天然气汽车知识讲座-CNG汽车安全应用与维护.ppt

CNG汽车安全应用与维护 一 天然气汽车基本知识二 天然气汽车安全应用三 天然气汽车使用与维护 一 天然气汽车基本知识 1 什么是天然气2 天然气的特点3 天然气和汽油的性质对比4 燃气汽车分类5 天然气汽车基本原理与布置 1 什么是天然气 天然气 NatureGas 简称NG 是由多种烃物质和少量的其他成分组成的混气体 其最主要的成分是甲烷 化学分子式是CH4 2 天然气的特点 2 1 密度通常状态下 甲烷是一种非常轻的气态物质 常温 常压下 甲烷的密度只相当于空气的55 天然气的密度约相当于空气的60 由于天然气的密度远远小于空气 当气体一旦泄露时 将向上移动 扩散到空气中 基于这一点 天然气的安全性优于汽油等大多燃料 2 2 热值甲烷是最简单的碳氢化合物 一个甲烷分子中含有一个碳原子和四个氢原子 在碳氢化合物中 分子中含有的碳和氢原子数越多 燃烧后产生的能量越大 因此每千克天然气的热值略高于汽油 但每立方米理论天然气混和气热值要比汽油混和气低 2 3 状态 沸点在常温常压下 天然气是一种气态物质 当温度达到 162度和低于此温度时 天然气将转变成液态 以液态形式存在 由于沸点非常低天然气是难于液化的 储存也非常困难 一般以气态储存 2 4 颜色 味道和毒性在原始状态时 天然气是没有颜色 味道和毒性的物质 基于安全的原因 在生产过程中加入了具有独特臭味的加臭剂 以便于检测泄露 2 5 混和气发火界限宽燃料和空气混合形成混和气 混和气的浓度在一定范围内才能够被点燃 产生能量 混和气浓度过浓或过稀是难于被点燃的 天然气与空气混合后具有很宽的发火界限 可在大范围内改变混合比提供不同成分的混和气 可被点燃的混和气浓度范围的上 下限分别是燃料点火极限的上限和下限 2 6 自然温度自燃温度是指在此温度下 燃料和空气接触将会被点燃并连续燃烧 自燃温度不是一个常数 汽油的自燃温度是220 471度 天然气的自燃温度是630 730度 自燃温度很高表明天然气的安全性是非常好的 2 7 起燃方式天然气自燃温度比汽油高 因而天然气不宜于压燃而宜于用外火源点燃 同时由于其辛烷值远高于汽油 所以它又适于在较高的压缩比下点燃 既可以用电火花点燃 也可用在柴油 天然气双燃料汽车上用压燃方式引燃 2 8 抗爆性和辛烷值燃料的抗爆性是指燃料在发动机气缸内被点燃 燃烧时 避免产生爆燃的能力 即抗自然能力 是燃料的一个重要指标 燃料的抗爆性用辛烷值表示 辛烷值越大表示抗爆性愈好 汽油的辛烷值 MON 一般在81 89之间 天然气辛烷值在115 130之间 比汽油高30 因而 天然气具有较高的抗爆燃性能 3 天然气和汽油的性质对比表 以上我们看到 天然气是易燃易爆气体 但是天然气的点燃 爆炸是有条件的 在采取了安全措施后可以将天然气用于汽车上 首先 从燃料本身的特点来说 天然气的燃点一般在650 以上 而汽油为427 天然气比汽油高出200 以上 这说明天然气不像汽油那样容易被点燃 其次 天然气在空气中燃烧时的浓度界限是5 15 而汽油是1 7 既大气中有1 的汽油浓度就很容易着火爆炸 天然气要比汽油好得多 因为它要积累到5 才到达它的燃烧下限 更重要的是天然气比空气轻 密度只是空气的55 稍有泄漏很容易向大气中扩散 不至于达到低燃烧界限 但即便这样 我们仍不能忽略它的特点带来的负面影响 4 燃气汽车的分类 4 1 什么是压缩天然气 压缩天然气一般指经多级加压到20MPa左右 可供车辆发动机作为燃料使用的气态天然气 4 2 什么是压缩天然气汽车 压缩天然气汽车是指以经多级加压压缩到20MPa左右 并储存在车载高压气瓶中的气态天然气作为燃料的汽车 5 CNG汽车基本原理与布置 二 天然气汽车安全应用 1 CNG汽车发生事故的特点2 气瓶引发的安全事故及案例 通过上述分析 基于CNG汽车技术上的成熟性 我们要在认识到燃用天然气安全 经济的同时 应对车辆燃气系统的布置结构 气瓶的强度 连接件的可靠性 燃料系统部件的质量进行客观评价 并清醒地看到CNG汽车自身存在的问题和推广过程中伴随的安全性与危害性方面的问题问题 1 CNG汽车发生事故的特点 CNG汽车发生安全事故的主要表现形式 泄漏燃烧爆燃爆炸 1 1 泄漏 泄露是最容易发生的现象 其原因是高压气体不易密封 加工 装配 安装质量不稳定 以及还受到腐蚀 振动 环境和有关容器材质的气密性质量等诸多因素影响 1 2 燃烧 泄露如果得不到有效控制与排除还可能在火源的相互作用下蔓延扩大 造成极其严重的灾难 CNG车辆产生的燃烧通常都伴有泄露 1 3 爆燃与爆炸 天然气的主要成分是CH4 其浓度达到5 15 就可能发生爆炸燃烧 无论是物理爆炸还是化学爆炸 只是爆炸强度取决于聚积的能量多少而已 都是CNG汽车发生事故最为严重的情况之一 2 1 气瓶引发的安全事故 2004年2月13日爆炸事故造成人员1死3伤 加气站严重受损 2 2 气瓶引发的安全事故 2004年7月10日爆炸事故造成一死一伤 加气站紧急关闭 2 3 电气线束与油路问题引发的安全事故 电气线束油路问题部分车辆在事故中被烧毁车辆的情况 2 4 布置安装不合理引发的事故 总截止阀装在驾驶员右侧发动机罩内 造成火势扩散蔓延直至全车烧毁 汽油电磁阀安装在发动机顶部酿成火患 2 5 非规范性行为造成的安全隐患 电气线束乱拉乱接 过量超压充气 通过上述事故惨痛的教训 给我们以警示自2004年6月份客运公司运营车辆陆续改制为使用天然气 随着车辆的逐年使用 那么 积淀的安全隐患也将会逐年进入事故高发期 虽然我们在前期做了大量的工作 包括人员培训工作 但是我们对天然气的安全技术研究 配套设施 职工的安全防范意识还是十分薄弱的 因此 我们必须高度重视安全工作 提高其务实性 把工作切实做到位 并延伸于整个推广应用之中 简单来说 就是 防火 防爆 防泄露 三 天然气汽车使用与维护 1 CNG汽车维护要点2 紧急事故处理预案3 在汽油发动机上使用天然气存在的主要问题4 CNG汽车动力不足的原因5 CNG汽车故障分析 1 CNG汽车维护要点 1 天然气汽车的安全问题绝大多数发生在车辆的使用过程中 这就告诫我们车辆在运营过程中正确的使用和维护保养尤为重要 一般来说 做到以下几点就能够保障车辆本身性能方面的安全性 1 1 天然气汽车操作有别于汽油车的操作 驾驶员必须经过培训合格后方能上岗1 2 天然气车辆充气过程中 应当关闭车上所有的电器装置 充气前要仔细检查供气系统有无异常现象 发现问题及时处理 充气后也要观察有无泄漏现象 有异常需排除后方能上路行驶 1 3 汽车在行驶中若发现有异常现象 应当关闭天然气总气阀以及电源 使发动机熄火进行详细检查 1 4 天然气汽车除按例行保养外 各级保养要按技术要求规范进行作业 要特别注意检查供气系统中各接头处的紧密性 尤其检查钢瓶的安全紧固情况 1 5 天然气汽车的维护保养 应当设立专职人员进行 不允许驾驶员对供气系做自行维护 调整 天然气汽车在日常运营中的具体操作有别于单纯的燃油汽车 首先其燃料压力高达20MPa 具有一定的危险性 在充气过程中应当特别注意 其次 驾驶员必须按要求正确操作燃气汽车 避免不当使用造成的事故 1 6 了解天然气汽车发生事故的基本特征 一旦发生突发事故 如管道破裂 爆燃等紧急情况 不要惊慌失措 要沉着果断并迅速予以处置 全力将事故控制在萌芽阶段 防止蔓延和扩大 最大限度地减少人员伤亡和经济损失 可参照如下程序进行处理 有人员协助时可分工同时进行 2 紧急事故处理预案 3 汽油发动机上使用天然气存在的主要问题 3 1 动力不足 由于一般汽油发动机的压缩比 9 使用天然气作为燃料时 燃料 空气的混合仍是采用原发动机的预混合方式 充气效率比使用汽油低 与使用汽油相比发动机功率下降约20 左右 因此汽车在坡道上的行驶速度相对较慢 3 2 夏天冷却系故障较多 刚开始改用天然气作为燃料时 发动机功率下降问题比较突出 同工况下水温比以前相对升高 夏天 环境温度 35度时 冷却系统的故障比较多 会出现活塞烧顶现象 3 3 冬季启动较困难 在环境温度 10度时 因减压器一级压降过快 吸附环境温度以转换压降能量损失 常导致阀口结霜冰堵 另减压器循环水冬季不易放净而结冰 循环水流动困难 不能有效进行热循环缓解阀口 冰堵 致发动机启动比较困难 如果天然气含水量低 使用中严格遵守规定 采取有效保温措施 保障起动机 蓄电池 发电机 点火系的技术状况良好 将有效避免冬季启动困难 由于启动困难 改装后的车辆冬季冷启动时起动机 蓄电池故障比其它季节多 4 CNG汽车动力不足的原因 4 1 充气效率低 此为动力不足的直接原因 由于天然气密度比汽油小许多 在相同的吸入条件下 气态的天然气所占的空间比液态的汽油大得多 使得进入气缸的混合气中空气的比例较使用汽油时约少6 8 其次 因汽油机进气管道是按照适合于汽油混合气流动设计的 歧管过流断面大小和几何形状等对天然气与空气的混合气的气流阻尼损失和流量都有比较大的影响 4 2 启动困难 天然气着火温度 537度 比汽油 390 420度 高 火焰传播速度比汽油慢 可见汽油机使用天然气作燃料不容易启动的原因 是由于天然气的性质不适宜使用汽油发动机所引起的 4 3 故障增加 由于甲烷的辛烷值为130 以天然气为燃料的压缩比可以达到 12 15 为了增加汽油发动机使用天然气时的动力 最直接的办法就是提高发动机压缩比 但在原设计基础上单纯提高发动机压缩比 将使发动机处于非正常燃烧状态 燃烧室的局部温度上升 导致与燃烧室相关部件的局部温度高于原设计值 此时发动机冷却系就显得 力不从心 与燃烧室相关的零件 缸盖 气门 活塞等 膨胀比加大 并极易出现早期磨损 最后造成活塞 缸壁磨损速度加快 最明显的现象是在夏季环境温度较高时 发动机 水温高 故障频繁 而导致发动机配件寿命周期缩短 维修成本相对增加 5 CNG汽车故障分析 5 1 启动困难 CNG汽车分别以汽油和天然气作燃料时 起动性能有所不同 原因是 a 天然气燃点比汽油高 b 天然气的火焰传播速度较汽油慢 燃烧时间长 所以要求起动机工作正常 点火线圈输出电压正常 点火时间正时 混合气混合比正常 启动困难的原因有多种 可参照以下流程分析排除 见图一 启动困难故障诊断程序 一 5 2 怠速不稳 CNG汽车怠速不稳的原因可分为两类 一类是原机的技术状况不良造成的 如气门间隙过大 火花塞工作不良 气缸漏气等 这类问题在燃烧汽油时也存在 另一类是由于CNG燃料供给系统调整不当引起的 可参照以下流程分析排除 见图二 怠速不稳故障诊断程序 二 5 3 动力不足 CNG汽车以天然气作燃料比使用汽油作燃料的动力性有所下降 这是由天然气特性决定的 在目前专用装置技术水平条件下一般其功率下降10 15 左右 我们所说的动力不足 是指CNG汽车以天然气作燃料时的动力性比同车以汽油为燃料时动力性下降太多 可参照以下流程分析排除 见图三 动力不足故障诊断程序 三 5 4 加速性不好 根据对理想化油器特性和CNG混合器流量特性的分析 对CNG汽车而言 使用CNG为燃料的加速性能必然不及原车使用汽油为燃料的工作情况 此处加速不良主要是指由怠速加速到中 高速时 转速过度不圆滑 急加速还可能熄火 或放炮或回火 可参照以下流程分析排除 见图四 加速不良故障诊断程序 四 谢谢大家