1、 131第七章 压缩天然气汽车及汽车加气站随着经济的快速发展，城市大气污染问题也越来越严重。大气污染已危及到人们的身心健康，成为我国城市经济发展和社会进步的障碍，同时还影响到我国的国际形象。我国城市大气污染的一个重要因素是机动车尾气污染。据统计，中国城市空气的污染源中，汽车尾气污染正越来越成为主要的因素。由于机动车数量大幅度增长，汽车尾气污染局部性转变为连续性和积累性，一些大城市居民成为汽车尾气的直接受害者，必须加强对现有机动车排气污染的治理和监督管理。而发展天然气汽车则是解决汽车尾气污染问题的有效途径。随着西部大开发， “西气东输”等天然气工程的建设将是我国发展天然气汽车的一个重要契机，不仅
2、减少汽车尾气排放，还可以弥补石油资源短缺，进行能源结构调整，同时也培育了一个新兴产业。71 压缩天然气汽车加气站711 压缩天然气汽车加气站的等级划分及安全距离压缩天然气（CNG）是指压缩到 20.7 24.8 MPa 的天然气，储存在车载高压气瓶中。压缩天然气作为汽车燃料，具有排气污染小，运输成本低，安全方便等优点，已成为世界车用清洁燃料的发展方向，在我国发展压缩天然气汽车具有十分重要的意义及良好的社会效益和经济效益。根据汽车用燃气加气站技术规范 （CJJ842000） ，压缩天然气加气站的等级划分应符合表 71 的规定。表 71 压缩天然气（CNG）汽车加气站的等级划分级 别 贮气装置总容
3、积（m 3）一 级 12V16 3000V N4000二 级 6V12 1500V N3000三 级 V6 VN1500注：本表中贮气装置总容积：V 系指水容量；V N 系指压力在 101.325kPa、温度在 0状态下的体积。压缩天然气加气站等级划分，是以储存装置的容积进行划分的，这是因为容积的大小是影响事故危害程度的主要因素。压缩天然气加气站按给公交车加气，平均每辆车按 5 瓶50 升/瓶计算，日加气车次范围和天然气销售量为：132表 7 压缩天然气汽车加气站规模级 别 加气车次/d 天然气销售量 /（Nm 3/d）一 级站 200 300 10000 15000二 级站 100 200
4、5000 10000三 级站 100 1500站址的选择和分布应符合城市规划和区域道路交通规划，符合安全防火、环境保护、方便使用的要求；城市建成区内所建的加气站和合建站，应靠近城市交通干道或车辆出入方便的次要干道上。郊区所建的加气站和合建站，宜靠近公路或设在靠近建成区的交通出入口附近；在城市建成区内进行液化石油气加气站和合建站站址选择时，液化石油气槽车的运行应符合城市易燃易爆危险物品交通运输的有关规定；天然气加气站（加气母站）)和合建站，宜靠近天然气高、中压管道或储配站建设。供气参数应符合天然气压缩机性能要求。新建的加气站（加气母站）和合建站不应影响现有用气户与待发展用气户的天然气使用。另外：
5、一、二级压缩天然气加气站不应与加油站合建，三级压缩天然气加气站可与加油站合建。合建站的汽油、柴油储罐总容积不应大于 50m3，单罐容积不应大于 20m3（柴油储罐容积按 0.5 折算） 。在城市建成区内不应建一级加气站和一级合建站；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。对重要公共建筑和涉及国计民生的其他重要建、构筑物周围 100.0m 范围内不得建加气站、合建站。加气站内压缩天然气贮气装置与站外建、构筑物等防火间距，不应小于表 72 的规定。合建站内压缩天然气贮气装置与站外明火、散发火花地点和各类建筑保护物的防火间距，不应小于表 72 三级站防火间距再增加 20%的规定值。在加气
6、站和合建站内，压缩天然气贮气装置与站外建筑面积不超过 200m2 独立的民用建筑，其防火间距可按表 72 的三类保护物减少 20，但不应小于三级站的规定。在加气站和合建站内，压缩天然气贮气装置与站外高层厂房的防火间距，应按表 72 的规定增加3m。在加气站和合建站内，压缩天然气贮气装置与站外建筑面积不超过 300m2 丁、戊类生产厂房及库房的防火间距，可按表 72 的规定减少 20确定。在加气站和合建站内，压缩天然气贮气装置与站外不超过 1000kVA 箱式变压器和杆装变压器的防火间距，可按表 72 的室外变配电站减少 20确定。在加气站和合建站内，压缩机间与站外建、构筑物等的防火间距不应小于
7、表 72 三级站井管贮气的规定值。对加气子站的压缩机间，其防火间距可减少 20。在加气站和合建站内，天然气放散管（进站天然气管道和贮气装置上所设置的安全阀、紧急放散）管口和加气机与站外建、构筑物等的防火间距，不应小于表 73 的规定。在加气站和合建站内，天然气放散管（进站天然气管道和贮气装置上所设置的安全阀、紧急放散）管口和加气机与站外建筑面积不超过 200m2 独立的民用建筑，其防火间距分别不应小于 12 0m 和 10 0m。在加气站和合建站内，天然气放散管(进站天然气管道和贮气装置上所设置的安全阀、133紧急放散)管口和加气机与站外不超过 1000kVA 的箱式变压器和杆装变压器的防火间
8、距，分别不应小于 24 0m 和 15 0m。表 72 压缩天然气贮气装置与站外建、构筑物等的防火间距（m）瓶库贮气 井管贮气、地下贮瓶间 加气站级别项 目 一级站 二级站 三级站 一级站 二级站 三级站与明火、散发火花地点一类保护物30 25 20 22 18 16二类保护物 25 20 16 18 15 12民用建筑物保护类别 三类保护物 22 18 15 15 12 10甲、乙类 30 25 20 22 18 16丙、丁类（厂房）类 25 20 16 18 15 12生产厂房及库房类别 丁（库房） 、戊类 18 15 12 12 10 10站外甲、乙类液体贮罐、易燃材料堆场 30 25
9、20 22 18 16室外变配电站 30 25 20 22 18 16铁 路 30 30 30 24 24 24出入口 120O 内角面 45 40 35 40 35 30出入口 120O外角面及通风口 35 30 25 30 25 20地铁隧道 排气口、内墙壁 22 18 16 18 16 14高速、级、级 15 12 10 10 8 8公路 、级 12 10 8 8 6 6架空电力线 1.50 倍杆高1.50 倍杆高（380V）1.00 倍杆高（380V）1.00 倍杆高0.75 倍杆高（380V）0.50 倍杆高（380V）国家级、级 1.50 倍杆高 1.00 倍杆高 0.75 倍杆高
10、架空通信线一般 1.00 倍杆高 0.75 倍杆高 0.75 倍杆高 0.50 倍杆高表 73天然气放散管管口、加气机与站外建、构筑物等的防火间距（m）名 称项 目 放散管管口 加气机与明火、散发火花地点 30 18一类保护物 25 18二类保护物 20 14民用建筑物保护类别 三类保护物 15 12生产厂房及库房类别甲、乙类 30 18134丙、丁（厂房）类 20 15丁（库房） 、戊类 15 12站外甲、乙类液体贮罐、易燃材料堆场 30 18室外变配电站 30 18铁 路 30 22出入口 120O 内角面 45 35出入口 120O外角面及通风口 30 25地铁隧道 排气口、内墙壁 18
11、 15高速、级、级 10 6公路、级 8 51.50 倍杆高（380V） 1.00 倍杆高（380V）架空电力线1.00 倍杆高（380V） 0.75 倍杆高（380V）国家级、级 1.50 倍杆高 1.00 倍杆高（380V）架空通信线 一般 1.00 倍杆高 0.75 倍杆高（380V）712 压缩天然气汽车加气站工艺流程7121 加气站工艺流程加气站由天然气引入站管道和脱硫、脱水、调压、计量、压缩、贮存、加气等主要生产工艺系统（如图 71 所示）及循环冷却水、废润滑油回收、冷凝液处理、供电、供水等辅助生产工艺系统组成。7122 天然气引入管道和调压计量装置进站天然气管道上应设置快速切断阀
12、和全启封闭式弹簧安全阀。快速切断阀应设置在操作方便的地方。安全阀的设置应符合下列规定：1、安全阀的开启压力应小于站外天然气输配系统允许最高工作压力值的 0.9 倍；2、安全阀连接的放散管管口应高出 15.0m 范围内的建、构筑物 2.0m 以上，且距地面不应小于 5.0m 与站内封闭或半开敞建筑物门、窗的水平距离不应小于 2.5m。放散管管口应设有防雨罩；3、安全阀前应装设相应口径的阀门。一、二级加气站的调压计量间宜单独设置。三级加气站的调压计量间可附设在压缩机间一侧。135图 71 CNG 汽车加气站工艺流程图调压器应能满足进站天然气的最大和最小压力的要求；调压器的压力差，应根据调压器前天然
13、气引入管道的最低设计压力与调压器后天然气管道的设计压力之差值确定；调压器的计算流量，应按压缩机最大工作台数最大排气量的 1.2 倍确定。调压器的工艺设计应符合下列规定：1在调压器的入口处应安装过滤器；2调压器的进、出口管道之间应设置旁通管道及旁通阀；3在调压器及过滤器前后均应设置指示式压力表。进站天然气应设置计量装置。7123 天然气的脱硫、脱水进入加气站的天然气在压缩前或压缩后必须经过净化和干燥处理，即要经过脱硫、脱烃和脱水过程。脱硫是指脱除天然气中的硫化氢等酸性气体，以防止设备管线腐蚀和钢质气瓶发生“氢脆现象” 。脱烃是指脱除天然气中的轻烃，使乙烷和重烷含量小于 3%，以防止发动机点火不正
14、常。脱水是指脱除天然气中的水分，以防止 CNG 在减压膨胀降温过程中供气系统出现冰堵。我国制定的车用天然气国家标准要求硫化氢含量小于 15mg/m3，冰露点低于最高操作压力下最低环境温度 5。从大量的国内外油气田设备的的腐蚀情况证明，硫化氢对金属材料具有强烈的氢脆，硫化物应力腐蚀和电化学失重腐蚀作用。从 CNG 加气站的钢瓶检测以及发生过爆炸的钢瓶的抽查中均发现钢瓶内有不同程度的残留水，或者有黑色粘状物油污等。硫化氢极易溶于水而形成酸性溶液，钢瓶内壁与硫化氢水溶液接触，一方面发生阳极反应，引起电化学失重腐蚀，而生成硫化铁膜呈黑色疏松分层状或粉末状。另一方面在钢表面发生阳极反应，产生氢原子，向钢
15、瓶内部扩散，并在局部地方结合成分子氢，分子氢的体积是原子氢的 20倍，造成极大的局部压力，可高达数百个大气压。对于高强度、高硬度的钢材，会使晶格变形，致使材料韧性降低，脆性增加，内部出现之字形细微裂纹，裂纹两侧有腐蚀产物，这种裂纹是典型的氢脆特点，CNG 瓶一旦出现局部材料氢脆后，在外力作用下，达到一定的应力水平后氢脆裂纹迅速发展至材料破裂。CNG 钢瓶内残留水的硫化氢溶液对钢瓶的应力腐蚀可以引起材料的破坏，尤其对高强136度钢，即使溶液中硫化氢浓度很低，例如硫化氢浓度在 1106 以上，即能在很短时间内引起高强度钢的硫化物应力腐蚀破坏。目前国产 CNG 储气瓶经调质处理后的硬度 HRC 为
16、40左右，根据有关部门 CNG 站钢瓶内积水的两次抽样化验，硫化氢的浓度分别为 5.7106和 26.9106。可见发生硫化氢应力腐蚀和失重腐蚀是存在的。加气站内脱硫宜采用高效固体脱硫剂。脱硫设备应按 2 台并联设计，其中 l 台为备用。脱硫装置的工艺设计应符合下列规定：1天然气通过脱硫装置时的实际流速宜取 150 200mms；2天然气与脱硫剂的接触时间宜取 20 40s；进站天然气中硫化氢含量高时，应取高值；3寒冷地区的脱硫设备，应设有保温措施。天然气脱水装置的设置位置应根据下列条件确定：1对选用的压缩机在运行中，其机体限制冷凝水的生成量，且天然气的进站压力能克服脱水系统等阻力时，应将脱水
17、装置设置在压缩机前；2对选用的压缩机在运行中，其机体不限制冷凝水的生成量，并附有可靠的导出措施时，可将脱水装置设置在压缩机后；3对选用的压缩机在运行中，允许从压缩机的中段导出天然气进行脱水处理时，宜将脱水装置设置在压缩机的中段。加气站内的脱水工艺宜采用固体吸附法。在压缩机前进行脱水时，宜采用活性氧化铝分子筛或硅胶分子筛两级脱水装置；在压缩机后或压缩机中段进行脱水时，宜采用分子筛一级脱水装置。天然气脱水装置设置在压缩机后或压缩机中段时，压缩天然气进入脱水装置前，应先经过间冷、气液分离和除油过滤装置，以脱除游离的水分和油分。脱水装置应按 2 套系统并联设计，一套系统在运行，另一套系统进行再生。交替
18、运行周期可为 6 8h。天然气通过压缩机前脱水装置时的实际流速宜取 120150mms；通过压缩机后脱水装置时的实际流速宜取 2040mms；通过压缩机中段脱水装置时的实际流速宜取3050mms；天然气与脱水剂的接触时间宜取 4060s ；在寒冷地区，天然气在脱水装置中的流速宜取低值，而接触时间宜取高值。 在压缩机前进行的脱水剂再生，宜采用进站天然气经电加热、脱水剂再生、冷却、气液分离等装置后，经增压并入进站天然气脱水系统。再生压缩机的扬程应为再生系统阻力值 1.101.15 倍。在压缩机后或压缩机中段进行的脱水剂再生，宜采用脱除游离水分和油分后的压缩天然气，并应由电加热控制系统温度。再生后的
19、天然气宜进行冷却分离出游离水后，引入压缩机的进口管道内。再生用天然气压力为 0.40.8MPa。脱水系统和冷凝水处理系统应有防止结冻措施。7124 天然气的压缩进入压缩机的天然气质量指标应符合选用压缩机的有关规定，且不含游离水，含尘量应小于或等于 5mgm 3。微尘直径应小于 10m。在压缩机前应设置缓冲罐。缓冲罐的容积宜按天然气在贮罐内的停留时间不应小于 10s。缓冲罐内宜设置过滤装置，罐顶设有安全阀。安全阀的开启压力应为压缩机允许最高进口压力值的 0.900.95 倍。压缩机的选型应符合下列规定：1371、加气站内压缩机的选型应结合进站天然气压力、脱水工艺和设计规模确定；2、压缩机宜按日开
20、机 1012h 计算。压缩机的型号宜选择一致，装机数量不宜超过 3台。在加气母站内，可另设 l 台备用压缩机；多台并联运行的压缩机单台排气量，应按公称容积流量的 8085计算； 3、压缩机排气压力不应大于 25.0 MPa；4、压缩机各级冷却后的排气温度不应大于 40；5、选用的压缩机应便于操作维护、安全可靠，并符合节能、高效、低振动和低噪声要求。6、建在城市建成区内的加气站，宜选用电，机传动的压缩机；建在城市边缘地区的加气站，可选用由天然气发动机传动的压缩机。压缩机及其附属设备的布置应符合下列规定：1压缩机应采用单排布置；单台压缩机可布置在地下钢筋混凝土房内或装配在厢体内；2压缩机之间的净距
21、应大于 1.5m，与墙壁之间的净距应大于 1.5m，主要通道的宽度应大于 2.0m；3机组的联轴器或传动装置应采取安全防护措施；4单台压缩机排气量大于或等于 300m3h 的压缩机间，宜设置检修用的起吊设备。压缩机的运行管理宜采用计算机控制装置。控制室宜独立设置或设在站房内。三级加气站的控制室可附设在压缩机间的一端，控制室与压缩机间应设有能观察各台压缩机运转的隔声玻璃窗。在压缩机组前的通道墙壁上、控制室等处应设有紧急停车按钮。从压缩机排出的冷凝液处理.严禁直接排入下水道；采用压缩机前脱水工艺时，应在每台压缩机排出的冷凝液管路上设置压力平衡阀和止回阀。冷凝液汇入总管后，应引至室外贮罐。贮罐的设计
22、压力应为冷凝液系统最大工作压力的 1.2 倍；采用压缩机后或压缩机中段脱水工艺时，压缩机冷凝液的处理应符合下列规定：1)从每台压缩机排出的冷凝液管路上应设置电动控制阀和止回阀。在压缩机运行中，由电动控制阀自动周期排液。2)各台压缩机的冷凝液汇总后，应引至室外的密闭水封塔，塔底的冷凝水宜经露天贮槽排入下水道。从冷却器和分离器等排出的冷凝液严禁直接排入下水道，压缩机的卸载排气可通过缓冲罐回收，并引入进站天然气管道内。在加气子站内，用于天然气贮气装置之间的压送和卸车所设置的小型压缩机，宜采用风冷式压缩机；进气压力不宜小于 0.6 MPa；排气压力不应大于 25.0 MPa；排气量可按最大天然气贮存气
23、量的 20%计算，并应按 2 4h 内完成转输。在小型压缩机前应设置调压装置和缓冲罐。压缩机出口管道上应设置安全阀和手动阀门。7125 贮气装置加气站使用的贮气瓶单瓶水容积应大于或等于 60 L，宜使用容积大于或等于 250L 的贮气瓶和高压容器等大型贮气装置。最大允许充装压力应为 25.0 MPa。瓶库内的贮气瓶应分组设置，分组进行充装。在一个加气站内贮气井管组应按运行压力分为高压贮气井管组、中压贮气井管组和低压贮气井管组。各瓶组宜单独引管道至加气机，对加气汽车按各瓶组的压力进行分挡转换充装。对贮气瓶组的补气程序应从高压向低压逐组进行对贮气瓶组的取气程序相反。1387126 加气区（加气岛）
24、加气系统设计压力应为 27.5 MPa，加气机设置的数量应根据加气站的规模、加气汽车的数量等因素确定。一般一级站设置加气枪 6 8 台，二级站 4 6 台，三级站 2 4 台。汽车加气时间可按 4 6min / 车次来计算。加气机应设置防撞护栏，其高度不应小于 0.5m。表 74 各瓶组内天然气补气压力和贮气瓶数量的比值项 目 低压瓶组 中压瓶组 高压瓶组瓶组内天然气补气起充压力 12.0 18.0 22.0瓶组之间贮气瓶数量的比值 2.53.0 1.52.0 1.0713 压缩天然气汽车加气站压力试验加气站内工艺系统的压力试验应在下列工作完成后进行：1、系统安装作业已完成，经外观和焊缝检验合
25、格；2、基础二次灌浆达到强度要求。压力试验宜按单体设备、管路系统分段进行。在制造厂内业已完成压力试验的压缩机、烃泵、加气机等设备，并附有检验报告时，现场不宜进行再次吹扫和压力试验。在进行管路系统压力试验时，应用盲板或采取其他措施隔开。压力试验用压力表其精度不得低于 1.5 级，表的满刻度值应为被测压力值的 1.52.0 倍。设备强度试验压力应为 1. 25 倍设计压力；管道强度试验压力应为 1.5 倍设计压力。试验介质宜采用洁净水。强度试验时，环境温度不宜低于 5；当环境温度低于 5时，应采取防冻措施。强度试验时，设备和管道上的安全阀、调压器、液位计等仪表元件应按要求拆下或采取其他措施隔开。强
26、度试验注水时，应排尽试验设备和管道内的空气。强度试验按下列步骤进行：1、压力升至试验压力的 50后，应保持 15min，进行检查。确认无渗漏、无异常情况后方可继续升压；2、压力升至试验压力的 90后，应保持 15min，再次进行检查。确认无渗漏、无异常情况后方可继续升压；3、压力升至试验压力后，应保持 30min，然后将压力降至设计压力进行检查。确认无渗漏、无异常情况后为合格。严密性试验压力应为设计压力。试验介质应为干燥和洁净的压缩空气或氮气。严密性试验时，设备和管道上的安全阀、调压器、液位计等仪表元件应复位。严密性试验应缓慢增加压力，按下列步骤进行：1压力升至 0.2MPa 后保持 10 m
27、in，进行检查。确认无渗漏、无异常情况后继续升压；2压力升至试验压力的 50后保持 10 min，进行检查。确认无渗漏、无异常情况后继续升压；3按试验压力的 10逐级升压每级稳压 3 min，直至试验压力。停压时间根据查漏工作需要而定。以发泡剂检验不泄漏为合格。严密性试验应重点检验阀门填料函、法兰或螺纹连接处、放空阀、排水阀、软管连接139等。在压力试验过程中发现泄漏时，不得带压处理。清除缺陷后，应重新进行试验。压力试验检查合格后，卸压时应缓慢。714 CNG 汽车加气站的土建设计7141 选址及总图CNG 汽车加气站站址的选择，宜设置在城市公交总站或客运中心附近，或者是出入城区主要通道附近，
28、以方便车辆进出加气，尽量避免靠近一类、二类保护类别的民用建筑，保证站内建、构筑物与周边民用建筑物的安全距离，还必须考虑到站址的选择对加气站施工难度、进度和造价的影响以及建成后对周边环境的影响。在实际工程常常遇到选择站址不当的情况，如成都市某站的站址因靠近安静的住宅区而不得不缩短营业时间，必然对其经营效益带来影响。另一个选址不当的某工程，站址选择在回填深度超过十米的填方地段，场地平整时间超过两个月，投资近百万，造成投资增加，回报率大大降低。因此 CNC 加气站址宜避免选择在回填深度太大的填方地段，否则会增大挡土墙和房屋基础处理的工程量，造成建设周期延长和投资增加。如果选址在山地时，应尽量位于挖方
29、地段，沿等高线设置，总平面分台阶布置，将生产区与充装区置于标高不同的两个台阶上，可以有效地降低工程费用并加快工程进度，另外，在有挡土墙的设计施工中可选择加筋土挡土墙，可有效降低工程造价。常常有建设单位和施工单位不太重视场内道路场地的施工质量，场地回填时不注意清除场内耕土，回填质量不严格按照设计要求的 95的密实控制；设计的混凝土地沟常常被砖砌地沟代替。实际上，以一个日加气 15000 立方米的加气站为例，平均每辆车加气 15 立方米，每天进出车辆数量为 1000 辆左右，相当于中等流量的城市道路，决不能按普通场坪处理，因此 20 厘米厚的 C30 混凝土面层及位于地表的混凝土管沟是必须的。应有
30、足够重视。7142 压缩机房设计CNG 加气站的压缩机房与其他天然气系统中的压缩机房一样属于生产和储存甲类火灾危险物品场所，除执行有关建构筑物的规范标准外，还应严格按照汽车用燃气加气站技术规范、城镇燃气设计规范、建筑设计防火规范等相关国家规范标准严格执行。作为一种具有特殊用途的工业建筑，压缩机房必须具有防火、防爆、隔声、吸声、采光、采暖等诸多要求，而其中许多要求却是相互关系和矛盾的，如满足通风就难以满足隔音要求；寒冷地区满足防爆泄压就不容易满足采暖要求等等。在结构形式上，选择 8 米跨度，4.2 米开间的框架结构，尽可能大面积布置门窗，控制泄压比为 0.15 以上，既可达到防爆的要求，又满足了
31、压缩机等工艺设备的布置要求，同时不造成建筑面积的浪费。在屋面结构的选择上，我们放弃了框架结构常采用的梁板一同现浇的方式，虽然结构整体性稍弱，但屋面采用预制板的方式，方便了设备从屋面上方进行整体吊装就位，方便了工艺安装的进行，从而加快了工程进度。140为了保证隔音良好，设计时考虑采用隔音效果较好的塑钢门窗或采用 10 毫米厚橱窗用大面积玻璃墙，也有工程采用中空镀膜玻璃；至于通风，结合考虑防爆要求，采用防爆机强制通风，并满足一定的换气次数；而在寒冷的北方地区，大面积的玻璃又恰巧与采暖要求矛盾，因此在满足达到一定的设计采暖温度（大于 5）时，我们将墙体厚度由通常的370 厚改为 240 厚，以减轻结
32、构自重，相应可以减小结构构件的尺寸和配筋，节约工程造价。辅以室内采用吸声吊顶后，在室外基本能控制噪声值在 50 分贝以下，有效避免对周围环境的噪音污染。在基础处理上，须仔细研究地质报告的内容，采用合理的基础形式及基础埋置深度，房屋基础埋置深度应与设备基础相一致，在地质情况较好时，优先考虑天然地基。在我们的实际工程中，采用钢筋混凝土预制短桩也是比较经济和快捷的。当然，根据地区和实际情况的不同，还可以有不同的处理方式，但是有一点很重要的是一定要探明基础以下是否有可液化沙层或其他软弱下卧层，并进行相应的处理。CNG 加气站的设计还要注意设备基础的设计，对于压缩机一类动力机器，为避免过大振动的发生，设
33、计时应控制机组的总重心与基础底面形心位置重合，为避免设备基础振动直接影响到建筑物，我们将管沟和减振沟结合考虑为一体。设备基础位置和方向需要仔细对照土建和工艺图纸后落实，在建筑工程进行的同时作好预留空洞及预埋件的埋设，是类似工业建筑设计施工须特别留意的。72 压缩天然气汽车及其专用装置721 天然气汽车的特点1天然气汽车的推广应用有利于资源多元化利用世界的石油资源按目前公认的说法，大致在 3040 年之后将消耗殆尽。一方面石油是石油化工的重要原料，将石油用于石油化工，其经济效益远比用作燃料高出许多倍。另一方面，世界上蕴藏有丰富的天然气资源可供利用。以我国为例，根据油气资源评价预测，我国天然气资源
34、量约为 38 万亿立方米，可采资源为 10.5 万亿立方米，可开采近百年。表明在我国推广应用天然气汽车是完全有基础的，可以对合理利用资源、改善能源结构和提高资源利用率作出贡献。2天然气汽车有利于环境保护在大、中城市里，大气污染由煤烟型逐步向尾气型过渡，汽车的尾气排放已经成为城市大气的主要污染源。因此汽车尾气的整治对改善城市空气质量很有必要。燃气汽车由于燃气与空气的混合比传统的汽车发动机中燃油与空气的混合质量高，燃烧更为完全，所以排气中的一氧化碳 CO、碳氢 HC 和微粒 PM 都比较低。排放下降的幅度视车型、车况和技术措施而异。此外噪声减少 40左右。值得提出的一点是，与传统的汽油和柴油燃料相
35、比，CNG 虽然也是烃类化合物的混合物，但 CNG 的分子量低，其分子结构中的碳原子数与氢原子数之比较低，使得燃气汽车中的 CO2 成分比汽油和柴油汽车降低 15以上。CO 2 是一种温室效应气体，而燃气汽车中的 CO2 较低，这对于防范地球大气升温是有好处的，可见燃气汽车的推广应用有利于环境保护。1413天然气汽车经济效益可观燃气与燃油的价格差价是发展燃气汽车的效益基础。目前的油、气价格计算 1 升汽油价格为：90 #汽油 3.03 元，93 #汽油 3.30 元，97 #汽油 3.50 元，1 升 00#柴油为 2.96 元，而LPG 价格为 2.10 元立方米。对一辆既可用汽油也可用 L
36、PG 车而言，若行驶相同的路程（如 100 公里） ，将耗费汽油 1213 升或 LPG 约 15 升；按出租车每天行驶 400 公里计算，则以 LPG 为燃料时，每天可比使用汽油时节省约 20 元。在国外，燃气汽车的燃料价格也要比燃用石油产品低 3040 。因此，尽管各类燃气汽车的改装费用使整车成本提高约15左右（目前国内改装一辆 LPG 汽车费用约为 50008000 元) ，一般在 1 2 年之内就可收回改装成本。4燃气汽车运行安全、可靠、寿命长天然气的燃点比汽油高，混合气点火界限为 515（汽油为 1.37.6 ） ，与汽油相比，不易形成可燃性混合气。加上天然气比空气轻，在空气中遇微风
37、易被驱散，所以不易发生火灾事故，比用汽油更安全。以 CNG 为燃料的发动机，冷启动性能好，运转平稳，不含汽、柴油中存在的胶质，硫含量和机械杂质含量也不高，这对发动机易损件的积炭、磨损危害较小；再则气体燃料不会稀释机油，因此发动机运行可靠、寿命长，汽车大修里程可延长 20以上，比使用常规燃料汽车可节约 50以上的维修费用。5燃气汽车的动力性有所下降汽油车改成汽油燃气两用燃气汽车，其动力损失一般都超过 5（燃用 CNG 的下降2025 左右，LPG 的下降 510） 。这是因为燃气汽车吸入缸内的是空气与天然气的混合物，燃气占了气缸内的一定空间，致使吸入缸内可资利用的空气量减少了。与之不同的是，汽油
38、机吸入缸内的是尚未汽化的微粒，液体所占的空间极少，结果是汽油机吸入缸内的空气比较多。另外，CNG 的空燃比 较汽油的空燃比高（0.61.8） 。两用燃料燃气汽车要兼顾两种不同燃料的燃烧特性，不可能发挥燃气燃料辛烷值高（CNG 辛烷值约为 130，而高级汽油的辛烷值在 96 左右）从而可用提高压缩比（单燃料发动机的合理压缩比为 12，允许压缩比可达 15）及增大点火提前角的办法来恢复原有动力的特性，导致两用燃料燃气汽车动力有所下降。单燃料燃气汽车优点就在于可以充分发挥其燃烧特性的特点，进行压缩比及点火提前角的最优调整，从而可达到原车的动力水平。柴油车改装的燃气汽车，由于柴油机本身的空燃比较大，故
39、对动力性能影响不大。6燃气汽车的发展需要国家政策的扶持燃气汽车的推广应用，在技术上已经有较成熟的经验，但要拓宽市场份额，则是一项系统工程而不单纯是技术问题。首先，要在 CNG 的销售分配方面使汽车用户得到可靠供应的保障，这就要求建立相应的加气站网络；其次要使车主和燃气销售相关方的经济利益有吸引力，否则必然使燃气汽车无法推广。为此，必须在国家税收等政策上得到对燃气汽车的扶持。国际上在推广燃气汽车上取得很大成功的荷兰、意大利、美国和俄罗斯等国，都制定有鼓励投资于燃气汽车发展的相关技术经济政策，诸如燃料税收优惠、改装补助、投资加气站建设、有关法律法规等。722 压缩天然气汽车专用装置以压缩天然气作为
40、汽车燃料的车辆，称为 CNG 汽车，对在用车来讲，将定型汽油改装、142在保留原车供油系统的情况下，增加一套专用压缩天然气装置，便形成 CNG 汽车。CNG汽车有如下优点：燃料价格便宜，汽车排气污染小，不积炭、车辆部件损耗小，安全可靠，车辆改装简单，车辆运行平稳。通常将车用 CNG 发动机的天然气系统划分成 3 个子系统：CNG 储气系统、CNG 供给系统、CNG汽油或 CNG柴油的转换系统。高压储气系统有充气装置、储气罐、高压管线及接头、气压显示装置、截止阀等。天然气供给系统有过滤器、减压阀、混合器、低压气管、循环水管。油气燃料转换系统有燃料转换开关、天然气电磁阀、汽油电磁阀。 7221 C
41、NG 储气系统CNG 储气系统除了储气装置（储气瓶）以外，还包括往储气瓶内加装 CNG 的专用装置（气口） 、CNG 输送管道、控制装置（截止阀）和显示装置（CNG 压力及储气瓶存量显示） 。车用 CNG 系统的工作压力有两种： 20 MPa 和 25 MPa。我国采用 20 MPa 为 CNG 系统工作压力。加气口是车载 CNG 系统中，与售气站加气枪连接后给车载 CNG 系统中的储气瓶充装CNG 的装置的总称，通常由接口、气压保护盖或保护盖、输气管及接头组成。接口是加气口上与售气站加气枪相连接的部件，用不锈钢或黄铜制成。接口内装有压差式单向阀，防止 CNG 倒流；气压保护盖是加气口上防止
42、CNG 通过接口泄漏、导致气压降低的部件，用不锈钢或黄铜制成；保护盖是加气口上防止灰尘和水进入接口的部件；接头是加气口上通过螺纹与接口相连接的部件，实际上是一个三通接头。接头还有另外两外口子，一个通过高压输气管（硬管）与储气瓶连接，另一个通过高压输气管（硬管）与 CNG 减压调节器连接。图 72 某 CNG 轿车的加气口。CNG 储气瓶按其材质和工艺可分成钢质瓶、铝合金瓶或复合材料瓶。工作压力为 20MPa，属高压容器，因此有严格的质量要求。每一个储气瓶都要一开始就进行水压试验，此后每隔一定间隔周期性地重复水压试验直到一个远远超过标定工作压力的压力。CNG 储气瓶要求耐高压，这必定导致其重量增
43、加，从而影响 CNG 汽车的经济性和动力性。导致 CNG 储气瓶重量增加的另一个原因是 CNG的体积能量密度很低。与具 有相同能量的其他燃料相比，CNG 占有的体积约为汽油的 4 倍、柴油的 5 倍。这给 CNG 在轿车中的应用带来了一些麻烦。货车和重型汽车中通常可以找到存放储气瓶的位置。图 72 加气口 CNG1接口 2保护盖 3接头储气瓶容积增加储气瓶重量也要增加，就给 CNG 储气瓶提出了一项性能指标：柴油当量升质量。其定义为：对应于 1 升柴油所包含能量的燃料连同其容器的质量，单位是kgL 。这项性能因 CNG 储气瓶的材质、结构和制造工艺而不同。例如，对于传统的钢质143CNG 储气
44、瓶约为 5.6kgL ，柴油油箱约为 1.1kgL 。采用纤维复合增强技术可以明显地改善这一性能指标。例如，纤维卷绕的钢质 CNG 储气瓶的柴油当量升质量为 3.1kgL 左右。先进的全复合 CNG 储气瓶的柴油当量升质量降至 2.9kgL 以下，但仍超过柴油油箱的两倍。图 73 所示为某轿车用 CNG 储气瓶，是用混合气作内胆、外层用玻璃条增强纤维卷绕而成的复合材料储气瓶，容积 50L，横置在轿车后部行李箱内的一个矩形安装架上。货车和客车用的 CNG 储气瓶尺寸比较大，容积也较大，例如有 90L 的，可置于车箱下面或顶上。每一个 CNG 储气瓶都带有瓶口装置。利用瓶口装置可手动切断 CNG
45、流出的通道，遇有意外时可让 CNG 外泄，避免 CNG 储气瓶爆炸。如图 74 所示，瓶口装置安装在 CNG 储气瓶的一端。CNG 通过进气口 1 从储气瓶流入瓶口装置，通过出气口 2 流往发动机。安全口3 图 73 轿车用 CNG 复合贮气瓶 图 74 CNG 储气瓶口装置1气口 2出气口 3安全口 4手动截止阀内有安全膜片和易熔堵头。当 CNG 储气瓶由于某种原因，例如受高温物体或火焰烘烤受热而导致储气瓶内压力上升超常时，会将安全膜片爆破，CNG 泄出而降压。另外，易熔堵头用易熔合金制成，在温度上升超常时会熔化，也会将 CNG 通过安全口排出。当汽车长期搁置不用，或检测、修理 CNC 管路
46、及系统时，可利用手动截止阀 4 将 CNC 储气瓶封闭。CNG 储气瓶中的 CNG 通过高压硬管流向减压调节器。压力表则用于显示 CNG 储气系统的压力。7222 CNG 供给系统CNG 供给系统的任务是，将来自 CNG 储气系统的 CNG 从 20 MPa 的高压降低到一个略高于大气压力的压力水平（一般不超过 300kPa 绝对压力） ，并将天然气引入空气混合后送入气缸。CNG 供给系统主要由天然气滤清器、减压调节器、天然气引入装置（混合器或燃料气 喷射器）和低压天然气软管组成。 CNG 储气瓶中的压力高达 20MPa，而发动机进气管内的压力不超过 1 个大气压，必须事先用减压调节器降低 C
47、NG 的压力并调节到预定的压力水平。 还必须将发动机冷却液引入减压调节器，以防结冰。减压调节器通常是两级减压，也有三级减压、和一级减庄。减压调节器的设计各式各样，与燃油定量的控制方式有关。一般，在以机械方式控制燃油定量的场合，减压调节器的输出压力要随发144动机的负荷和转速而改变。近年来，普遍采用电子方式控制燃油定量，减压调节器的输出压力保持不变，或者输出压力与发动机进气管压力之差保持不变。图 75 所示为某化油器轿车改装成的天然气轿车中的 CNG 减压调节器。该减压调节器有三级减压。进水管 1 与发动机气缸盖后端出水管用三通相连；出水管 2 与发动机图 75 CNG 减压调节器 冷却系的塑料
48、膨胀箱用三通相连。高压进气1进水管 2出水管 3灵敏度调节螺钉 口 6 处有一个三通，装了一个气压表 7，可显4怠速调节螺钉 5天然气截止电磁阀 示 CNG 储气瓶内压力。低压出气 8 用低压输 6高压进气口 7气压表 8低压出气口 气软管连接天然气与空气的混合器。此减压调节器的第一级将 CNG 压力从 20MPa 降到0.5MPa，第二级调节至压力 0.1MPa 左右。压力调节通过灵敏度调节螺钉 3 改变弹簧的刚性来实现。怠速调节螺钉 4 用于调节怠速转速。在减压调节器的第二级和第三级减压室之间装有天然气截止电磁阀 5。此阀为常闭式。当燃料转换开关转向供 CNG 位置时，天然气截止电磁阀立即通电开启，于是发动机得到了天然气供给。当发动机因意外事故突然停止旋转时，电子控制装置会立即切断天然气截止电磁阀 5 的电路，将该阀关闭，切断天然气的供给。灵敏度调节螺钉 3 和怠速调节螺钉 4 对发动机的性能、排放和怠速稳定性有重要影响，必须仔细调整，不可随意变动位置。 混合器的作用是在进气管中将天然气与空气混合，并控制燃料定量。这种混合过程伴随着机械控制的天然气定量过程。在增压发动机中，混合器通常装在增压器的前面，以便天然气与空气通过增压器之后混合得更均匀。混合器中天然气定量的原理有很多种，最常见的有
