天然气汽车与燃油汽车的安全性分析
时间：2021-02-09 12:01:53 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：文章通过对天然气、燃油物化性质、燃烧状况、安全性能等方面作分析与对比，阐述天然气汽车在替代传统燃料时在整个使用过程中安全有效性，最后简述作者对未来天然气汽车类行业的展望。
关键词：天然气；燃油；汽车；安全性；分析
天然气是目前世界公认的一种清洁、高效、优质能源，在工业、商业、民用等领域得到了广泛应用。在民用上，除了家用燃气外，还有天然气汽车。它是以LNG和CNG为燃料的汽车，代替传统意义上以柴油和汽油为燃料的汽车。天然气的甲烷含量90%以上，是很好的汽车发动机燃料。目前天然气汽车在世界和我国各省市得到了推广应用。
1 燃料的物化性质
1.1 组分
天然气是一种油气伴生的混和物，其组分随气田不同而异，主要成分：甲烷（>90%）、氮、碳2～碳5的饱和烷烃，此外还有微量的CO2及H2S等气体。
健康危害：甲烷是无色无味的气体，泄漏出来后只要不达到可能导致窒息的浓度，一般对人体无害，也不会对环境造成污染。
柴油与汽油是轻质石油产品，是复杂烃类混合物。柴油主要成分为C10-C22，汽油主要成分为C5～C12，汽柴油均含有脂肪烃类和环烃类，及少量芳香烃类物质和硫化物。
健康危害：柴油或汽油泄漏后被人体吸入可能导致：轻者伴有头晕、头痛、恶心、呕吐、步态不稳、共济失调等症状；重者出现类似急性吸入中毒症状，并可引起肝、肾损害。
同时汽柴油泄漏也会给环境造成污染，小量泄漏：需用活性炭或其它惰性材料吸收。大量泄漏：需构筑围堤或挖坑收容。
1.2 密度
天然气的相对密度为0.55，即其密度为空气密度的55%左右，因此在天然气泄漏后会向上飘散，不易形成可燃爆炸气团。即使是LNG泄漏，泄漏出的低温天然气会迅速吸热，从而迅速降低密度向上飘散。
柴油（C12-C22）和汽油（C4-C12）挥发出的蒸汽密度比空气重，较易形成可燃爆炸性气团。
1.3 点燃温度
天然气的引燃温度为538℃，柴油引燃温度为260℃、汽油引燃温度为427℃，可见天然气的燃点高，且所需的点火能也比汽柴油高，汽柴油比天然气更易点燃。
1.4 爆炸极限
天然气的爆炸极限为5%～15%，而汽油爆炸极限为1.0%～7.6%、柴油爆炸极限为0.5%～4.1%。天然气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气团。
综上所述，从理化性质方面分析，天然气比汽油、柴油安全性更高。
2 燃料燃烧状况分析
2.1 天然气汽车尾气与燃油类汽车尾气含量对比
从表1数据分析可知天然气汽车尾气排放物对人体和环境的危害要比柴油、汽油汽车尾气小得多。
东莞今年4月份投入使用的236台LNG公交车达到国五排放标准，公交车每公里排放尾气中PM2.5颗粒物含量为0.005克，而汽油、柴油车每公里PM2.5颗粒物排出量为0.075克，可见天然气汽车尾气降低93%以上的PM2.5排放，而尾气中的有害气体如SO2、NOX等也比燃油车降低80%以上。
2.2 燃料的辛烷值
研究法辛烷值天然气约107、汽油为90-97、柴油为15-25。因此燃烧时天然气比柴油、汽油抗爆性更高，有利于发动机运行安全和汽车的行驶安全。
2.3 燃烧稳定性
天然气因纯净度非常高，充分燃烧后没有杂质、不产生焦油、无积炭，且成气态，因此，润滑油不会被稀释，燃烧运转平稳，噪音小，从而减少了气阻和爆震。
3 天然气汽车气瓶安全性能分析
3.1 LNG气瓶：-162℃、1.6MPa
一般LNG气瓶设置两级安全阀（管路系统中），在超压时起到保护内胆的作用。在超压情况下首先打开的是主安全阀（开启压力为1.75MPa），用于泄放由于绝热层漏热损失导致的压力上升、或真空遭损坏后以及在火灾时的加速漏热导致的压力上升。副安全阀是在主安全阀故障无法开启时启动的，其启动压力设定比主安全阀高，为2.9MPa。
夹层在超压时，钢瓶外壳通过一个环形的真空塞来起到保护作用的。在正常情况下，真空塞被压紧在真空塞座内，使大气与夹层隔绝，保证夹层的真空度。但是由于低温液体或蒸汽受热后体积变化比较大，即使有少量的低温液体或蒸汽泄漏进入夹层，都会导致夹层内压力快速升高。当夹层内压力达到或超过0.17MPa（表压），真空塞将会打开泄压。
LNG气瓶还设置了过流阀，当外管路破裂，管路流量大于设定值时，过流阀会自动关闭；而当过流阀前的液体使用阀关闭后，过流阀则会自动回位。通过自动关闭过流阀，使LNG气瓶有效避免发生次生危害。
3.2 CNG气瓶：常温、20MPa
CNG气瓶从设计上就考虑了严密的安全措施。其高压系统所用的零部件，安全系数均达到1.5～4倍或以上，并在减压调节器和储气瓶上安装安全阀，在控制系统中安装紧急切断装置等有效安全措施。
CNG气瓶在批量生产中一般都要抽样充分作燃烧、爆炸、坠落、枪击等试验，合格后方能出厂使用。
另外，因释放过程是一个吸热过程，当CNG从高压容器或管中泄漏出时，泄漏周围会迅速形成一个低温区，使天然气燃烧困难。
天然气车载气瓶为特种设备，其在设计、制造、安装、充装、检验、维修等环节都必须由有资质的专业公司和专业人员进行，因此其在整个使用过程中都能得到安全有效的控制。
4 结束语
从以上几点分析，天然气汽车在安全、环保和经济性方面比燃油汽车有较高优势，天然气对环境造成的污染远比柴油和汽油小，是一种绿色的汽车发动机新燃料。且根据数据显示，天然气汽车的燃料成本较低，比燃油汽车燃料费少约50%，特别适合于城市出租车和公共汽车使用。目前作为安全、清洁、经济的能源在各地政府都积极推广，发展前景很大。如：东莞市在2013年共更新投放1319台LNG公交车，占全市公交总量的20%以上，而所占比例将进一步提升，到2015年底LNG公交车总量已达到全市公交量的70%。由此可见伴着国内天然气输送管网和汽车加气站建设的不断增加和完善，及社会对环保的日益关注和重视，天然气汽车将得到普及与推广，天然气销售业及天然气汽车行业的市场将更为广阔。
参考文献
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