車用CNG技術的安全性分析

　　引言

　　由于車用CNG（壓縮天然氣）技術具有良好的環(huán)保、節(jié)能效益，國家大力推廣應用，各級政府已把推廣應用CNG技術作為新興產業(yè)和新的經濟增長點來發(fā)展。目前該項產業(yè)在國內發(fā)展迅速，一些城市已基本形成車用CNG充裝站網絡。車用CNG技術由車用CNG充裝站和雙燃料汽車技術組成，從多年的運行狀況看來，車用CNG技術是安全可靠的，主要設備均實現(xiàn)了國產化，類型也有很多種。本文假設加氣站的選址恰當、布局合理、管理規(guī)范，只從技術視角，以CNG汽車加氣站內的天然氣壓縮、儲存、充裝流程為例，對車用CNG技術的安全性作相應分析。

　　一、車用CNG技術工藝簡介

　　車用CNG技術主要由兩大部分構成：

　　CNG加氣站：國內的CNG加氣站，基本上分為兩大類：開放式結構和橇裝式結構。所謂開放式結構，是將設備分別安裝在廠房（棚）內，并按工藝流程及高低壓管道和各種閥門將這些設備聯(lián)系起來，形成一個開環(huán)工藝系統(tǒng)。采用國產設備建成的充裝站基本上都是這種形式，它的設備空間大、便于維修保養(yǎng)，但自動化程度低，基本上是手動操作或半自動運行。所謂橇裝式結構，是指將加氣站的主要設備，如凈化、壓縮、冷卻、控制、儲氣等設備都盡可能的集成在一個橇裝底座上，形成一個可控的整體設備，可在工廠內完成全部制造調試工作，便于運輸和露天安裝，大大減少了現(xiàn)場安裝調試的工作量，只要通上電，接通氣路就可以工作，采用進口設備的充裝站基本都是這種形式，但是，值得說明的是，目前鄭州投入運營的三個進口設備加氣站的前置過濾系統(tǒng)均為國產，而非進口橇裝設備。

　　根據(jù)加氣的工藝流程，充裝站又分解為凈化、脫水、壓縮、儲存、控制等幾個子系統(tǒng)，北方地區(qū)典型的國產設備加氣站大部分采用壓縮前過濾、后置雙塔式干燥器高壓脫水、L型水冷式有油潤滑壓縮機、大容量儲氣罐或儲氣井、手動或半自動控制的子系統(tǒng)來組成整個工藝流程（以下的分析即以此類加氣站為例）。

　　雙燃料汽車技術：燃氣汽車的技術發(fā)展大致可分三代產品：第一代在傳統(tǒng)化油器基礎上加裝一套燃氣供給系統(tǒng)，使汽車能夠燃用氣體燃料；第二代技術在第一代的基礎上，采用閉環(huán)電控技術，可使汽車排放水平達到歐洲II號排放法規(guī)要求，其在國內外仍大量使用；第三代技術為閉環(huán)電控噴射技術，但目前尚未進入產業(yè)化階段，鄭州乃至河南省目前改裝的雙燃料汽車都屬第一代產品。

　　雙燃料汽車技術實際上是處于車用CNG技術工藝的終端。

　　國產設備加氣站（母站類）的車用CNG技術組成如下圖：

　　二、車用CNG技術安全性分析及減小不安全性的解決措施

　　1.凈化過程安全性分析及解決措施

　　凈化過程包括脫硫、脫油、脫水等工序，嚴格的講，壓縮系統(tǒng)中的每級壓縮前后的冷凝除油過程也可歸于凈化過程，壓縮前對天然氣的脫硫、脫油、脫水是為了保證壓縮機的正常運行，而后置脫水，即壓縮后的對CNG（壓縮天然氣）的凈化和干燥是為了保證后置干燥系統(tǒng)的正常運行（比如防止分子篩中毒等）以及保證所售氣質的純凈，不但確保燃氣在雙燃料汽車發(fā)動機內燃燒良好，不會對發(fā)動機產生任何危害，同時也避免對售氣系統(tǒng)的堵塞（比如加氣槍的冰堵現(xiàn)象）和損害，從而避免引發(fā)事故。前所述及，北方地區(qū)典型的國產設備加氣站大部分采用壓縮前過濾、后置雙塔式干燥器高壓脫水，這種工藝流程的優(yōu)點是脫水徹底：經逐級壓縮大部分的水分早已析出，在壓縮機末級出口壓力即25Mpa的壓力下氣相中的飽和水含量已經非常少，僅相當于0.3Mpa（這個壓力一般為前置脫水壓力）的壓力下氣相飽和水含量的3%，；其缺點是對加氣站的核心設備——壓縮機的保護減弱，使之容易受到腐蝕和損壞。

　　目前鄭州市幾個加氣站的氣源均來自西氣東輸管線，氣質符合《天然氣》中規(guī)定的Ⅱ類氣質標準，含水和硫化氫的量很小，所以對壓縮機危害不大，倒是某些加氣站的有油潤滑壓縮機的潤滑油會從氣缸進入CNG（壓縮天然氣），會導致后置干燥系統(tǒng)失效，并在儲氣系統(tǒng)沉積，增大排污量，會造成浪費并形成事故隱患。

　　解決措施：對脫水系統(tǒng)的配置情況，主要依據(jù)當?shù)貧赓|來決定，所以對不同地區(qū)來說，凈化和干燥系統(tǒng)的差異可能很大，只要氣質達到行業(yè)標準《汽車用壓縮天然氣》SY/T7546-96即可。所以建議盡量采用前置脫水，加強天然氣壓縮前的凈化力度，這已經成為國內外車用CNG技術脫水環(huán)節(jié)的趨勢；對于有油潤滑壓縮機的潤滑油會從氣缸進入CNG（壓縮天然氣）的情況，可通過在壓縮機末級出口處加裝油凝析罐和過濾器（在山東等地的某些加氣站采取了此類措施）來解決，或者選用少油潤滑壓縮機，對已建成運營的加氣站應注意凝析出的潤滑油的收集與再利用。

　　2.壓縮過程安全性分析及解決措施

　　壓縮過程在加氣站工作流程中處于核心位置，包括進氣緩沖和卸壓回收、壓縮機組潤滑油的注入、壓縮機和CNG（壓縮天然氣）的閉式水循環(huán)冷卻以及上面所提到的除油凈化。壓縮機的安全隱患主要存在于卸壓回收和壓縮機和天然氣的水冷過程，前者是因為卸氣量大而廠家指定回收罐容積相對太小導致卸壓回收過程開始時，回收罐壓力驟增，安全閥頻繁起跳，回收罐長期處于壓力頻繁波動工作狀態(tài)，會使罐體出現(xiàn)疲勞，存在安全隱患；后者是因為盡管閉式水冷循環(huán)方式效率高，但是冷卻水管路的結垢卻危害極大，一旦堵塞冷卻循環(huán)水管路，高溫報警時壓縮機的緊急停車動作會損壞設備。