同天然气和液化石油气汽车均在汽油车或柴油车上改装而成，采用混合气预混合式供气方式，整车匹配性能较差，未能充分发挥气体燃料特性的优势和低排放的效果，特别是动力性下降，动力损失严重，牦热率高，热效率低，尤其在低速中小负荷工况区，我国的天然气和液化石油气成分差异大，也是严重影响发动机的动力性、燃料经济性和排放性能的因素。下面就压缩天然气与液化石油气汽车加气站的技术与经济方面的一些问题加以分析。2CNG加气站完整的CNG加气站是由低压调压站、天然气压缩机、CNG储气瓶组、CNG顺序程控盘、售气机等五部分组成。下面是一个典型天然气压缩气站(图1)。调压站由进气控制阀、滤清器、调压阀、流量计和安全阀组成。从天然气管道来的天然气通过进气控制阀、滤清器后进入调压阀，将天然气压力调至天然气压缩机需要的进气压力，然后进入压缩机增压。天然气压缩机是加气站的核心，一般由四级活塞式压缩机或液压缸式压缩机，具运行完全自动化，并装有安全保护停车装置。从管道来的天然气经压缩达到25MPa。在每一级压缩后，天然气流经水冷或空冷散热器冷却。CNG储气瓶组由三组钢瓶组成，按充气先后次序分高、中和低压组三组。储气瓶组的最高充气压力为25MPa。充气顺序盘的作用在于实现高、中、低压储气瓶组顺序向下储气瓶充气。当天然气压缩机启动后，在没有CNG汽车加气时，压缩机依次向高、中、低压储气瓶组进行充气；当气压达到22MPa时，压缩机向三个瓶组同时充气，压力达到25MPa，压缩机自动停止。当气瓶组压力降到22MPa时，压缩降到22MPa时，压缩机自动启动，恢复充气。售气机由流量汁、计价器、顺序加气系统三大部分组成。汽车充气时，储气瓶组成按低、中、高顺序利用压差供气。当车上气压力与储气瓶压力一致但不足20MPa，此时启动的压缩机将直接向车卜气瓶供气直到最高压力20MPa。当没有汽车充气时，压缩机继续向储气瓶组充气25MPa，整个汽车充气过程大约需要5～10min。加气站新技术的体现就在于各控制部分的微机管理。国内目前已能生产机械电气式天然气压缩气站，是在引进国外CNG加气站基础上消化吸收，结合我国国情和现场实际设计制定了CNG加气站国产化方案。根据实际要求，研制中对工艺和设备进行了技术改进和完善。将国产压缩机的进、排气管线与引进机组并联联接，并且由国产压缩机的排气管引一条管线接至程盘后的储气系统，可使国产机组本身构成联机系统，双机共同工作。补充完善国外设计，国内设计的充气系统管线上增设检修放空阀，确保了检修的安全，增设了机组停机气体放空罐，将每次停机自动放空气体返至罐中。在引进的调压装置中增设了油气分离器和管路系统，为使用“干气和湿气”提供了可靠保证。将进口的60只储气瓶组改为门只储气瓶组，重新进行编组，使储气瓶数目增加了一倍，取气率达58％，可保证机组达到全负荷工作能力，提高了一次储气的加气车次。减少机组频繁启动，起到节电降耗作用。国产化后的CNG加气站主要技术指标如下：生产CNG能力（双机8h工作）：500m3/天可供CNG汽车（50m3/辆）台数：100辆每辆天然气汽车加气时间（50m/辆）：8～10min额定压力：加气站储气压力为25MPaCNG汽车加气压力为20MPa售气机计量准确度：±0.5％天然气含硫量：不大于20mg/m3天然气净化水露点温度：－40℃CNG气瓶、天然气高压气瓶主要有一般钢瓶、铝合金瓶、薄壁钢瓶和复合材料气瓶。铝合金瓶和薄壁钢瓶采用玻璃纤维聚脂树脂加强，复合材料气瓶内部为热塑性材料衬里，外部为碳纤维或玻璃纤维增强复台而成。国内目前只能生产钢质气瓶，材料为30CrMo、35CrMo和40CrMo，而且大多数单位目前都未生产天然气汽车专用钢瓶，而是用高压氧气瓶替代。目前，天然气在汽车上的应用仍局限在原有汽油机或柴油机基础上经改装而成天然气或两用燃料发动机。目前针对发动机本身如何更适合天然气燃料特点而进行的专门设计尚处于研究阶段。例如将一台汽油车改装成一台天然气两用燃料汽车所需要额外增加的设备如下：储存CNG、耐压20MPa高压天然气气瓶。高压气瓶主要有钢瓶、铝台金瓶和薄壁钢瓶三种。铝会金瓶和薄壁钢瓶的特点是：自重轻、强度高（用玻璃纤维和聚脂树脂加强）；压阀、电磁阀、计量阀及中央计算机控制设备。CNG通过二级或三级减压，压力从15～20MPa降低至大气压，并利用汽车散热器里的热水循环防止降压所造成的冻结问题。电磁控制两用燃料汽油/天然气的相互转速。计量阀用做气量及气体压力的计算，中心计算机优化控制整个天然气汽车系统；一个天然气容量20m3（20MPa），80L容积铝台金瓶重约61kg，一个天然气容量为10m3，40L容积的薄壁钢瓶的质量约为43kg。从技术上看，美国和欧洲各国均开发了一系列的天然气汽车改装系统，都利用了他们在汽车电控技术上的优势。以美国为例：美国从事天然气汽车两用燃料转换系统改装部件制造的公司有二、三十家。美国Stewart＆Stevenson公司、IMPCOTechnologiesInc．、HatCh＆Kirklnc、EDO、ANGI公司是较为著名的公司。这些公司为符台国家的汽车排放标准，将微处理机用于转换系统，使全系统达到天然气与空气最佳混台，完全燃烧。3LPG加气站LPG加气站比CNG加气站简单，有固定式和活动式两种，见表1。表1LPG加气站技术数据项目型号数量LPG固定式加气站LPG储罐(个)每个容量25m34储罐压力(MPa)1.8旋涡泵(台)C5/140A1计算机(台)6LPG活动式加气站型号цлл3-12-885型号цлл3-33.9-528LPG储罐直径(mm)1600200容量(m3)1234.3工作压力(MPa)1.81.8工作温度(℃)-40～＋50-40～＋5038.3活动站总重量(t)15.838.3长(mm)1050016610宽(mm)24502630高(mm)31503750固定式LPG加气站每日最大可供600辆汽车加LPG。活动式LPG加气站实际上类似LPG运输车。LPG汽车需要加装电磁阀、减压阀以及适应LPG组改变用的自动调节系统。使用压力为1.6Mpa的钢瓶，容量15～250L，供不同类型汽车使用，这种汽车行驶距离为500km以上。LPG燃料系统的主要部件有：LPG气瓶、蒸发调压器、滤清器、电磁断油阀和混合器等。蒸发调压器是整个燃料系统的关键部件。LPG在蒸发器中蒸发气化，再经两次减压，受进气管真空度的控制，按照发动机不同负荷配给混合比。通入发动机循环水的目的是为了确保LPG的气化。滤清器用以清除LPG中的杂质，其中除安装有滤芯外还装有永久磁铁，以滤掉夹在LPG中可能的金属粒子。电磁断油阀用于截断LPG的供应。在外国的某些LPG燃料系统中还安装有惯性快速截断阀，当汽车撞车或紧急制动时，它能快速截断来自LPG瓶的气体，防止火灾。进入气缸的液化石油气量，除可用真空度、机械方式控制外，更为精确的控制是借助单片微机控制。由于控制精度高，发动机的性能佳。混台器具有与化油器相类似的喉管，空气与液化石油气在混合器中进行混台，进人气缸。空气与石油气的混合比与汽油的混台更容易，使可燃混合气更均匀，有利于燃烧。4天然气加气站的环保和经济效益4.1天然气加气站的环保效益天然气是一种国际上公认的热值高、清洁、便于运输的优质燃料，作为城市气源有其无可比拟的优越性。表2是天然气与其它燃料污染物排放量的分析。表2天然气与其它燃料污染物排放量分析污染物燃料污染物排放量(g/km)CO碳氢化合物NOXSOX微粒总量CNG0.020.160.76000.94LPG10120.170.50001.79汽油5.180.341.190.440.057.20甲醇1.800.160.34002.30电力0.060.021.420.980.032.51注：引自美国燃气协会资料从表2可以看出，天然气汽车的污染是最小的，其次是液化石油气汽车。在美国的资料中，天然气同汽油相比，碳氢化台物减少52％，CO减少97％，NOX减少36％，SOX和微粒减少100％。另外，天然气汽车噪声减少50％，苯、铅排放为0。据分析使用天然气汽车后空气中的污染物将减少60％左右。4.2天然气汽车投资效益分析天然气汽车改车投资回收期短，天然气汽车的改车费用主要包括：全套改车专用装置配件、阀件、天然气贮气瓶、油气转换装置和改装费。在四川用国产件改装1辆CNG/汽油两用燃料汽车的投资经济效益分析见表3。表3两用燃料汽车的投资经济效益分析车型改装费(元)气价(元/m3)油价(元/L)每天耗油(元)每天耗气(元)每天节约(元)每年节约(元)回收期(天)货车85001.32.211056.553.519527158(7个月)中巴67001.32.26633.932.111716208(8个月)出租63001.32.252.827.125.79380245(10个月)注：按目前改装车平均燃耗水平，1m3CNG＝1.15L汽油．中型货车：6只50L的钢瓶，日行200km，100km耗油＝25L，100km＝21.7m3；中巴：4只50L钢瓶，日行程200km，100km耗油＝15L，100km耗气＝13m3。出租车：1只50L台材料气瓶，日行程300km，100km耗油＝8L，100km耗气＝7m3。(以上数据摘自《压缩天然气汽车改装与维修》5NG和LPG汽车技术发展趋势与前景5.1天然气气瓶将来CNG气瓶会更轻，包括铝台金和复台材料气瓶，降低其成本；开发天然气吸附技术，提高气瓶储气能力；提高液化天然气瓶耐热保温技术水平，降低其成本，提高其实用性。5.2天然气汽车加气站规划与发展现许多大中城市己有汽车加气站的专项规划，并且有些已实施了在北京、上海、重庆、四川和深圳等12个城市和地区已试点实施。汽车加气站的专项规划应引起政府部门的重视，尤其经济发达的沿海城市更应先行一步。我国近日将北京、上海等113个城市确定为大气污染重点防治城市，要求这些城市通过调整能源结构、推行清洁生产、治理汽车尾气等措施，确保至u2005年大气环境质量达到国家标准。从国家环保总局获悉，国务院近日批准了“大气污染防治重点城市划定方案”，47个直辖市、省会城市、沿海开放城市和重点旅游城市，以及其他66个重点城市被列人大气污染重点防洛名单。目前，这些城市中的39个已在大气二氧化硫、二氧化氮、总悬浮颗粒物和可吸人颗粒物浓度方面达到国家标准，其他74个城市尚未达标。方案要求未达标的城市要在2005年前采取严格的防治措施，确保按期实现达标规划当然这些达标规划包括汽车加气站的规划。汽车加气站的规划和建设应符合《汽车用燃气加气站技术规范》（CJJ84－200；J22－2000）在城市建成区不应建一级加气站和一级会建站；在城市人员稠密区设置的加气站和合建站的规模宜为三级。在技术方面今后发展趋势在于优化加气站设计，在不影响其功能的情况下降低成本，或在不过多加大成本的情况下增加其功能，发展可靠和经济的家用小型压缩机加气泵，发展自动化程度高、修理周期短、利用率高的小型加气站，发展利用率高、可灵活使用的模块式加气站和移动式充气站，加速发展新型高压低排量压缩机，开发专门适用于气体燃料（CNG、LPG）专用发动机，包括电控喷气技术发动机。5.3汽车改装技术汽车改装技术己越来越引起大家重视，它发展的速度直接影响加气站的发展进程，下面就汽