國標(biāo)《車用壓縮天然氣》相關(guān)問題及修訂建議

李永昌

（自貢市藍(lán)天天然氣科技有限公司，四川 自貢 643000）

0 引言

我國壓縮天然氣（CNG）汽車從1989年開始推廣到2000年之前，由于缺乏相應(yīng)的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)而發(fā)生過多起車用和加氣站用氣瓶爆炸事故。GB18047-2000《車用壓縮天然氣》（以下簡稱“標(biāo)準(zhǔn)”）自頒布實(shí)施以來，對保障CNG氣質(zhì)、CNG汽車及其加氣站的安全和正常運(yùn)行起到了十分重要的作用。但經(jīng)過近10年的實(shí)踐，也表現(xiàn)出一些值得重視、需要修改完善的地方，筆者擬就標(biāo)準(zhǔn)需要修改的地方進(jìn)行討論和分析。

1 關(guān)于熱值標(biāo)準(zhǔn)

1.1 熱值標(biāo)準(zhǔn)不宜定得太低

1）熱值標(biāo)準(zhǔn)不宜等同于民用天然氣。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“CNG高位發(fā)熱量＞31.4 MJ／m3”的要求明顯太低，未考慮“車用”的特殊要求。進(jìn)一步查證表明，該標(biāo)準(zhǔn)沿用于1988年7月4日頒布的SY7514-88《天然氣》標(biāo)準(zhǔn)，這是我國關(guān)于天然氣質(zhì)量的首個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，適用于氣田采出經(jīng)礦場分離或處理后經(jīng)管線輸送至用戶、并按產(chǎn)品類別分別作民用燃料、工業(yè)原料和工業(yè)燃料的天然氣。其中A類天然氣的高位發(fā)熱量規(guī)定為高于31.4 MJ／m3［1］。由此可見，20多年來一直不加區(qū)別地沿用這一熱值標(biāo)準(zhǔn)，顯然是不妥當(dāng)?shù)?。另外，跟國際上天然氣產(chǎn)業(yè)較發(fā)達(dá)和天然氣標(biāo)準(zhǔn)（高熱值）較完善的國家相比，我國車用天然氣熱值標(biāo)準(zhǔn)也低不少。

2）熱值過低使汽車動力達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)。天然氣用作汽車燃料有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有一些不足之處，其中最突出的就是動力性較汽油低。眾所周知，汽車發(fā)動機(jī)的功率大小是與其燃料—空氣可燃混合氣的熱值高低成正比的［2］。在不改變發(fā)動機(jī)的壓縮比、也不考慮氣體燃料充氣效率低的前提下，天然氣—空氣的混合氣熱值不得低于汽油—空氣混合氣熱值的90%。汽油—空氣的理論熱值下限為3 600 kJ／m3，故天然氣—空氣的熱值不應(yīng)低于3 240 kJ／m3。而天然氣和空氣的理論空燃比為9.52。因此要求天然氣的熱值不應(yīng)低于34 084 kJ，即不低于34 MJ，可見標(biāo)準(zhǔn)中熱值規(guī)定較低。

3）車用天然氣應(yīng)選用低熱值標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)槿剂系母邿嶂道锩姘巳剂现袣淙紵笊傻乃魵饽Y(jié)釋放出的潛熱（每千克氫釋放出2 508 kJ潛熱）。而實(shí)際上發(fā)動機(jī)在工作時，燃?xì)庠诟邷叵屡懦?，不可能利用此?xiàng)潛熱，從而須予以扣除，扣除后即為低熱值。因此，在發(fā)動機(jī)的熱效率計(jì)算中，均應(yīng)采用低熱值，以高熱值發(fā)熱量作為車用天然氣的技術(shù)指標(biāo)顯然是不合適的。

1.2 建議參考前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)對熱值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂

前蘇聯(lián)是世界上最早使用天然氣汽車燃料的國家之一。經(jīng)過半個多世紀(jì)的實(shí)踐形成的國家標(biāo)準(zhǔn)ГOCT27577-87《氣瓶汽車用壓縮天然氣》頗具參考價值。其中關(guān)于熱值的規(guī)定為低熱值標(biāo)準(zhǔn)為32.6～36.0 MJ／m3。此外前蘇聯(lián)另一項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)ГOCT5542-87《進(jìn)入壓縮天然氣加氣站的天然氣》，規(guī)定其低熱值不低于31.77 MJ／m3。這是因?yàn)樘烊粴饨?jīng)進(jìn)站、深度脫水的凈化處理后，其熱值必然會有所提高。反觀我國GB17820-1999《天然氣》和標(biāo)準(zhǔn)中CNG跟進(jìn)站天然氣的熱值是完全相同的，這顯然不科學(xué)。因此，為確保天然氣汽車的動力性，建議將車用CNG的低熱值修訂為高于34 MJ／m3；將進(jìn)入加氣站的天然氣的低熱值修訂為高于33.5 MJ／m3。

2 關(guān)于車用天然氣含水量

2.1 車用天然氣含水量要求不宜過高

1）引用GB／T17283的質(zhì)疑。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“天然氣水露點(diǎn)的測定應(yīng)按GB／T17283執(zhí)行”。GB／T17283-1998《天然氣水露點(diǎn)測定冷卻鏡凝析濕度計(jì)法》（簡稱“鏡面法”）的應(yīng)用領(lǐng)域明確規(guī)定為“經(jīng)處理的管輸天然氣的水露點(diǎn)范圍一般為-25～5℃，在相應(yīng)的氣體壓力下含水量范圍（體積分?jǐn)?shù)）為（50～200）×10-6，在特殊環(huán)境下，水露點(diǎn)的范圍也可更寬”。而CNG汽車加氣站現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對水露點(diǎn)的要求為在20 MPa的工作壓力下，折算成體積分?jǐn)?shù)為8.127×10-6，顯然比管輸天然氣的要求嚴(yán)格得多。此外，管輸天然氣的壓力一般都不高于10 MPa，這也和車用天然氣20 MPa的工作壓力相差很大。由此可見，“鏡面法”不太適用于CNG加氣站高壓脫水后的效果檢測。

2）以-8℃為環(huán)境溫度的基準(zhǔn)缺乏充足的科學(xué)依據(jù)。如四川省20多萬輛CNG汽車絕大多數(shù)處于-3℃甚至0℃以上地區(qū)。過去四川省地方標(biāo)準(zhǔn)DB51／5103-1996《車用壓縮天然氣充裝站建設(shè)技術(shù)規(guī)范》以0℃為基準(zhǔn)，-54℃為車用天然氣水露點(diǎn)限值已較為穩(wěn)妥，更何況夏天我國大部分地方氣溫均在25℃以上?！扮R面法”不考慮北方（如黑龍江）和南方（如海南島）的差異，一律以-8℃為環(huán)境溫度基準(zhǔn)，顯然缺乏科學(xué)依據(jù)。

3）要求過高的不利影響。首先是直接導(dǎo)致脫水裝置的電能和脫水劑（分子篩）的消耗量增大，不利于節(jié)能減排。為了達(dá)標(biāo)，不少加氣站不得不盲目加大脫水裝置的處理能力，例如加氣站壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力為1 000 m3／h，配置的卻是處理能力為2 000 m3／h的深度脫水裝置，顯然造成資源浪費(fèi)。此外，依據(jù)該項(xiàng)過于苛求的標(biāo)準(zhǔn)，四川省曾在2009年對某市加氣站天然氣含水量進(jìn)行檢測，結(jié)果不合格率高達(dá)53%，造成不良社會影響。但如果按照指標(biāo)相對合理的原四川省地方標(biāo)準(zhǔn)DB51／5103-1996來檢測，則不合格率大幅下降。

2.2 水露點(diǎn)指標(biāo)的表述需要修訂

標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于水露點(diǎn)的表述為“在汽車駕駛的特定地理區(qū)域內(nèi)，在最高操作壓力下，水露點(diǎn)不應(yīng)高于-13℃，當(dāng)最低氣溫低于-8℃，水露點(diǎn)應(yīng)比最低氣溫低5℃”。這種表述不太科學(xué)合理。其實(shí)最高操作壓力全國早已統(tǒng)一為20 MPa。建議今后不妨改為“20 MPa壓力下低于當(dāng)時當(dāng)?shù)刈畹铜h(huán)境溫度5℃”，而各地冬、夏季的具體最低環(huán)境溫度可由各省質(zhì)監(jiān)管理部門來確定。

2.3 應(yīng)考慮露點(diǎn)儀與微量水分析儀的“接軌”

標(biāo)準(zhǔn)要求的露點(diǎn)儀（“鏡面法”）適用范圍為天然氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸，且檢測較為繁瑣，儀器價格也較昂貴，全國上千座加氣站尚未配置。目前加氣站普遍采用的是微量水分析儀，不僅價格便宜，還可實(shí)現(xiàn)在線檢測，也易定期標(biāo)定。問題是兩者測量的環(huán)境壓力不同，且經(jīng)換算后二者差距較大。有些結(jié)果按前者標(biāo)準(zhǔn)判斷為不合格，后者卻判定為合格。如何處理好兩種檢測方法的“接軌”問題，這是標(biāo)準(zhǔn)修訂時應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮的。

3 關(guān)于硫化氫限量指標(biāo)值

標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于硫化氫的限量規(guī)定為不超過15 mg／m3。另一個國標(biāo)GB50156-2002《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中則規(guī)定進(jìn)站天然氣硫化氫的限量為不超過20 mg／m3。由此可見，CNG汽車加氣站的進(jìn)出站天然氣中硫化氫的限量規(guī)定相差5 mg／m3，但是這點(diǎn)差異存在問題。

3.1 加氣站沒必要自建脫硫塔設(shè)施

GB50156強(qiáng)制性規(guī)定“進(jìn)站天然氣需脫硫處理時，脫硫裝置應(yīng)設(shè)在室外”，還規(guī)定脫硫裝置應(yīng)設(shè)雙塔。因?yàn)榱蚧瘹浜扛叩褪侵苯佑绊慍NG汽車高壓氣瓶安全的重要因素，所以為了確保天然氣中的硫化氫符合上述標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)多達(dá)近千座的加氣站不得不自建脫硫塔。在實(shí)際運(yùn)行中加氣站還要增加倒塔、更換脫硫劑等工作。這樣就增加了加氣站的建站投資和運(yùn)行成本，是一筆很大的浪費(fèi)。此外更換脫硫劑還會對環(huán)保造成負(fù)面影響。商品氣的凈化在國外一般都是由供應(yīng)商統(tǒng)一處理的。為了5 mg／m3的人為指標(biāo)設(shè)置而由各加氣站進(jìn)行再脫硫，是我國所獨(dú)有的一種不合理現(xiàn)象。

前蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)ГOCT27577-87《氣瓶汽車用壓縮天然氣》中關(guān)于硫化氫限量規(guī)定為進(jìn)出加氣站的硫化氫均不大于20 mg／m3。換言之，加氣站內(nèi)無須再設(shè)脫硫裝置。資料表明，從上世紀(jì)50年代的前蘇聯(lián)到今天的俄羅斯、烏克蘭、亞美尼亞等國家仍在沿用這一硫化氫限量指標(biāo)。這些國家?guī)资陙硪矎奈窗l(fā)生過因氣質(zhì)問題導(dǎo)致的安全事故。由此可見，該項(xiàng)限量指標(biāo)是科學(xué)合理的，值得借鑒。

3.2 需要注意的相關(guān)事項(xiàng)

① 要確保進(jìn)站天然氣達(dá)到II類氣質(zhì)要求，其中硫化氫含量不超過20 mg／m3。自GB17820-1999《天然氣》標(biāo)準(zhǔn)頒布并被供氣單位嚴(yán)格執(zhí)行以來，達(dá)到此要求已基本不成問題。② 為以防萬一，各加氣站仍可配置一套硫化氫在線檢測儀器，作為一種監(jiān)測防范的手段。若出現(xiàn)逼近限值的情況，可及時提醒供氣部門采取措施。③ 必須嚴(yán)格控制好CNG中微量水的含量。因?yàn)槿鐭o水與硫化氫混合，便不會形成腐蝕液，而微量硫化氫也可作為可燃?xì)怏w進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)參與燃燒作功。綜上所述，建議標(biāo)準(zhǔn)修訂時應(yīng)仔細(xì)斟酌，確定硫化氫的合理指標(biāo)，在確保安全的前提下兼顧經(jīng)濟(jì)和社會效益。

4 關(guān)于技術(shù)指標(biāo)增設(shè)油份限值

4.1 標(biāo)準(zhǔn)未對天然氣的油份含量作出約束性規(guī)定

在不少CNG汽車加氣站的運(yùn)行實(shí)踐中，尤其是在天然氣微量水含量不達(dá)標(biāo)的情況下，從壓縮機(jī)漏出的潤滑油會竄入CNG中，毒化深度脫水裝置中的分子篩，使其在高溫下變成黃褐色的碳化物，嚴(yán)重影響深度脫水裝置和分子篩的使用壽命，進(jìn)而增大運(yùn)行成本。此外，在CNG汽車運(yùn)行和維修中，也常常發(fā)現(xiàn)減壓閥、混合器等裝置中竄入潤滑油，導(dǎo)致膜片動作的靈敏度下降，對汽車的正常運(yùn)行和能耗均帶來負(fù)面影響。

據(jù)資料介紹，除了加氣站壓縮機(jī)潤滑油可竄入天然氣外，有的輸氣管線中天然氣自身就帶有雜質(zhì)。研究結(jié)果表明，天然氣經(jīng)過某些壓縮機(jī)后其含油量至少會增加200～400 ppm，從0.4 MPa加壓至20 MPa后，油份的凝集程度會增大60倍以上。盡管標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定壓縮天然氣中不應(yīng)存在液態(tài)烴，但卻未規(guī)定相應(yīng)的限值及其檢測方法。其中的技術(shù)指標(biāo)比以前的標(biāo)準(zhǔn)僅多了1個氧氣限量，以及對所含的液態(tài)烴和固體顆粒直徑的限制規(guī)定。GB／T10298-2001《汽車加氣站用天然氣壓縮機(jī)》中則僅涉及潤滑油總耗量和排出天然氣溫度限制的規(guī)定。總而言之，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)均未提及CNG中油份限值的問題。

4.2 建議增設(shè)CNG中油份限量指標(biāo)和檢測方法

鑒于CNG中油份普遍存在的客觀事實(shí)和其不容忽視的嚴(yán)重危害性，建議修訂標(biāo)準(zhǔn)時增設(shè)CNG中油份限量指標(biāo)和檢測方法。尤其注意檢測方法要具有可操作性。實(shí)踐表明，要經(jīng)常檢查壓縮機(jī)進(jìn)口端前面的油水分離器是否處于正常有效的工作狀態(tài)，同時在壓縮機(jī)出氣端應(yīng)安裝一個或兩個（串聯(lián)）冷凝器，使油氣蒸氣轉(zhuǎn)變成液體以便排掉；還要經(jīng)常排除積液，如能安裝一套自動除液系統(tǒng)則更佳。此外，還需在加氣站深度脫水裝置與儲氣設(shè)施之間的高壓天然氣管道上設(shè)置1臺油份含量在線檢測儀器。

5 完善技術(shù)指標(biāo)檢測方法的建議

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了若干重要的技術(shù)指標(biāo)限值及其配套的檢測方法，但仍存在著有的檢測方法在加氣站難以實(shí)施的問題。

5.1 難以實(shí)施的檢測內(nèi)容

1） 硫化氫含量檢測。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，天然氣硫化氫含量檢測應(yīng)按GB／T11060.1執(zhí)行。GB／T11060.1-1998為“碘量法”。絕大多數(shù)加氣站因此法費(fèi)時費(fèi)力均未采用，而普遍采用電解法或色階對比法。如何解決合標(biāo)準(zhǔn)但麻煩費(fèi)時、方便省事但又不合標(biāo)準(zhǔn)的問題已經(jīng)成了無法避免的矛盾。

2） 水露點(diǎn)檢測。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，天然氣水露點(diǎn)的檢測方法應(yīng)按GB／T17283執(zhí)行。GB／T17283-1998為“鏡面法”。由于該露點(diǎn)儀價格昂貴，一般加氣站均未配置。而目前加氣站普遍采用的是應(yīng)用電解法原理的微量水分析儀，但此法又不符合GB／T17283規(guī)定，如何解決此矛盾已刻不容緩。

5.2 建議

建議加氣站每天或在線進(jìn)行的水露點(diǎn)及硫化氫檢測按現(xiàn)行的簡易方法執(zhí)行，但須有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)允許；而“碘量法”和“鏡面法”可作為質(zhì)監(jiān)部門定期抽檢時采用的方法，并對簡易方法的檢測結(jié)果進(jìn)行對比，若結(jié)果不一致應(yīng)當(dāng)以“碘量法”和“鏡面法”為準(zhǔn)。

6 結(jié)論

1）標(biāo)準(zhǔn)中CNG熱值要求過低，不宜用作汽車燃料的標(biāo)準(zhǔn)，建議修訂為車用壓縮天然氣的低熱值高于 34 MJ／m3。

2）標(biāo)準(zhǔn)中含水量要求過高，不利于節(jié)能和降低加氣站運(yùn)行成本，建議修訂為在20 MPa下車用壓縮天然氣的水露點(diǎn)低于當(dāng)?shù)禺?dāng)時最低環(huán)境溫度5℃。

3）鑒于CNG和Ⅱ類民用氣的硫化氫限值之間相差較小，建議將前者標(biāo)準(zhǔn)同于后者。

4）建議在標(biāo)準(zhǔn)中增設(shè)CNG油份的限值規(guī)定和檢測方法。

5）建議加氣站每天或在線進(jìn)行的水露點(diǎn)及硫化氫檢測按現(xiàn)行的簡易方法執(zhí)行，質(zhì)監(jiān)部門采用“碘量法”和“鏡面法”定期抽檢，若結(jié)果不一致以“碘量法”和“鏡面法”結(jié)果為準(zhǔn)。

［1］李公藩.燃?xì)夤こ瘫銛y手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］吉林工業(yè)大學(xué).內(nèi)燃機(jī)理論［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.