提高CNG汽车及其加气站工作压力的建议

  2017年我国天然气汽车保有量已逾600万辆,其中压缩天然气(CNG)汽车573万辆;加气站8400座,其中CNG加气站5300座;均位居世界第一位。但要从天然气汽车大国提升为天然气汽车强国,就需要大力推进天然气汽车的技术进步和创新。提高CNG汽车及其加气站工作压力就是一个重要的技术升级选项。为此,需要进行《汽车加油加气站设计与施工规范(GB50156)》标准的修订工作。

  众所周知,GB50156是一个广为引用的国家标准,对于我国天然气汽车加气站)的建设乃至整个天然气汽车的推广工作起到了举足轻重的指导、规范和推动作用,功不可没。但是,随着天然气汽车产业技术进步和市场需求的不断提升。迫切需要对该标准的3个压力限值进行适当的调高和修改。

  具体说来,就是需要将该标准(2014年版)中第8.1.6条的"压缩机排气压力不应大于25MPa"中的25PMa改为35MPa;将8.1.13条 "固定储气设施的额定工作压力不高于25MPa"中的25MPa改为30MPa;将8.1.21条 "加(卸)气设备额定工作压力应为20MPa"中的20MPa改为25MPa。

  一、建议修改三个压力限值的理由

  1、现行压力限值标准导致CNG汽车能量密度较低、行驶里程较短。
  
CNG汽车20 MPa的工作压力已沿用了80多年,早应适当调升了。从1931年意大利在世界上率先推广CNGV以来,至今已过去了87年;我国从1989年3月开始批量推广天然气汽车以来,至今已有29个年头。我国CNGV的工作压力一直沿用20MPa,导致长期以来我国CNGV运行效率较低。目前,我国的CNG气瓶的制造水平和气瓶材料品质都有了显著提高,完全具备制造25MPa、30MP a乃至更高工作压力气瓶的能力。为提升CNGV的效率,应当随着技术进步,及时适当提高CNG汽车的工作压力限值标准。

  2、我国车用气瓶国家标准已经提高,当前迫切需要与GB50156兼容和匹配。
  
早在2009年,国家标准《车用压缩天然气钢质内胆环缠绕气瓶》(GB24160-2009)中就已明确,可使用工作压力为25MPa的气瓶(2型瓶);而不久前颁布的《大容积钢质无缝气瓶》(GB/T33145-2016)则允许最高工作压力提高到30MPa。这就表明,CNGV车用气瓶可以选择25 MPa这个压力等级;而长管拖车气瓶和加气站固定储气设施可以选择30MPa这一工作压力等级。这就需要对GB50156的上述三个压力限值作相应调升。

  3、25MPa工作压力已成世界CNG汽车的发展趋势。
  
据了解,目前北美和东南亚不少国家的CNGV已使用25MPa的工作压力。

  我国不少CNGV装备制造厂家已向国外提供25MPa工作压力的气瓶产品。例如北京天海公司向北美等市场提供3600Psi(相当24.8 MPa)工作压力的车用气瓶;中集安瑞科、中材科技、新兴能源等公司向中东地区及东南亚20多个国家出口了工作压力为25MPa的长管拖车;甚至连推广CNGV没有几年的越南也在使用我国厂家提供的25MPa等级的气瓶产品。唯独受GB50156标准关于相关压力限值的制约,25MPa车用气瓶至今尚无法在国内销售和使用。

  此外,我国氢燃料电池大客车储气瓶的工作压力已设定为35MPa;日本氢燃料电池轿车储气瓶的工作压力更是设高达70MPa;GB/T34537-2017《车用压缩氢气天然气混合燃料》中规定,"压力不大于35MPa",这对于适当提高CNG汽车工作压力颇具参考价值。

  二、适当提高气瓶工作压力限值的好处

  1、可以显著提高CNG汽车的续行里程。
  
众所周知,推广天然气汽车对于治理大气污染、保障国家能源安全、(2017年我国石油对外依存度已逾67%)、增加天然气的消费量和调整能源结构等方面居功至伟(2017年,我国交通用天然气占比约为15%)。而我国CNGV的保有量又占天然气汽车保有量的95%左右。

  但是,CNG汽车的能量密度低,续行里程较短,是其一个明显的不足之处。若将其工作压力从20MPa提升至25MPa,则续行里程可增加近20%。换言之,出租车和公交车的续驶里程均可以从200公里增加到约240公里。应该说这是一个不小的进步。

  2、长管拖车储运压力升级到30MPa意义重大。
  
把长管气瓶的储存压力限值从20MPa提高到25-30MPa,可以提高约20%-36%的天然气运输量。世界上大多数地区都实施着25MPa压力限值。换言之,在完成相同运输量的条件下可以节省20%-36%的驾、监人员。例如目前全国有一万辆长管拖车,储运压力升级后就可以节省2000-3600名驾驶员和相同数量的押车人员。此外,长管拖车的价格不妨按100万元人民币来计算,则相当于节约了20亿元人民币的购车费用。相反,如果继续沿用20MPa压力等级,就意味着要造成20-36亿元购?费及2000-3600个人工费的浪费。

  业已颁布的新标准GB/T33145-2016、允许运气车气瓶最高工作压力提高到30MPa,则可以使我国的运气车效率得到进一步地提高。

  3、CNG加气站的储气能力相应得以增加。
  
随着加气站的储存压力由25MPa升至30MPa,储气能力可相应增加约20%。例如原储气能力为5000立方米天然气的加气站;可以增加到6000立方米。

  三、在用CNG加气站提升加气压力的改造可有序进行
  
提高CNG系统压力限值是一项系统工程,需要有一个过渡期。在过渡期内,现有加气站保留20Mpa的加气装置,增加25Mpa的加气装置,可同时满足20MPa和25MPa车辆的加气需求。研究论证表明,在用CNG加气站的充气压力从为20MPa提升为25MPa,在经济上和技术上都是可行的。

  1、原压缩机可以使用,只需增加一台增压机,即可达排气压力为30MPa。(对于加气母站,需增压到32.5-35MPa)
  
2、 原25MPa储气压力的储气设施(井或瓶组)仍可保留使用;只需增加一组30MPa储气压力的储气设施。
  
3 、鉴于加气站高压阀门大都已是32 MPa等级,可沿用;对于其他装置与高压管道需进行强度核算来决定是否更换。
  
4 、加气站提升加注压力的改造费用,初步测算,一个站可控制在100万元以内;如果大批改造,成本还会进一步降低。
  
5、 在用加气站经改造后,可以同时对20MPa和25MPa工作压力的CNGV加气。如同加油可以同时对92号、95号、98号汽油加油一样。
  
6、 不同工作压力的车用气瓶可以通过规格型号不同瓶阀来区别,以防止误充装。还可以通过电子标签与APP等技术手段来确保其安全性。
  
7、加气机可以通过强度校核来选择改造或更新。
  
8.在用的500多万CNG汽车不需要作任何改动,可继续按20MPa的工作压力使用;新出厂和新改装的CNG汽车才采用25MPa的工作压力。除气瓶外,CNG汽车的其他专用装置的工作压力均需升级为25MPa,但都是很容易实现的事。

  综上所述,希望有关部门能够顺应当前CNG汽车技术发展潮流,尽快组织力量对相应标准进行修改。这对于我国推广天然气汽车这一件利国利民的大好事,必将做出新的更大贡献。