李永昌

（自貢市藍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，由于缺乏相應的氣質(zhì)標準而發(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“標準”）自頒布實施以來，對保障CNG氣質(zhì)、CNG汽車及其加氣站的安全和正常運行起到了十分重要的作用。但經(jīng)過近10年的實踐，也表現(xiàn)出一些值得重視、需要修改完善的地方，筆者擬就標準需要修改的地方進行討論和分析。

1 關(guān)于熱值標準

1.1 熱值標準不宜定得太低

1）熱值標準不宜等同于民用天然氣。標準中規(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。進一步查證表明，該標準沿用于1988年7月4日頒布的SY7514-88《天然氣》標準，這是我國關(guān)于天然氣質(zhì)量的首個技術(shù)標準，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準，顯然是不妥當?shù)?。另外，跟國際上天然氣產(chǎn)業(yè)較發(fā)達和天然氣標準（高熱值）較完善的國家相比，我國車用天然氣熱值標準也低不少。

2）熱值過低使汽車動力達不到國家標準。天然氣用作汽車燃料有諸多優(yōu)點，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低于34 084 kJ，即不低于34 MJ，可見標準中熱值規(guī)定較低。

3）車用天然氣應選用低熱值標準。因為燃料的高熱值里面包括了燃料中氫燃燒后生成的水蒸氣凝結(jié)釋放出的潛熱（每千克氫釋放出2 508 kJ潛熱）。而實際上發(fā)動機在工作時，燃氣在高溫下排出，不可能利用此項潛熱，從而須予以扣除，扣除后即為低熱值。因此，在發(fā)動機的熱效率計算中，均應采用低熱值，以高熱值發(fā)熱量作為車用天然氣的技術(shù)指標顯然是不合適的。

1.2 建議參考前蘇聯(lián)標準對熱值標準進行修訂

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)過半個多世紀的實踐形成的國家標準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)定為低熱值標準為32.6～36.0 MJ／m3。此外前蘇聯(lián)另一項國家標準ГOCT5542-87《進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。這是因為天然氣經(jīng)進站、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》和標準中CNG跟進站天然氣的熱值是完全相同的，這顯然不科學。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。標準規(guī)定“天然氣水露點的測定應按GB／T17283執(zhí)行”。GB／T17283-1998《天然氣水露點測定冷卻鏡凝析濕度計法》（簡稱“鏡面法”）的應用領(lǐng)域明確規(guī)定為“經(jīng)處理的管輸天然氣的水露點范圍一般為-25～5℃，在相應的氣體壓力下含水量范圍（體積分數(shù)）為（50～200）×10-6，在特殊環(huán)境下，水露點的范圍也可更寬”。而CNG汽車加氣站現(xiàn)行標準對水露點的要求為在20 MPa的工作壓力下，折算成體積分數(shù)為8.127×10-6，顯然比管輸天然氣的要求嚴格得多。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)境溫度的基準缺乏充足的科學依據(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)。過去四川省地方標準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，-54℃為車用天然氣水露點限值已較為穩(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，顯然缺乏科學依據(jù)。

3）要求過高的不利影響。首先是直接導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。為了達標，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。此外，依據(jù)該項過于苛求的標準，四川省曾在2009年對某市加氣站天然氣含水量進行檢測，結(jié)果不合格率高達53%，造成不良社會影響。但如果按照指標相對合理的原四川省地方標準DB51／5103-1996來檢測，則不合格率大幅下降。

2.2 水露點指標的表述需要修訂

標準中關(guān)于水露點的表述為“在汽車駕駛的特定地理區(qū)域內(nèi)，在最高操作壓力下，水露點不應高于-13℃，當最低氣溫低于-8℃，水露點應比最低氣溫低5℃”。這種表述不太科學合理。其實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壓力下低于當時當?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 應考慮露點儀與微量水分析儀的“接軌”

標準要求的露點儀（“鏡面法”）適用范圍為天然氣的生產(chǎn)和運輸，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，還可實現(xiàn)在線檢測，也易定期標定。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)果按前者標準判斷為不合格，后者卻判定為合格。如何處理好兩種檢測方法的“接軌”問題，這是標準修訂時應當仔細考慮的。

3 關(guān)于硫化氫限量指標值

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

3.1 加氣站沒必要自建脫硫塔設(shè)施

GB50156強制性規(guī)定“進站天然氣需脫硫處理時，脫硫裝置應設(shè)在室外”，還規(guī)定脫硫裝置應設(shè)雙塔。因為硫化氫含量高低是直接影響CNG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準，國內(nèi)多達近千座的加氣站不得不自建脫硫塔。在實際運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行成本，是一筆很大的浪費。此外更換脫硫劑還會對環(huán)保造成負面影響。商品氣的凈化在國外一般都是由供應商統(tǒng)一處理的。為了5 mg／m3的人為指標設(shè)置而由各加氣站進行再脫硫，是我國所獨有的一種不合理現(xiàn)象。

前蘇聯(lián)國家標準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。這些國家?guī)资陙硪矎奈窗l(fā)生過因氣質(zhì)問題導致的安全事故。由此可見，該項限量指標是科學合理的，值得借鑒。

3.2 需要注意的相關(guān)事項

① 要確保進站天然氣達到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》標準頒布并被供氣單位嚴格執(zhí)行以來，達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 必須嚴格控制好CNG中微量水的含量。因為如無水與硫化氫混合，便不會形成腐蝕液，而微量硫化氫也可作為可燃氣體進入發(fā)動機氣缸內(nèi)參與燃燒作功。綜上所述，建議標準修訂時應仔細斟酌，確定硫化氫的合理指標，在確保安全的前提下兼顧經(jīng)濟和社會效益。

4 關(guān)于技術(shù)指標增設(shè)油份限值

4.1 標準未對天然氣的油份含量作出約束性規(guī)定

在不少CNG汽車加氣站的運行實踐中，尤其是在天然氣微量水含量不達標的情況下，從壓縮機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，嚴重影響深度脫水裝置和分子篩的使用壽命，進而增大運行成本。此外，在CNG汽車運行和維修中，也常常發(fā)現(xiàn)減壓閥、混合器等裝置中竄入潤滑油，導致膜片動作的靈敏度下降，對汽車的正常運行和能耗均帶來負面影響。

據(jù)資料介紹，除了加氣站壓縮機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。盡管標準中規(guī)定壓縮天然氣中不應存在液態(tài)烴，但卻未規(guī)定相應的限值及其檢測方法。其中的技術(shù)指標比以前的標準僅多了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》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?？偠灾F(xiàn)有標準均未提及CNG中油份限值的問題。

4.2 建議增設(shè)CNG中油份限量指標和檢測方法

鑒于CNG中油份普遍存在的客觀事實和其不容忽視的嚴重危害性，建議修訂標準時增設(shè)CNG中油份限量指標和檢測方法。尤其注意檢測方法要具有可操作性。實踐表明，要經(jīng)常檢查壓縮機進口端前面的油水分離器是否處于正常有效的工作狀態(tài)，同時在壓縮機出氣端應安裝一個或兩個（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)指標檢測方法的建議

標準中規(guī)定了若干重要的技術(shù)指標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施的問題。

5.1 難以實施的檢測內(nèi)容

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

2） 水露點檢測。標準中規(guī)定，天然氣水露點的檢測方法應按GB／T17283執(zhí)行。GB／T17283-1998為“鏡面法”。由于該露點儀價格昂貴，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行的水露點及硫化氫檢測按現(xiàn)行的簡易方法執(zhí)行，但須有相關(guān)的標準允許；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)果進行對比，若結(jié)果不一致應當以“碘量法”和“鏡面法”為準。

6 結(jié)論

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

2）標準中含水量要求過高，不利于節(jié)能和降低加氣站運行成本，建議修訂為在20 MPa下車用壓縮天然氣的水露點低于當?shù)禺敃r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，建議將前者標準同于后者。

4）建議在標準中增設(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行的水露點及硫化氫檢測按現(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。

［1］李公藩.燃氣工程便攜手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

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