产10万只碳纤维压缩天然气瓶项目.doc
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1、年产10万只50L碳纤维缠绕压缩天然气瓶项目建议书吉林市碳纤维产业推进组年产10万只50L碳纤维缠绕压缩天然气瓶项目摘要:压缩天然气(CNG)是一种较理想的能源,具有成本低、效益高、无污染、使用安全等特点,作为汽车动力和生活燃料来源已有几十年历史。作为CNG储存容器的气瓶是CNG动力的关键部件。由于CNG汽车的逐渐推广,CNG气瓶将具有十分广阔的前景。CNG气瓶可用合金钢瓶,也可以是复合材料气瓶。到2012年末,我国天然气车数量将达到100万辆,大型公交车一般需120升气瓶3只,出租车需50升气瓶1只,碳纤维缠绕气瓶的使用寿命在15年左右,并考虑到至今仍有超过90%的气瓶是钢制的。初步预测我国
2、目前压缩天然气瓶的市场需求量在150万只左右。我们可以预测除轻质、经济型的碳纤维复合材料气瓶在的市场前景广阔。项目规模:项目总投资额2亿元,建设容积50L碳纤维缠绕压缩天然气瓶10万只。项目占地面积3万平方米,建筑面积2万平方米,建设碳纤维复合材料高压气瓶生产线;车间研发楼、综合办公楼、配套设施、仓库建筑;水、电、气设施;管理人员用房、食堂、员工宿舍等,建设期为1年。经济效益:该项目工程总投资2亿元,可实现销售收入4亿元,利润6100万元,税收3700万元,投资回报期4年。技术分析:制造碳纤维压缩天然气瓶大多数采用束丝浸渍树脂后的缠绕法,即用自动数控缠绕机在内胆上按设计程序缠绕纤维树脂层。在壁
3、厚为3mm的铝内胆进行五层机构缠绕,即由内向外进行圆周方向取向缠绕层、轴向取向缠绕层H、圆周缠绕层C、轴向缠绕层H和圆周缠绕层,五层机构的总厚度为13mm。将缠绕好的胚体容器放置在加热炉中,以1C/min的升温速度升至135C,并在该温度下放置1h进行固化处理;之后又以1C/min的冷却速度使炉内温度降到60C,取出固化罐,冷到室温,碳纤维树脂层的质量为5612g。接着进行自紧处理,自紧处理压力为158MPa,对内胆施加压缩应力,使其发生永久变形,制得压力容器CNG罐。制造好的CNGV需进行破坏压力试验和疲劳特性试验等性能测定。产品性能:碳纤维纤维增强热塑性复合材料气瓶给天然气轻型载重车用户带
4、来很多好处。与钢制气瓶相比,气瓶重量减少5560,车辆的载荷量增加,性能提高,安全性得到改进,燃料消耗下降,车辆维护成本减少,并在总体上减少CO2排放。当车身重量下降时,轻型载重车辆的性能会得到提升,驾驶舒适性也会改善。我们都体验过,在车辆载重变小时,车辆的加速性能变得更好,也更加易于操控。同样地,我们也体会过这种情况下的刹车距离变得较短,安全性能也因此得到提高。同时可延长发动机寿命。天然气容易扩散,在发动机中容易和空气混合均匀,燃烧比较完全、干净;辛烷值高,抗爆性能好,使用时不需添加抗爆剂,不容易产生积碳;不会稀释润滑油,因而使发动机汽缸内的零件磨损大大减少,使发动机的寿命和润滑油的使用期限
5、大幅度增长。所有这些都会降低汽车的保养和运行费用,从而也提高汽车使用的经济性。目 录1 项目简介51.1 项目背景51.1.1 产品简介51.1.2 市场前景61.2 技术分析71.2.1 技术来源71.2.2 产品优势81.2.3 资质认证91.3 项目建设内容及规模111.3.1项目规模111.3.2 资金构成121.3.3生产设备121.4 经济效益及社会效益分析121.4.1 经济效益131.4.2 社会效益131.5 项目建设的有利条件151.5.1 政策扶持151.5.2 科技支撑151.5.3 公用工程161.5.4 交通运输202 开发区简介222.1 国家级吉林经济技术开发区
6、基本情况222.2 吉林国家碳纤维高新技术产业化基地概况232.3 联系方式241 项目简介1.1 项目背景1.1.1 产品简介压缩天然气(CNG)是一种较理想的能源,具有成本低、效益高、无污染、使用安全等特点,作为汽车动力和生活燃料来源已有几十年历史。作为CNG储存容器的气瓶是CNG动力的关键部件。由于CNG汽车的逐渐推广,CNG气瓶将具有十分广阔的前景。CNG气瓶可用合金钢瓶,也可以是复合材料气瓶。CNG复合材料气瓶是在金属或塑料内衬外缠绕纤维增强树脂。按结构形成可以分为全缠绕、环缠绕;按内胆材料可分为塑料内胆、铝合金内胆和钛合金内胆、不锈钢内胆;按集合形状分为柱形和球形。与钢瓶相比,碳纤
7、维复合材料气瓶具 有以下优点:(1)力学强度高:碳纤维复合材料的比强度和比模量高,可使气瓶重量大幅下降,提高汽车的有效载荷,增强行驶速度。(2)破损安全性好:复合材料气瓶采用大量纤维增强,每平方厘米上的纤维多达几千几万根,当复合材料气瓶超载并发生少量纤维断裂时,其载荷会迅速重新分配在为破坏的纤维上,这在短期乃至相当一段时间内不致使气瓶丧失承载能力。(3)减震性好:复合材料中纤维与树脂基体界面具有吸震能力,震动阻尼甚高,抗声振疲劳性亦佳。1.1.2 市场前景与传统化石燃料相比,天然气具有价格较低、绿色环保等优点,最近几年,以天然气为动力的车辆受到普遍欢迎。在过去几十年间,以气体燃料为动力的车辆主
8、要是重型载重车辆(HDV),即卡车和公共汽车。而今天,由于新型大规模生产技术的进步和能力提升,复合材料行业能够为乘用车、轻型商务货车或轻型载重车辆(LDV)提供经济且轻量化的复合材料压缩天然气瓶。车用压缩天然气复合材料气瓶,是针对我国目前为减少城市空气污染而大力发展的压缩天然气汽车研制的一种高科技配套产品,适合于各种在用车的改装和汽车生产厂的初次配套。虽然市场现在使用的气瓶,90%仍然是钢制气瓶,但是鉴于新型玻纤复合材料气瓶可以给OEM、中间商和终端用户带来利益,这些钢制气瓶将不可避免地被玻纤复合材料气瓶所取代。在欧洲,很多以天然气为燃料的城市公交汽车在顶部装备了容积超过150L的轻质碳纤维复
9、合材料气瓶,确保可载乘客数量的最大化。到2012年末,我国天然气车数量将达到100万辆,大型公交车一般需120升气瓶3只,出租车需50升气瓶1只,碳纤维缠绕气瓶的使用寿命在15年左右,并考虑到至今仍有超过90%的气瓶是钢制的。初步预测我国目前压缩天然气瓶的市场需求量在150万只左右。我们可以预测除轻质、经济型的碳纤维复合材料气瓶在的市场前景广阔。1.2 技术分析1.2.1 技术来源复合材料天然气气瓶生产线的投资与钢制气瓶相比具有许多优势。与无缝钢制气瓶需要的复杂工序相比,纤维缠绕工艺更加灵活,容易变换,且能耗远远低于钢制气瓶的生产过程。制造碳纤维压缩天然气瓶大多数采用束丝浸渍树脂后的缠绕法,即
10、用自动数控缠绕机在内胆上按设计程序缠绕纤维树脂层。在壁厚为3mm的铝内胆进行五层机构缠绕,即由内向外进行圆周方向取向缠绕层、轴向取向缠绕层H、圆周缠绕层C、轴向缠绕层H和圆周缠绕层,五层机构的总厚度为13mm。将缠绕好的胚体容器放置在加热炉中,以1C/min的升温速度升至135C,并在该温度下放置1h进行固化处理;之后又以1C/min的冷却速度使炉内温度降到60C,取出固化罐,冷到室温,碳纤维树脂层的质量为5612g。接着进行自紧处理,自紧处理压力为158MPa,对内胆施加压缩应力,使其发生永久变形,制得压力容器CNG罐。制造好的CNGV需进行破坏压力试验和疲劳特性试验等性能测定。为保证碳纤维
11、压缩天然气瓶质量,铝内胆用无缝铝管整体施压成型,无焊缝,没有泄露隐患,且刚性好,可使收到冲击时碳纤维复合材料外层的弯曲变形小,不易损伤。同时,尺寸稳定,外径误差在0.3mm左右,重量稳定,重量误差在0.2%左右,制造一个压缩天然气罐(CNGV)需用碳纤维1020kg,制造一个氢气罐(CHGV)需用碳纤维20kg。1.2.2 产品优势单纯从技术角度而言,碳纤维纤维增强热塑性复合材料气瓶给天然气轻型载重车用户带来很多好处。与钢制气瓶相比,气瓶重量减少5560,车辆的载荷量增加,性能提高,安全性得到改进,燃料消耗下降,车辆维护成本减少,并在总体上减少CO2排放。当车身重量下降时,轻型载重车辆的性能会
12、得到提升,驾驶舒适性也会改善。我们都体验过,在车辆载重变小时,车辆的加速性能变得更好,也更加易于操控。同样地,我们也体会过这种情况下的刹车距离变得较短,安全性能也因此得到提高。用碳纤维复合材料气瓶替代钢制气瓶,使轻型载重车重量下降,降低了燃料消耗。这样会增加续航里程,降低燃料成本。由于CO2排放和燃料消耗成正比,新型碳纤维复合材料气瓶可以减少车辆在环保方面的压力。此外,重量的减轻对车辆维护方面的影响不可忽视可以减少轮胎的磨损和在城市道路行使中离合器的损坏。那些最初安装了金属气瓶的车主后来又将气瓶改装为使用天然气的轻质气瓶,这种情况并不少见。同时可延长发动机寿命。天然气容易扩散,在发动机中容易和
13、空气混合均匀,燃烧比较完全、干净;辛烷值高,抗爆性能好,使用时不需添加抗爆剂,不容易产生积碳;不会稀释润滑油,因而使发动机汽缸内的零件磨损大大减少,使发动机的寿命和润滑油的使用期限大幅度增长。所有这些都会降低汽车的保养和运行费用,从而也提高汽车使用的经济性。1.2.3 资质认证CNG气瓶的资质认证试验用于证明气瓶的设计在其使用寿命范围内是否是安全的。对于每个新设计的气瓶要求进行内容广泛的试验过程和试验项目;但是为了修正已有的气瓶设计,则可采用简化的试验运行。资质认证试验的具体试验项目如下:(1)水爆试验:该项试验主要用于验证各类容器的设计是否基本正确,对于钢质气瓶,试验其安全系数的大小是否与设
14、计的一致;对于纤维复合材料增强的各类气瓶,还将验证其增强复合材料的应力比。 (2)室温循环试验:该项试验主要用于证实CNG容器或内衬满足其使用寿命要求而不发生泄漏,同时也为了证实气瓶是否具有安全破坏的特征,即在破裂前发生泄漏。(3)环境循环试验:该项试验主要用于检验CNG容器或内衬是否可以承受在使用条件下可能遇到的各种流体如酸、碱等溶液的侵害;酸性溶液对玻璃纤维和芳纶纤维增强的复合材料性能具有明显的影响,其它液体也会侵蚀增强纤维和树脂基体;压力循环将会促进基体树脂的裂纹张开:从而有助于流体溶入复合材料层内。在环境循环试验中,还使气瓶承受一系列的模拟砂子冲击的低能冲击,以检验在流体中暴露之前气瓶
15、保护涂层的耐久性。 (4)阻燃试验:该项试验主要用于证实燃料容器系统包括气瓶、压力释放装置在经受火烧或极限温度时,燃料容器内的气体会泄放;压力释放装置在压力、温度或压力与温度的综合作用下会发生作用,也就是说不管气瓶是在完全充气还是部分充气,燃料容器系统在火中都必须是安全的。 (5)裂纹容限试验:这一试验主要用于模拟刀割、刨削等使用中可能出现的损伤或缺陷,证明容器不会因存在适当的损伤而发生泄漏或破裂。 (6)坠落试验:坠落试验用于模拟燃料容器在安装使用之前的搬运、装卸中可能引入的损伤或缺陷。并通过试验证实:这些损伤和缺陷,在容器的使用寿命中不会发生泄漏和破裂。坠落时容器可呈水平、垂直和45方向落
16、下。 (7)穿透试验:正如众所周知的枪击试验那样,本试验在于证实,即使一个高能的冲击物使气瓶简体复合材料增强体穿透,燃料容器也不会发生碎状破裂。 (8)渗透试验:本试验主要用于检验以非金属内衬或焊接非金属内衬所制成的全塑复合材料燃料容器不允许存在有超出标准规定所限制的天然气渗漏损失。 (9)天然气循环试验:本试验主要用于证实由于天然气气流所产生的静电或者由于天然气的迅速压缩和膨胀所引起的温度瞬变,不会引起气瓶的损伤。 (10)加速应力破裂试验:本试验主要用于证实气瓶的增强纤维和树脂体系可以持续暴露在高温高压下而无衰变。 (11)关于断裂性能的要求,及非破坏检验方法进行确定缺陷大小的有关试验:其
17、目的在于寻找在金属容器和内衬中的裂纹、缺陷,包括疲劳敏感位置的鉴别,在破裂前的泄漏性能(1eakbeforcbreak:LBB)和临界裂缝的大小(critical flaw sizes)。 1.3 项目建设内容及规模1.3.1项目规模项目总投资额2亿元,建设容积50L碳纤维缠绕压缩天然气瓶10万只。项目占地面积3万平方米,建筑面积2万平方米,建设碳纤维复合材料高压气瓶生产线;车间研发楼、综合办公楼、配套设施、仓库建筑;水、电、气设施;管理人员用房、食堂、员工宿舍等,建设期为1年。1.3.2 资金构成序号项目内容金额一固定资产1.6亿元1土地购置费450万元2建筑工程费6000万元3设备及安装工
18、程费1亿元二流动资金4000万元1.3.3生产设备序号设备名称数量1冲床2台2压机2台3旋压机2台4自动数控缠绕机5套5热处理设备2台6固化炉2台7检验、测试设备1台1.4 经济效益及社会效益分析1.4.1 经济效益生产容积50L的碳纤维缠绕压缩天然气瓶,碳纤维用量10kg,目前T300市场价为300元/kg,碳纤维材料成本3000元,铝内胆用量15kg,材料成本约100元,单只容积为50L的碳纤维材料成本为3100元。序号项目金额1工程总投资2亿元2年销售收入4亿元3材料成本3.1亿元4人工成本100万元5其他成本100万元6税金3700万元7年利润6100万元8投资利润率15%9投资回收期
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