车用CNG技术的安全性分析

　　引言

　　由于车用CNG（压缩天然气）技术具有良好的环保、节能效益，国家大力推广应用，各级政府已把推广应用CNG技术作为新兴产业和新的经济增长点来发展。目前该项产业在国内发展迅速，一些城市已基本形成车用CNG充装站网络。车用CNG技术由车用CNG充装站和双燃料汽车技术组成，从多年的运行状况看来，车用CNG技术是安全可靠的，主要设备均实现了国产化，类型也有很多种。本文假设加气站的选址恰当、布局合理、管理规范，只从技术视角，以CNG汽车加气站内的天然气压缩、储存、充装流程为例，对车用CNG技术的安全性作相应分析。

　　一、车用CNG技术工艺简介

　　车用CNG技术主要由两大部分构成：

　　CNG加气站：国内的CNG加气站，基本上分为两大类：开放式结构和橇装式结构。所谓开放式结构，是将设备分别安装在厂房（棚）内，并按工艺流程及高低压管道和各种阀门将这些设备联系起来，形成一个开环工艺系统。采用国产设备建成的充装站基本上都是这种形式，它的设备空间大、便于维修保养，但自动化程度低，基本上是手动操作或半自动运行。所谓橇装式结构，是指将加气站的主要设备，如净化、压缩、冷却、控制、储气等设备都尽可能的集成在一个橇装底座上，形成一个可控的整体设备，可在工厂内完成全部制造调试工作，便于运输和露天安装，大大减少了现场安装调试的工作量，只要通上电，接通气路就可以工作，采用进口设备的充装站基本都是这种形式，但是，值得说明的是，目前郑州投入运营的三个进口设备加气站的前置过滤系统均为国产，而非进口橇装设备。

　　根据加气的工艺流程，充装站又分解为净化、脱水、压缩、储存、控制等几个子系统，北方地区典型的国产设备加气站大部分采用压缩前过滤、后置双塔式干燥器高压脱水、L型水冷式有油润滑压缩机、大容量储气罐或储气井、手动或半自动控制的子系统来组成整个工艺流程（以下的分析即以此类加气站为例）。

　　双燃料汽车技术：燃气汽车的技术发展大致可分三代产品：第一代在传统化油器基础上加装一套燃气供给系统，使汽车能够燃用气体燃料；第二代技术在第一代的基础上，采用闭环电控技术，可使汽车排放水平达到欧洲II号排放法规要求，其在国内外仍大量使用；第三代技术为闭环电控喷射技术，但目前尚未进入产业化阶段，郑州乃至河南省目前改装的双燃料汽车都属第一代产品。

　　双燃料汽车技术实际上是处于车用CNG技术工艺的终端。

　　国产设备加气站（母站类）的车用CNG技术组成如下图：

　　二、车用CNG技术安全性分析及减小不安全性的解决措施

　　1.净化过程安全性分析及解决措施

　　净化过程包括脱硫、脱油、脱水等工序，严格的讲，压缩系统中的每级压缩前后的冷凝除油过程也可归于净化过程，压缩前对天然气的脱硫、脱油、脱水是为了保证压缩机的正常运行，而后置脱水，即压缩后的对CNG（压缩天然气）的净化和干燥是为了保证后置干燥系统的正常运行（比如防止分子筛中毒等）以及保证所售气质的纯净，不但确保燃气在双燃料汽车发动机内燃烧良好，不会对发动机产生任何危害，同时也避免对售气系统的堵塞（比如加气枪的冰堵现象）和损害，从而避免引发事故。前所述及，北方地区典型的国产设备加气站大部分采用压缩前过滤、后置双塔式干燥器高压脱水，这种工艺流程的优点是脱水彻底：经逐级压缩大部分的水分早已析出，在压缩机末级出口压力即25Mpa的压力下气相中的饱和水含量已经非常少，仅相当于0.3Mpa（这个压力一般为前置脱水压力）的压力下气相饱和水含量的3%，；其缺点是对加气站的核心设备——压缩机的保护减弱，使之容易受到腐蚀和损坏。

　　目前郑州市几个加气站的气源均来自西气东输管线，气质符合《天然气》中规定的Ⅱ类气质标准，含水和硫化氢的量很小，所以对压缩机危害不大，倒是某些加气站的有油润滑压缩机的润滑油会从气缸进入CNG（压缩天然气），会导致后置干燥系统失效，并在储气系统沉积，增大排污量，会造成浪费并形成事故隐患。

　　解决措施：对脱水系统的配置情况，主要依据当地气质来决定，所以对不同地区来说，净化和干燥系统的差异可能很大，只要气质达到行业标准《汽车用压缩天然气》SY/T7546-96即可。所以建议尽量采用前置脱水，加强天然气压缩前的净化力度，这已经成为国内外车用CNG技术脱水环节的趋势；对于有油润滑压缩机的润滑油会从气缸进入CNG（压缩天然气）的情况，可通过在压缩机末级出口处加装油凝析罐和过滤器（在山东等地的某些加气站采取了此类措施）来解决，或者选用少油润滑压缩机，对已建成运营的加气站应注意凝析出的润滑油的收集与再利用。

　　2.压缩过程安全性分析及解决措施

　　压缩过程在加气站工作流程中处于核心位置，包括进气缓冲和卸压回收、压缩机组润滑油的注入、压缩机和CNG（压缩天然气）的闭式水循环冷却以及上面所提到的除油净化。压缩机的安全隐患主要存在于卸压回收和压缩机和天然气的水冷过程，前者是因为卸气量大而厂家指定回收罐容积相对太小导致卸压回收过程开始时，回收罐压力骤增，安全阀频繁起跳，回收罐长期处于压力频繁波动工作状态，会使罐体出现疲劳，存在安全隐患；后者是因为尽管闭式水冷循环方式效率高，但是冷却水管路的结垢却危害极大，一旦堵塞冷却循环水管路，高温报警时压缩机的紧急停车动作会损坏设备。