浅谈城市推广LNG公交车的可行性

佛山市南海区建筑工程质量监督站 杜小虎 佛山市南海燃气发展有限公司 张金锋



浅谈城市推广LNG公交车的可行性

佛山市南海区建筑工程质量监督站 杜小虎 佛山市南海燃气发展有限公司 张金锋

从技术可行、结构安全、经济合理等方面介绍了LNG公交车的推广应用，为进一步推广应用城市LNG公交车提供了全面的参考依据。

LNG(液化天然气) 加气站 LNG公交车

液化天然气(LNG)汽车是继压缩天然气(CNG)和液化石油气(LPG)汽车之后于近年才开始发展起来的一种新型环保汽车，由于汽车携带的LNG比CNG具有更高的燃料密度，压力低，所需气瓶自重轻，汽车1次充气的行驶里程(300~800 km)较CNG远得多，LNG又能象油品一样运输，同时具有CNG汽车和LPG汽车的优点，而克服了它们的不足，因此具有更强的实用性，被认为是燃气汽车的发展方向，从推广经济性、环保效益、实际应用情况来看，LNG非常适用于城市公交车。近年来天然气汽车，尤其是LNG汽车迅猛发展，LNG公交车以其特殊的属性，便得到大量推广应用。

1 技术可行性

LNG的应用技术在国际上早已成熟。我国从20世纪90年代开始LNG的研发利用工作，目前我国在液化天然气的生产、储存、运输、气化、汽车加气等方面的技术都已成熟。

1.1 LNG汽车加气站技术

LNG加气站工艺流程分为卸车流程、升压流程、加气流程和卸压流程等4部分。

1.1.1 卸车流程

把集装箱或槽车内的LNG卸至LNG储罐内，LNG经长距离运输到达时加气站时，槽车内LNG温度一般略有上升，一般从储罐上进液管输送进入LNG储罐。卸车有2种方式：增压器卸车、泵卸车。

(1)增压器卸车是把槽车内的LNG引入站内卸车增压气化器，通过气化器把LNG汽化，再将气化后的气态天然气通入槽车，使槽车压力升高，与加气站内的低温储罐形成压差，在压力作用下，使LNG进入LNG储罐。

(2)泵卸车是将LNG槽车和LNG储罐的气相空间连通，通过LNG低温泵将槽车内的LNG卸入LNG储罐。

1.1.2 升压流程

以LNG为燃料的汽车发动机需要车载气瓶内饱和液体压力较高，一般在0.45~0.8 MPa,而运输和储存需要LNG饱和液体压力越低越好。所以在给汽车加注之前须对储罐中的LNG进行升压升温。加注站储罐升压的目的是得到一定压力的饱和液体，在升压的同时饱和温度相应升高。LNG加注站的升压采用下进气方式。

1.1.3 加气流程

储罐中的LNG通过潜液泵将液体打入液化天然气售气机，再由售气机加注到以LNG为燃料的车载瓶内。液化天然气售气机主要由机壳、流量计、汽液分离器、加气枪、回气枪、安全阀、气动控制球阀、压力传感器、拉断装置、电源接线盒、电源控制盒、微机控制器(包括微机版、液晶显示器和键盘)、连接管路等组成。

1.1.4 卸压流程

由于系统漏热以及外界带进的热量，致使LNG汽化产生的气体，会使系统压力升高。当系统压力大于设定值时，系统中的安全阀打开，释放系统中的气体，降低压力，保证系统安全。

1.1.5 LNG加气站主要设备

LNG加气站主要设备见表1。

表1 LNG加气站主要设备

1.2 LNG公交车技术

作为天然气汽车的一种，LNG汽车近年也得到迅速发展。我国一些城市和相关厂商自2003年始，就开始进行LNG汽车及配件的研发。

北京、天津、深圳、乌鲁木齐、长沙和贵阳等几个城市已有安凯客车、郑州宇通、厦门金旅、苏州金龙、厦门金龙、河南少林、丹东黄海、中通客车、重庆宇通、长安客车和上海申沃等客车成产企业的LNG汽车在城市公交车领域广泛的应用。随着沿海LNG接收站的建设，未来几年LNG汽车在我国将得到快速发展。

1.2.1 车载LNG储液瓶供气系统及工作原理

车用LNG气瓶内常规饱和气压为0.4~0.7 MPa。运行时供气系统为：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、超低温耐久降。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。

1.2.2 LNG气瓶的主要技术参数

公交车LNG气瓶的主要技术参数见表2。

表2 公交车LNG气瓶的主要技术参数

1.2.3 公交车LNG储液瓶规格

公交车LNG储液瓶规格型号见表3。

表3 公交车LNG储液瓶规格型号(工作压力1.6 MPa)

2 结构安全性

2.1 LNG加气站的安全性

2.1.1 储罐压力的安全防护

LNG贮罐的内部压力需控制在允许的范围之内，罐内压力过高或出现负压对贮罐都是潜在的危险。影响贮罐压力的因素很多，诸如热量进入引起液体的蒸发、充注期间液体的闪蒸、大气压下降或错误操作，都可能引起罐内压力上升。另外，在非常快的速度进行排液或抽气、充注的液体温度较低时，有可能使罐内形成负压。贮罐还必须有压力安全阀和真空安全阀，真空安全阀能感受当地的大气压，以判断罐内是否出现真空。前者防止贮罐超压，后者预防贮罐出现负压。LNG贮罐的压力安全阀和真空安全阀与罐体之间还需设置有一个手动开关的截止阀，以便安全阀的检修，安全排气装置还应充分考虑在火灾情况下如何进行安全排放。

2.1.2 放空气体的安全保护

停止工作流程，安全阀起跳、维修放散等操作产生的EAG(放空气体)，可能会，因为来不及汽化而直接以液态的形式排放至大气中，如果有人员在附近，就易发生人身伤害事故。为确保EAG放散安全，EAG放散进入大气前增加管道阻火器，防止放空气燃烧回流，避免产生危险；在EAG放散管道上配置EAG加热器，确保将LNG液体汽化后才能排放，防止冷液伤人。

2.1.3 紧急停车系统(ESD)保护

当操作人员在操作、巡检、值班时发现系统偏离设定的运行条件，如系统超压、液位超限、温度过高及出现LNG泄漏、火灾报警时，能自动或手动在设备现场或控制室远距离快速停车，快速切断。

2.2 LNG公交车安全性

2.2.1 LNG燃料特性

LNG燃点高达650 ℃，比汽油燃点427 ℃高出了许多，没有高温明火源是点不着的。LNG的爆炸极限是4.7%~15%，比汽油高3~4.7倍，更不容易爆炸。LNG泄露后，一遇空气，就会迅速气化，而且LNG的密度比空气小得多，会很快向上逸散掉，形不成燃爆条件。即使已气化的气体遇明火燃烧，火焰中心也会向上窜动，而不会沿地面扩散。因泄露而落地的液体温度低，会吸附空气中水分形成冰晶层，覆盖在破损处周围。这也是阻碍燃烧发生和蔓延的因素之一。由于上述特性，LNG使用安全性比燃油安全得多，经历了30年几乎无事故的发展。LNG的设备设有泄露检测、冷量检测等安全检测系统，燃料系统管线的各独立段都装有紧急切断阀，LNG一旦泄露，系统会采取自动保护措施。储罐设有防过量注入系统和防超压(超高和超低)系统。通过以上设计，确保了用气系统本身的安全性。

2.2.2 LNG车载气瓶设计

LNG车载气瓶采用卧式双圆筒结构，内胆允许的最大盛液容积取0.9倍的公称容积；内胆的组成最多不超过3部分，即采用纵缝1条、环缝2条的结构。

水压试验压力为工作压力的2倍，气压试验压力为工作压力的1.8倍，安全阀开启压力为工作压力的1.1~1.2倍，爆破片爆破压力不大于工作压力的2倍。LNG车载气瓶在生产完成后，须通过一系列安全性能试验，包括振动试验、火烧试验、跌落试验等。

(1)振动试验主要模拟检验LNG车载气瓶在汽车运行条件下，内胆与外壳的支撑结构、管道系统等附件的耐久性。振动试验前气瓶中充装与装满LNG等质量的液氮，气瓶处于完全冷却状态，表压为0 MPa。振动加速度为3g(g为重力加速度)，振动方向为汽车前进方向的垂直方向。振动完毕后，任何部位不得出现泄漏，静置30 min以上气瓶外壳没有结露或结霜现象为合格。

(2)火烧试验考察在汽车发生火灾情况下LNG车载气瓶绝热系统性能的安全可靠性。试验前气瓶中充装与装满LNG等质量的液氮。试验采用天然气(或LPG)为燃料，在卧放的气瓶正下部布置燃气管道和燃烧装置，保证气瓶最低点距燃烧装置120~130 mm。燃烧装置大小应足以使气瓶的主体边缘完全置于火焰之中，因此燃烧装置长度至少超出气瓶在水平面投影长度100 mm，宽度至少超出气瓶在水平面投影宽度100 mm，但超出长度均不大于200 mm。保证足够燃烧时间，气瓶在规定时间内安全阀不起跳为合格。

(3)跌落试验是模拟在汽车发生翻车情况下检验LNG车载气瓶受冲击后的完整性。跌落试验包括对气瓶最关键部位(如封头、筒体等，管道系统端除外)进行10 m高的跌落试验和对管道系统端3 m高的跌落试验。跌落试验前，气瓶应装满与LNG等质量的液氮，气瓶处于完全冷却状态，表压为0 MPa，地面为混凝土地面。跌落试验完毕后的l h内，气瓶外壳没有结露或结霜现象为合格。

3 运行经济性

LNG公交车推广的经济性从三个方面进行分析：车辆的购置成本、车辆的运行成本以及车辆的维护成本。

在车车辆购置成本上，LNG公交车要高于柴油车。这一差别主要体现在发动机上，目前从发动机生产商咨询到，相近性能的公交车发动机，用于LNG公交车是要比用于柴油公交车的价格大约贵2~3万元人民币。随着技术的进步与产量的提高，发动机的价格差异也会进一步缩小。根据目前的市场行情，LNG公交车平均比柴油车每辆约高5万元。

在车辆的运行成本上，LNG公交车与柴油车的差异不仅是LNG与柴油的燃料使用成本，而且表现在燃料用量上。目前1 t柴油的价格约为8 500元，而1 t LNG的价格为5 600~5 800元。另外，从燃料用量比较来看，1 m3天然气的动力值相当于1.08 L汽油所行驶里程，使用LNG为燃料，仅燃料费用一项每年可节约近20%~30%。

在车辆维护成本上，由于天然气辛烷值大于100，且高于汽柴油5%~10%，因此运行平稳无爆震现象，另外，由于天然气燃烧充分，噪音低、不积炭，对发动机油污染小，可减少对发动机的磨损，延长发动机的寿命，不需经常更换机油和火花塞，较汽柴油相比可节约50%以上的维修保养费用。

4 结语

目前广东LNG供应相对充足，LNG加气站技术日益成熟，站点的规划也已完成，这将为LNG应用于交通运输领域提供了客观条件。随着油价的不断上涨，广东省LNG汽车以其得天独厚的优势成为替代能源的发展方向，在广东的巴士及交通运输事业找到自己成功之路。

Discussion on the Feasibility of Popularizing LNG Bus in City

Foshan Nanhai District Construction Quality Supervision Station Du Xiaohu Foshan Nanhai Gas Development Co., Ltd. Zhang Jinfeng

This paper introduces LNG bus from the aspects of technical feasibility, structural safety and economic rationality, which provides a comprehensive reference for further popularization and application of urban LNG bus.

LNG (liquefied natural gas), refueling station, LNG bus