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中国 LNG 加气机的市场、技术现状与发展方向

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中国 LNG 加气机的市场、技术现状与发展方向

发布日期:2018-10-26 作者: 点击:

随着我国 LNG 汽车产业的不断发展,LNG 加气站不断增加,LNG 加气机日益得到广泛的应用。

为此,详细介绍了 LNG 加气机的组成、工作原理及工作流程,分析了我国 LNG 加气机的市场及技

术现状,指出目前 LNG 加气机市场还存在着 LNG 科里奥利质量流量计价格昂贵和单、双流量计加

气机并存等一系列问题,展望了我国LNG 加气机产业的发展方向:①LNG 科里奥利质量流量计的

国产化;②单流量计 LNG 加气机的发展;③LNG 加气机的强制检定;④LNG 加气机的产业化。这

将有助于促进我国 LNG 加气机行业提高产品的技术水平并扩大国内外市场份额。

LNG 加气机是将 LNG 加气站液化后的天然气加注到 LNG 汽车的一种超低温计量设备,由 LNG

质量流量计、管路系统和电脑控制系统组成[1~2]。国内 LNG 加气机技术日趋成熟,并已形成了相

关产业。

1 LNG 加气机简介

1.1 工作原理

LNG 加气机是用于 LNG 贸易结算的设备,分为单流量计加气机和双流量计加气机。单流量计加

气机无回气管和气相流量计,仅用于车瓶压力低的系统,成本较低。双流量计加气机有气相流量

计对回气进行计量,并从总量中扣减,系统计量精度高,但成本较高[3]。

LNG 加气机根据直接测量流体质量的原理计量经过 LNG 加气机充入 LNG 储气瓶中的 LNG 液量。

同时,LNG 加气机采用先进的测控技术对计量过程进行自动控制,加气机显示屏直接显示 LNG 的

瞬时流量、单价、金额及加液累计量,并可远程通信,实现计算机中央管理。

1.2 组成

LNG 加气机的整机主要由以下 3 部分组成:

1) LNG 质量流量计。

2) 机壳、阀门及管路系统,包括压力传感器、低温气动阀、低温安全阀、低温止回阀、低

温截止阀、低温紧急切断阀、金属软管、加液枪头、回气枪头、加气枪座、回气枪座和低温工艺

管道等。

3) 电脑控制系统和防爆控制电源等电气系统。

1) 将 LNG 加气机的加液枪插到 LNG 加气机的大循环枪口上,按下加气机键盘上的“预冷”

键,加气机开始预冷。LNG 液体从加气机进液管道流向调节阀、止回阀 1、液相质量流量计、气

动阀、LNG 加气机加液金属软管、加液枪、大循环枪口和截止阀,最后经管路回到LNG 储罐,当

加气机内部管路充满液体、且相关状态参数达到冷却要求后预冷结束。此阶段加气机不计量。

2) 预冷结束后,将 LNG 加气机的加液枪插入车载 LNG 储气瓶进液口,回气枪插入储气瓶回

气口,按下 LNG 加气机键盘上的“加气”键,加气机开始加气。LNG 液体从加气机进液管道流向

止回阀 1、液相质量流量计、气动阀、LNG 加气机加液金属软管和加液枪,然后进入车载 LNG 储

气瓶;车载 LNG 储气瓶内已经气化的 LNG 蒸发气经回气枪、LNG 加气机回气金属软管、止回阀2、

气相质量流量计及回气管路回到LNG 储罐。LNG 加气机的加气量为液相质量流量计与气相质量流


量计的计量值之差,加气机会自动计算差值并显示。当汽车 LNG 储气瓶加满 LNG 后加气机自动停

机(也可提前手动停机或定额加气)。

3) LNG 加气机停机后从车载 LNG 储气瓶先取下回气枪,再取下加液枪,将加液枪插入 LNG

加气机的加液枪座,完成加气。

4) 在整个加气过程中,质量流量计测出流经 LNG 加气机的流体密度和质量等参数的物理信

号,由信号转换器转换成电脉冲信号传送到控制器,LNG 加气机上的压力传感器和控制器可以将

LNG 加气机的工作状态传输给 LNG 加气站服务器,使其对整个加气过程进行监控,自动完成加气

工作。

2 LNG 加气机的市场现状

21 世纪初,LNG 加气机就在中国市场上开始应用,当时主要使用的是加拿大 FTI 国际集团的

LNG 加气机,此产品在长沙和北京的 LNG 加气站都有应用。随后,我国部分 CNG加气机企业开始

研制 LNG 加气机,但由于当时国内 LNG 市场尚未成熟,很多关键的技术难题没有解决,产品存在

许多缺陷,总体上没有规模生产量,处于为国外产品补缺的配角地位。

2004 年以后,随着国内 LNG 市场的日趋成熟和我国装备制造业整体水平的快速提高,LNG加

气机在国内市场得到日益广泛的应用,同时,国内 LNG 加气机生产企业通过走自主创新与技术引

进相结合的道路,逐渐突破了LNG 加气机制造中的某些关键性技术,所产 LNG 加气机的技术指标

达到甚至部分超过了进口产品的质量标准。目前,成都华气厚普机电科技有限责任公司、重庆四

联油气设备制造有限公司、北京长空机械有限责任公司、南京新冶电气工程有限公司和北京长征

天民科技有限公司等企业生产的LNG 加气机产品占据了国内 90%以上的市场份额,部分产品已经

出口到巴基斯坦、印度尼西亚等国家,而进口 LNG 加气机由于价格昂贵,技术上也无优势,在中

国市场的份额逐年减少。

3 LNG 加气机的技术现状

3.1 LNG 科里奥利质量流量计

LNG 流量计是整个 LNG 加气机的核心部件。流量计的选型直接影响 LNG 加气机的性能。根据

以往石油和天然气贸易交接应用中所用的流量计量方法,最合理的 LNG 流量测量计包括:差压(孔

板式)流量计、涡轮流量计、超声波流量计和科里奥利质量流量计,其中差压流量计和涡轮流量

计是得到公认的传统技术,但用其来测量低温的 LNG 时却存在一些困难:差压装置和涡轮流量计

都会使流量管内的压力大大降低,这可能导致 LNG 气化;差压流量计还要求管道上游和下游为长

距离直线型布局,计量的流量范围不广。而超声波流量计和科里奥利质量流量计被视为新技术,

得到了美国石油学会(API)、美国天然气协会(AGA)和国际法制计量组织(OIML)的认可,但在 LNG

贸易交接过程中使用超声波流量计仍存在一些问题,而科里奥利质量流量计是目前应用最成功的

LNG 流量计。图 2 所示的即为使用中的 LNG 科里奥利质量流量计。目前,美国艾默生旗下的高准

公司生产的 CMF 系列质量流量计和 Endress+Hauser 公司生产的 83F 低温型质量流量计以其耐低

温和性能稳定的优点得到了LNG 加气机行业的认同。但是,LNG加气机在加液过程中难免会发生

LNG 的部分气化,气液两相的存在对科里奥利质量流量计的计量精度影响很大,其中气相流量计


量的准确性对加气机计量精度有着至关重要的影响,目前科里奥利质量流量计液相计量的精度可

达±0.10%,而气相计量的精度只有±0.35%,这是需要进一步解决的技术难题[4]。

3.2 LNG 加气机回气问题

目前国内 LNG 加气机主要采用双流量计的计量方式,即采用液相质量流量计和气相质量流量

计分别测量加液和回气的质量,二者之差才是 LNG 加气机计量的最终结果。采用单流量计还是双

流量计主要取决于 LNG 汽车储气瓶和使用压力的要求。欧美国家的 LNG 汽车使用的均是喷淋式储

气瓶,在加气的过程中液态LNG 可以把气态的 LNG 重新液化,降低了储气瓶内的气相压力,这就

为使用单流量计提供了前提条件。而我国早期使用的 LNG 汽车储气瓶不是喷淋式储气瓶,不能将

LNG 蒸发气有效地液化,所以必须使用双流量计的 LNG 加气机(2 个枪头)。此外,LNG 储气瓶初次

使用和长期搁置后再次使用时,由于LNG 储气瓶内温度较高,LNG 充装进去后很快会产生 LNG蒸

发气,造成 LNG 储气瓶内压力升高,此后 LNG 液体就难以充装进 LNG 储气瓶,这时也必须使用双

流量计的 LNG 加气机进行回气。

3.3 LNG 加液枪及回气枪

LNG 加液枪及回气枪附属于 LNG 加气机。目前,我国还没有出台 LNG 加液枪及回气枪的国家

标准,其应用主要以进口产品为主。国内普遍使用的是美国 CARTER 公司生产的 50E701(-1)型LN

G 专用加气枪,加液充装接头使用的是美国 CARTER 公司生产的 62050 型加气枪座。回气枪主要使

用美国Macro-Tech 公司生产的 13775 型 12.7mm 快速接头。这些国际知名厂家生产的产品使用起

来十分方便,但价格昂贵,维修周期长。目前,以杭州新亚低温工业设备有限公司和成都安迪生

测量有限公司为代表的国内公司生产的 LNG 加液枪及回气枪以其价格优势已经开始逐步取代进口

产品,但其产品的操作性和使用寿命等还有待于进一步提高。

3.4 LNG 汽车储气瓶

LNG 汽车储气瓶是 LNG 汽车储存 LNG 的低温容器,也是 LNG 加气机的相关设备。LNG 汽车储

气瓶的生产厂家应取得特种设备制造许可证,并按照国家标准的有关规定进行设计和制造。LNG

汽车储气瓶为双层金属结构焊接绝热气瓶,其内胆和外壳均由优质奥氏体不锈钢制成。气瓶采用

进口绝热材料包扎,抽成真空,并装有经过特殊处理的吸附剂,以便长时间保持高真空和良好的

绝热性能。LNG 储气瓶内胆设置有液位感应器和加液喷淋装置等,主要作用是盛装并贮存 LNG。L

NG 储气瓶外胆与内胆共同构成真空空间,保护内胆并对气瓶起支承作用。LNG 汽车储气瓶的储存

压力接近常压,充满 LNG 的储气瓶的贮存压力从 0MPa 升到 0.7MPa 的无损时间一般超过 15 天,

安全性能好。

对于相同体积的容器,LNG 的储存能量密度是 CNG 储存能量密度的 2.5~3.0 倍(不同材质有

所不同)。目前,国内已研制出 62L、160L、175L、240L、275L、335L、375L 和 410L 等不同规格

的 LNG 汽车储气瓶。珠海广通汽车有限公司就使用了 335L 的 LNG 汽车储气瓶,1 次充装可续行 5

30~550km,节约了加气时间,减少了 LNG 加气站的数量。

3.5 LNG 加气机控制系统

目前 LNG 加气机控制系统的相关技术比较成熟,国内公司在这个领域中已经积累了相当丰富

的经验。LNG 加气机控制系统采用工业级电子元器件,经过严格的电磁兼容性和安全性试验,保


证了 LNG 加气机在复杂环境中的使用。LNG 加气机一般配有符合国家标准防爆等级的打印机和 IC

卡预留口,并且提供 RS485 通信接口,以便与 LNG 加气站计算机管理系统连接,满足 LNG 加气站

的日常经营和管理的需求,同时具有票据打印、加气记录查询和报表统计处理等功能.为 LNG 加

气机的电气控制原理图。

3.6 LNG 加气机的防爆等级

由于 LNG 加气机的工作环境是易燃易爆的危险场所,因此 LNG 加气机整机必须防爆,加气机

产品必须要有防爆标志、防爆等级和防爆合格证号,必须满足 GB 3836.1—2000《爆炸性气体环

境用电气设备第 1 部分:通用要求》、GB 3836.2—2000《爆炸性气体环境用电气设备第 2 部分:

隔爆型“d”》和 GB 3836.4—2000{爆炸性气体环境用电气设备第4 部分:本质安全型“i”》

等国家标准的要求。

3.7 LNG 加气机国家检定规程

LNG 作为大宗贸易商品,涉及贸易结算和安全防护,必须解决流量量值的准确和统一问题,

这不仅直接关系到贸易双方的利益,而且按照国家《计量法》的规定,用于贸易交接的 LNG 加气

机应依法纳入强制管理范围,必须进行型式评价、首次检定、后续检定和周期检定。目前国内已

有多家企业生产 LNG 加气机,但目前尚无 LNG 加气机的国家检定规程及标准,LNG加气机的技术

指标和试验方法主要依据 GB/T19237—2003《汽车用压缩天然气加气机》、GB/T19238—2003

《汽车用液化石油气加气机》、JJG996—2005《压缩天然气加气机计量检定规程》和 JJG 997

—2005《液化石油气加气机计量检定规程》等技术文件,还不能满足 LNG 技术标准和加气机生产

技术水平提高的需要。此外,目前各LNG 加气机生产企业自行制定的企业标准差异较大,编制的

技术指标参数基本都是自己能达到什么程度就写什么,造成了不同企业生产的 LNG 加气机产品技

术指标和质量标准的不统一,相关质监技术机构无法对其进行准确客观的质量评价,已不适应 L

NG 加气机产业发展的新要求。同时由于 LNG 加气机计量检定规程的缺失,导致相关技术机构也没

有依据对 LNG 加气机开展检定工作,这严重影响了贸易交接的公平性。因此,为了统一 LNG 加气

机的检定标准,避免各 LNG 加气机生产企业产品技术指标的差异,对 LNG 加气机有必要制定全国

统一的国家检定规程和国家标准,以便更好地规范 LNG 加气机的生产和量值传递工作。LNG 加气

机的出厂检定一般采用质量法,检测设备包括电子天平、真空储气罐和液氮试验台等。目前,中

国测试技术研究院等单位已经开始着手 LNG 加气机国家检定规程的制定,这必将更好地规范 LNG

加气机的生产和量值传递工作,促进我国 LNG 加气机产业的健康发展。

4 LNG 加气机的发展方向

4.1 LNG 科里奥利质量流量计的国产化

目前 LNG 加气机的计量主要采用高准公司生产的 CMF 系列质量流量计和Endress+Hauser 公

司生产的 83F 低温型质量流量计,该类型流量计准确度高、使用方便,但价格昂贵,极大地限制

了 LNG 加气机在我国的推广应用。因此,国产耐低温 LNG 科里奥利质量流量计的研制有着十分重

要的意义,国内迫切需要研制具有自主知识产权的 LNG 科里奥利质量流量计,并应用于 LNG 加气

机。

4.2 单流量计 LNG 加气机的发展


从 LNG 加气机的技术发展趋势来看,随着喷淋式 LNG 汽车储气瓶的广泛使用和储气瓶制造水

平的进一步提高,单流量计LNG 加气机是未来 LNG 加气机的发展方向。单流量计 LNG 加气机减少

了 1 个回气枪头和 1 个气相质量流量计,大大降低了成本,加气过程也得到简化,同时因其只对

液态的 LNG 进行计量,因此克服了 LNG 科里奥利质量流量计气相计量精度不高的缺点,有利于进

一步提高 LNG 加气机的精度等级,也将简化其检定流程。

4.3 LNG 加气机的强制检定

按照国家《计量法》的规定,用于贸易交接的 LNG 加气机应依法纳入强制管理范围。随着 L

NG 加气机的日益广泛应用,国家有关部门将出台 LNG 加气机国家检定规程及标准,从而把 LNG

加气机列入需要强制检定的工作计量器具目录。

4.4 LNG 加气机的产业化

近年来我国 LNG 加气机行业发展迅速,但 LNG 加气机产业化的关键技术、相应的检定装置和

校准尚未完善,制约了该产业的发展壮大。因此,急需开展 LNG 加气机产业化关键技术的研究、

LNG 检定装置的研制及校准技术的制定,以推动整个 LNG 加气机产业链的发展。一方面要加快制

定 LNG 加气机产业发展规划,另一方面应注意积累 LNG 加气机的生产管理经验和使用中的基础数

据,进一步研究适合我国国情和市场现状的 LNG 加气机产业化关键技术,在适当时候完善 LNG 加

气机的检定装置、校准技术及国家检定规程,以促进我国 LNG 加气机产业的快速、健康发展。

5 结束语

随着我国 LNG 汽车产业的不断发展,LNG 加气站不断增加,LNG 加气机的重要性日益显现出

来。“十二五”期间是 LNG 汽车发展的良好时期,我国有可能成为未来世界上开发与应用 LNG 汽

车的领先国家,特别是在重型卡车领域将会有较快的发展[5]。

目前 LNG 加气机市场还有待于发展成熟,还存在着 LNG 科里奥利质量流量计价格昂贵、单双

流量计加气机并存等一系列的问题。总的来说,LNG 加气机产业满足我国经济发展对清洁能源的

需求,符合国家产业政策及发展规划,不但能解决经济发展对能源的迫切需求,还将对区域环境

质量的改善作出重大贡献,也有利于完成节能减排任务,其社会经济及环境效益显著,有待于进

一步健康快速地发展。


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