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行业科普|车用LNG的液化天然气气瓶安全吗?

国际燃气网  来源:天然气应用  日期:2019-06-11
    汽车用LNG气瓶是作为一种低温绝热压力容器,设计有双层(真空)结构。内胆的材料采用耐低温合金钢(0Crl8Ni9);外壳为内胆的保护层,与内胆之间保持一定间距,形成绝热空间,承受内胆和介质的重力荷载以及绝热层的真空负压。外壳和支撑系统的设计能够承受车辆在行驶时所产生的相关外力,低温储罐蒸发率一般低于0.2%。。

    内胆设计有两级安全阀在超压时起到保护作用。在超压情况下首先打开的是主安全阀(开启压力为1.6MPa左右),其作用放散由于绝热层和支撑正常的漏热损失导致的压力上升、或真空遭破坏后以及在失火条件下的加速漏热导致的压力上升。副安全阀(开启压力一般为2.4MPa以上)的压力设定点较主安全阀高,在主安全阀失效或发生堵塞时,副安全阀启动。
 


 
    LNG储罐工艺参数:
 
    根据系统的工作压力,并考虑其经济性,确定储罐的设计压力为1.2/~0.1 MPa(内筒/外筒),设计参数如下:
 
    充装率:90%
 
    内/外罐的设计温度:-196℃/-19~50℃
 
    内/外罐的工作温度:-146℃/环境温度
 
    内/外罐的材质:0Cr18Ni9/16MnR
 
    设计压力:1.2/-0.1 MPa(内筒/外筒)
 
    工作压力:0.8/-0.1 MPa(内筒/外筒)
 
    蒸发率:≤0.3%/d
 
    外壳在内部超压条件下的保护是通过一个环形的抽空塞来实现的。如果内胆发生泄漏(导致夹套压力超高),当压力达到0.1~0.2 MPa抽空塞将打开泄压。万一抽空塞发生泄漏将导致真空破坏,这时可以发现外壳出现“冒汗”(大面积结水珠)甚或结霜现象。当然,在与气瓶连接的管道末端出现的结霜或凝水现象是正常的。所有的管路、阀件都设置在气瓶的一端,并用护环或保护罩进行防护。
 
    低温储罐的出液以储罐的自压为动力。液体送出后,液位下降,气相空间增大,导致罐内压力下降。因此,必须不断向罐内补充气体,维持罐内压力不变,才能满足工艺要求。在储罐的下面设有一个增压气化器和一个增压阀。增压气化器是空温式气化器,它的安装高度要低于储罐的最低液位。增压阀与减压阀的动作相反,当阀的出口压力低于设定值时打开,而压力回升到设定值以上时关闭。
增压过程如下:当罐内压力低于增压阀的设定值时,增压阀打开,罐内液体靠液位差缓流入增压气化器,液体气化产生的气体流经增压阀和气相管补充到储罐内。气体的不断补充使得罐内压力回升,当压力回升到增压阀设定值以上时,增压阀关闭。这时,增压气化器内的压力会阻止液体继续流入,增压过程结束。
 
    LNG气瓶的型式试验:
 
    1.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倍等。
 
    安全性能试验
 
    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。
 
    1.振动试验
 
    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,压力(表压)为0 MPa。振动加速度为3 g(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
 
    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(或液化石油气)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
 
    跌落试验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(自行指定,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,压力(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。
 
    LNG车载气瓶作为LNG汽车燃料系统的核心装备,兼具成本低、充装使用方便、体积小、自重轻、充装量大、气液纯净、运输装卸方便、安全可靠等优点,其研制开发为推广和发展LNG汽车奠定基础,对节约能源、改善城市大气质量具有重要意义。
 
 
 
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