天然气汽车加气站的发展趋势

重庆大学城市建设与环境工程学院 饶映明 罗贤成

苏州港华燃气有限公司 胡正新

0 引言

清洁能源天然气越来越被国人认识，同时在我国加速发展天然气管网建设的推动下，国内掀起了建设CNG汽车加气站的高潮。虽然CNG汽车加气站供气系统较为简单，技术成熟，在有管网的情况下，获得CNG的价格可能比LNG低很多，但是目前国内CNG有着以下的缺点，限制了天然气汽车的更广阔应用：(1)必须有连接加气站的管线；(2)必须建立一套复杂的压缩机组和冷却装置；(3)必须建立除尘、脱水、脱硫等配套装置。2004年以后，LNG加气机技术在国内日趋成熟，并已形成了相关产业。目前，成都华气厚普机电科技有限责任公司、重庆四联油气设备制造有限公司等企业生产的LNG加气机在国内市场占据大量的份额。据统计到2010年，LNG客车有2 830辆，LNG重卡达2 952辆。LNG汽车是节能减排而又安全的环保型汽车，而且LNG汽车行驶里程长，具有广泛的应用前景。L-CNG加气站是一种电力消耗小、单位储存密度高、无需敷设城市管线和灵活的加气模式，它可以作为目前阶段天然气汽车发展的一个过渡阶段而被大力发展。

1 L-CNG加气站概况

1.1 L-CNG加气站具有以下特点

CNG加气站流程比较简单，但只能为CNG汽车进行加气，加气站的地点选择也依赖于现有天然气管道；尽管设施建设成本相对较低，但安全性能低。LNG加气站流程相对复杂，而且只能为LNG汽车加气，由于需要配备LNG贮存罐等设备建设成本也较高，但是安全性能较高。L-CNG加气站可同时为CNG和LNG两种汽车加气，但是L-CNG加气站设备多，建设成本高。另外加气站只要采取防泄漏措施安全性良好。

(1)无须在城市敷设管线，只需要购买液化天然气槽车来装卸液化天然气。目前，这种专用车辆国内已开始生产。

(2)使用费用低廉，运行成本低，传统CNG加气站使用压缩机做功，使用冷却装置和脱水装置，电力消耗是站内主要经济支出，按电价0.65元/kW·h算，每压缩1 m3的CNG，仅电费支出就在0.16元左右。而L-CNG汽车加气站耗能仅为0.12元/m3。

(3)加气量大，由于采用液体直接气化，速度快，可同时给 10辆以上的汽车加气，考虑到压缩机冷却问题，这个加气速度是常规站不可比拟的。这样就可以给这种站多带几座子站，以增加加气的服务范围，增加经济效益。另外，由于这种方法生成的CNG温度低，车辆的充气率比较高，车辆一次充气行程也长些。

L-CNG加气站可以作为CNG向LNG加气站过渡的一种加气站，可以在原有的CNG加气站上进行改造，也可以建新的L-CNG加气站，方式更加灵活。

1.2 L-CNG加气站工艺流程

L-CNG加气站工艺流程见图1，可分为四个部分：卸车流程、调压流程、加气流程、卸压流程。

图1 L-CNG加气站工艺流程示意

1.3 工作原理

(1)卸车流程。将LNG槽车内LNG转移至加气站LNG储罐内，有二种方式：一是自增压卸载,即将在增压器中气化的LNG返回槽车贮槽增加压力卸载LNG。这种方法简单，仅需少量管路和阀门。二是采用安装在槽车上的低温泵来卸载，尽管存在造价高、结构复杂等问题，但因其卸载时间短、效率高而受到广泛应用。

(2)调压流程。卸车完毕后，须对储罐中的LNG进行升压方可给两种汽车加气。升压方式有二种：一是通过储罐调压气化器升压，这种方式优点是工艺、设备简单且不耗能，缺点是升压时间长。二是通过泵低速循环进行升压。储罐升压采用二者结合的方式较为合理，虽然增加了造价、能耗，但大大缩短了调压时间，从而确保加气时间。

(3)加气流程。LNG液相高压泵从LNG储罐内抽出LNG，加压至约22 MPa，进入高压气化器气化后，进入CNG储气装置。当CNG储气装置压力达到设定值时，LNG液相高压泵停止运转；当CNG储气装置压力低于某一设定值时，LNG高压泵自动启动运转。CNG储气装置的天然气通过CNG售气机向CNG汽车加气。对LNG汽车加气则是通过LNG液相泵和售气机予以实现。加气站设有车载瓶到储罐气相的回流管，可对车载瓶中余气进行回收和计量。

(4)卸压流程。储罐在使用过程中，罐内压力会升高。当储罐压力大于设定值时，相关阀门打开，释放储罐中的气体，降低压力，确保储罐安全。该部分气体回收调压后可送入附近燃气管网。

另外，LNG经高压液体泵加压气化后也可以向CNG汽车加气以及用作工业或民用燃气。在储罐上铺设另外一条管线增加一个高压液体泵和CNG储罐即可实现。再在其末端增设1个减压阀，经过减压阀后气体压力控制在0.01 MPa以下，然后输入低压燃气管网，供用户使用。

2 LNG和CNG加气站优缺点

2.1 LNG加气站

LNG加气站是专门对 LNG汽车加气的加气站。主要设备包括LNG储罐、自增压器、LNG加气机等，其工艺流程如下：

图2 LNG加气站工艺流程示意

LNG汽车和LNG加气站有以下特点：

(1)单位能量密度大。同样容积的LNG车用储罐装载的天然气是CNG储气瓶的2.5倍。目前国外大型LNG货车一次加气可连续行驶1 000~1 300 km，非常适合长途运输的需要。

(2)运输方便。在陆上通常用20~50 m3(可储存1.2万~3.0万 m3天然气)的汽车槽车，将LNG运到LNG汽车加气站，也可根据运输距离和运输量用火车槽车运输。在海上通常用12万~13万 m3的LNG轮船运输。

(3)排放物污染小。LNG汽车的排放效果要优于CNG汽车。与燃油汽车相比，LNC汽车污染物的排放量大大降低。

(4)安全性能好。LNG的燃点为650 ℃，比汽油、柴油和LPG的燃点高；点火能也高于汽油、柴油和LPG，所以比汽油、柴油和LPG更难点燃。LNG的爆炸极限为 5%~15%，气化后的密度小于空气；而LPG的爆炸极限为2.4%~9.5%，气化后密度大于空气；汽油爆炸极限为1.0%~7.6%；柴油爆炸极限为0.5%~4.1%。可见，LNG汽车比LPG、汽油、柴油汽车更安全。

(5)经济效益显著。由于LNG的市场价格比汽油和柴油低，且LNG燃烧完全，不产生积碳，不稀释润滑油，能有效减轻零件磨损，延长汽车发动机的寿命，所以LNG的经济效益显著。

综上，国内发展LNG汽车和加气站前景很乐观。有业内人士给出预算，LNG燃料成本可比汽油车降低20%以上，比CNG车节气3%~8%。

2.2 CNG加气站

CNG加气站是为汽车和城市居民生活小区提供用气一种较好的送气方式，具有投资少、见效快、方式灵活、便于管理、运行安全和建设速度快等特点。其工艺流程如图3：

图3 CNG加气站工艺流程示意

根据国际天然气汽车协会统计，截至 2008年底，中国已在近30个省、市、自治区的80多个城市推广了天然气汽车，拥有CNG汽车约40万辆，加气站 1 000余座。其中四川和重庆地区共发展CNG汽车17万辆，建成CNG加气站560座。但目前受天然气气源紧张及管网的影响，中国 CNG汽车和加气站主要集中在气源地附近，例如四川、重庆、乌鲁木齐、西安和兰州等。天然气供应方便、相同热值下的 93号汽油的价格约为天然气价格的1.97倍，是中国CNG汽车快速发展的主要驱动力。

国内建成的CNG汽车加气站大多数采用开放式结构，必需现场安装调试，工程复杂、现场工作量大、周期长，而且占地面积大、可靠性和自动化程度低、噪声大，不适合在城市推广。

3 L-CNG应用前景和发展趋势

L-CNG加气站是LNG与CNG两种加气方式的有机组合，是一种正在兴起、具有良好推广应用前景的加气站类型。它以液相、低温的天然气进站，通过液相泵加压、气化后实现对汽车加气，无需高耗电量和噪音大的气体压缩机，站内用能较少，因而加压效高、运行费用低。

新建的 L-CNG站不使用压缩机，对由已建的CNG加气站改装成的L- CNG站，设备中包括压缩机，主要是将原有CNG站的压缩机作为LNG泵不能工作时的备用手段。通过对CNG常规站、子母站，LNG站及L-CNG站等天然气汽车加气站的特点进行比较，分析了各类加气站技术经济性和适应范围，着重对L-CNG加气站进行了技术经济分析。结果表明，L-CNG加气站在投资和运行费方面都低于CNG常规站和子母站，具有良好的经济效益。在具备LNG气源条件并推广应用CNG汽车的地区应积极建设 L-CNG加气站。有助于城市加气网点的合理布局，提高资源综合利用效率，节约能源，推进天然气汽车产业的发展。

国内拥有适宜发展LNG汽车条件的省区如新疆、内蒙古、海南、福建、贵州都已经进行了LNG汽车的规模化推广应用。同时，浙江杭州、山东青岛、辽林大连、云南昆明、湖北武汉、天津滨海、江苏张家港等城市也都建成投产了1~2座LNG加气站，拥有30~80辆规模的LNG汽车，具备了进一步发展的潜力。

随着人们对环境要求越来越高，天然气汽车在将来能够得到迅速的发展，在发展常规CNG加气站的同时，可以在某些适当的地方建设L-CNG加气站，特别是在天然气管线没有覆盖的地方，有着特别的意义。我国地域辽阔，天然气资源极不均匀，虽然“陕京管线”、“西气东输”等一批工程改善了一些情况，但对于我国华南地区，利用国外 LNG资源不失为一个好的选择，同时也为 L-CNG加气站建设提供良好的条件。可以预测，在今后几年L-CNG加气站一定有着广泛的应用。

4 结论

目前我国的天然气加气站主要为CNG加气站，这种加气站要求有现成的天然气管路，但是由于我国天然气产业尚在发展初期，在输气管网和加气站建设不够完善，因此CNG汽车的发展目前仅限于公交车、出租车和环卫车等主要在市区行驶的车辆，并且以公交车为主。另外，京津等地区的经验表明，对于离气源或主干线较远(100~150 km)并且用气规模在2~3万户的城镇，可通过L-CNG子母站方式既供应天然气，又供应液化天然气，同时还可用作调峰的一种手段，这种方式也非常适合在全国推广，用于天然气汽车的加气站建设。我国建成的CNG加气站大多数采用开放式结构，必需现场安装调试，工程复杂、现场工作量大、周期长，而且占地面积大、可靠性和自动化程度低、噪声大，不适合在城市推广，因此我国应大力推进 L-CNG加气站的建设。

L-CNG加气站可以脱离天然气管网建设，为无管网地区发展天然气汽车创造了条件；L-CNG加气站不使用高压压缩机，代之以低温泵,运行费用大大降低，投资成本和占地面积也明显减小；LNG汽车是天然气汽车的发展趋势。L-CNG加气站以其高度灵活性，可以从目前为CNG汽车加气，逐步向为LNG汽车加气过渡，也可同时向老的CNG汽车和新的LNG汽车加气。

L-CNG加气站也可作为现有CNG加气站的备用气源，平时储备LNG，在CNG加气站气源中断或供气不足时发挥作用以确保供气的连续性。

可以相信，L-CNG加气站将会随着各种相关技术的成熟而不断出现。