摘 要：文章通過對(duì)天然氣、燃油物化性質(zhì)、燃燒狀況、安全性能等方面作分析與對(duì)比，闡述天然氣汽車在替代傳統(tǒng)燃料時(shí)在整個(gè)使用過程中安全有效性，最后簡(jiǎn)述作者對(duì)未來天然氣汽車類行業(yè)的展望。

關(guān)鍵詞：天然氣；燃油；汽車；安全性；分析

天然氣是目前世界公認(rèn)的一種清潔、高效、優(yōu)質(zhì)能源，在工業(yè)、商業(yè)、民用等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在民用上，除了家用燃?xì)馔?，還有天然氣汽車。它是以LNG和CNG為燃料的汽車，代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上以柴油和汽油為燃料的汽車。天然氣的甲烷含量90%以上，是很好的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。目前天然氣汽車在世界和我國各省市得到了推廣應(yīng)用。

1 燃料的物化性質(zhì)

1.1 組分

天然氣是一種油氣伴生的混和物，其組分隨氣田不同而異，主要成分：甲烷（>90%）、氮、碳2～碳5的飽和烷烴，此外還有微量的CO2及H2S等氣體。

健康危害：甲烷是無色無味的氣體，泄漏出來后只要不達(dá)到可能導(dǎo)致窒息的濃度，一般對(duì)人體無害，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

柴油與汽油是輕質(zhì)石油產(chǎn)品，是復(fù)雜烴類混合物。柴油主要成分為C10-C22，汽油主要成分為C5～C12，汽柴油均含有脂肪烴類和環(huán)烴類，及少量芳香烴類物質(zhì)和硫化物。

健康危害：柴油或汽油泄漏后被人體吸入可能導(dǎo)致：輕者伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、步態(tài)不穩(wěn)、共濟(jì)失調(diào)等癥狀；重者出現(xiàn)類似急性吸入中毒癥狀，并可引起肝、腎損害。

同時(shí)汽柴油泄漏也會(huì)給環(huán)境造成污染，小量泄漏：需用活性炭或其它惰性材料吸收。大量泄漏：需構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。

1.2 密度

天然氣的相對(duì)密度為0.55，即其密度為空氣密度的55%左右，因此在天然氣泄漏后會(huì)向上飄散，不易形成可燃爆炸氣團(tuán)。即使是LNG泄漏，泄漏出的低溫天然氣會(huì)迅速吸熱，從而迅速降低密度向上飄散。

柴油（C12-C22）和汽油（C4-C12）揮發(fā)出的蒸汽密度比空氣重，較易形成可燃爆炸性氣團(tuán)。

1.3 點(diǎn)燃溫度

天然氣的引燃溫度為538℃，柴油引燃溫度為260℃、汽油引燃溫度為427℃，可見天然氣的燃點(diǎn)高，且所需的點(diǎn)火能也比汽柴油高，汽柴油比天然氣更易點(diǎn)燃。

1.4 爆炸極限

天然氣的爆炸極限為5%～15%，而汽油爆炸極限為1.0%～7.6%、柴油爆炸極限為0.5%～4.1%。天然氣的爆炸下限是汽油的5倍、是柴油的10倍，因此更不容易形成爆炸性氣團(tuán)。

綜上所述，從理化性質(zhì)方面分析，天然氣比汽油、柴油安全性更高。

2 燃料燃燒狀況分析

2.1 天然氣汽車尾氣與燃油類汽車尾氣含量對(duì)比

從表1數(shù)據(jù)分析可知天然氣汽車尾氣排放物對(duì)人體和環(huán)境的危害要比柴油、汽油汽車尾氣小得多。

東莞今年4月份投入使用的236臺(tái)LNG公交車達(dá)到國五排放標(biāo)準(zhǔn)，公交車每公里排放尾氣中PM2.5顆粒物含量為0.005克，而汽油、柴油車每公里PM2.5顆粒物排出量為0.075克，可見天然氣汽車尾氣降低93%以上的PM2.5排放，而尾氣中的有害氣體如SO2、NOX等也比燃油車降低80%以上。

2.2 燃料的辛烷值

研究法辛烷值天然氣約107、汽油為90-97、柴油為15-25。因此燃燒時(shí)天然氣比柴油、汽油抗爆性更高，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全和汽車的行駛安全。

2.3 燃燒穩(wěn)定性

天然氣因純凈度非常高，充分燃燒后沒有雜質(zhì)、不產(chǎn)生焦油、無積炭，且成氣態(tài)，因此，潤(rùn)滑油不會(huì)被稀釋，燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，從而減少了氣阻和爆震。

3 天然氣汽車氣瓶安全性能分析

3.1 LNG氣瓶：-162℃、1.6MPa

一般LNG氣瓶設(shè)置兩級(jí)安全閥（管路系統(tǒng)中），在超壓時(shí)起到保護(hù)內(nèi)膽的作用。在超壓情況下首先打開的是主安全閥（開啟壓力為1.75MPa），用于泄放由于絕熱層漏熱損失導(dǎo)致的壓力上升、或真空遭損壞后以及在火災(zāi)時(shí)的加速漏熱導(dǎo)致的壓力上升。副安全閥是在主安全閥故障無法開啟時(shí)啟動(dòng)的，其啟動(dòng)壓力設(shè)定比主安全閥高，為2.9MPa。

夾層在超壓時(shí)，鋼瓶外殼通過一個(gè)環(huán)形的真空塞來起到保護(hù)作用的。在正常情況下，真空塞被壓緊在真空塞座內(nèi)，使大氣與夾層隔絕，保證夾層的真空度。但是由于低溫液體或蒸汽受熱后體積變化比較大，即使有少量的低溫液體或蒸汽泄漏進(jìn)入夾層，都會(huì)導(dǎo)致夾層內(nèi)壓力快速升高。當(dāng)夾層內(nèi)壓力達(dá)到或超過0.17MPa（表壓），真空塞將會(huì)打開泄壓。

LNG氣瓶還設(shè)置了過流閥，當(dāng)外管路破裂，管路流量大于設(shè)定值時(shí)，過流閥會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；而當(dāng)過流閥前的液體使用閥關(guān)閉后，過流閥則會(huì)自動(dòng)回位。通過自動(dòng)關(guān)閉過流閥，使LNG氣瓶有效避免發(fā)生次生危害。

3.2 CNG氣瓶：常溫、20MPa

CNG氣瓶從設(shè)計(jì)上就考慮了嚴(yán)密的安全措施。其高壓系統(tǒng)所用的零部件，安全系數(shù)均達(dá)到1.5～4倍或以上，并在減壓調(diào)節(jié)器和儲(chǔ)氣瓶上安裝安全閥，在控制系統(tǒng)中安裝緊急切斷裝置等有效安全措施。

CNG氣瓶在批量生產(chǎn)中一般都要抽樣充分作燃燒、爆炸、墜落、槍擊等試驗(yàn)，合格后方能出廠使用。

另外，因釋放過程是一個(gè)吸熱過程，當(dāng)CNG從高壓容器或管中泄漏出時(shí)，泄漏周圍會(huì)迅速形成一個(gè)低溫區(qū)，使天然氣燃燒困難。

天然氣車載氣瓶為特種設(shè)備，其在設(shè)計(jì)、制造、安裝、充裝、檢驗(yàn)、維修等環(huán)節(jié)都必須由有資質(zhì)的專業(yè)公司和專業(yè)人員進(jìn)行，因此其在整個(gè)使用過程中都能得到安全有效的控制。

4 結(jié)束語

從以上幾點(diǎn)分析，天然氣汽車在安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性方面比燃油汽車有較高優(yōu)勢(shì)，天然氣對(duì)環(huán)境造成的污染遠(yuǎn)比柴油和汽油小，是一種綠色的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)新燃料。且根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，天然氣汽車的燃料成本較低，比燃油汽車燃料費(fèi)少約50%，特別適合于城市出租車和公共汽車使用。目前作為安全、清潔、經(jīng)濟(jì)的能源在各地政府都積極推廣，發(fā)展前景很大。如：東莞市在2013年共更新投放1319臺(tái)LNG公交車，占全市公交總量的20%以上，而所占比例將進(jìn)一步提升，到2015年底LNG公交車總量已達(dá)到全市公交量的70%。由此可見伴著國內(nèi)天然氣輸送管網(wǎng)和汽車加氣站建設(shè)的不斷增加和完善，及社會(huì)對(duì)環(huán)保的日益關(guān)注和重視，天然氣汽車將得到普及與推廣，天然氣銷售業(yè)及天然氣汽車行業(yè)的市場(chǎng)將更為廣闊。

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