基于LNG牵引车冷能利用的半挂油罐车油气回收方法及系统与流程

本发明属于油气回收技术领域，尤其涉及一种基于lng牵引车冷能利用的半挂油罐车油气回收系统、基于该系统实现的油气回收方法以及执行该方法的plc微型控制柜。

背景技术：

石油及其产品是多种碳氢化合物的混合物，其中的轻组分具有很强的挥发性，在石油的开采、炼制、储运、销售等过程中，不可避免地会有一部分较轻液态组分汽化排入大气，不仅浪费了资源，而且导致了一定的经济损失和巨大的环境污染，同时还是严重的火灾隐患。在油品生产储运过程中，也不可避免有部分轻质组分挥发，油品在运输时受到震动也会加快油气散发量。

油品蒸发损耗本质上是由于油品固有的挥发性引起的，油品的饱和蒸气压越大，环境温度越高，其蒸发损耗就越大，虽然减少油品蒸发的方法很多，但是要想从根本上解决问题，油气回收技术是最经济、有效的方法，通过油气回收因蒸发损耗损失的油气对于保护环境、节约资源、提高经济效益以及排除安全隐患都具有十分重要的意义。

油气回收就是把挥发的汽油，通过技术手段吸附，使之转化成液态进行二次利用，油气回收是节能环保型的高新技术，运用油气回收技术回收油品在储运、装卸过程中排放的油气，防止油气挥发造成的大气污染，消除安全隐患，通过提高对能源的利用率，减小经济损失，从而得到可观的效益回报。

根据回收原理和操作方法的不同，目前油气回收主要包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法等，同时还派生出多种方法的联合应用。

申请号为cn201811035975的中国发明专利申请提出一种油气合建站储能型油气回收装置及方法，包括储冷气体罐、一号压缩机、储冷气体预冷器、对叉梳齿型相变储冷器、油气罐、二号压缩机、储冷型油气预冷器，对叉梳齿型相变储冷器具有对叉梳齿型的储冷腔、迂回式的混合气微通道流道及内插多孔材料的迂回式的lng微通道流道；该技术方案能将加压储冷气体分两级高效吸收lng气化冷能后，液化沉降于对叉梳齿型相变储冷器中，产生的低温的cng经储冷型油气预冷器进一步储冷；回收油气时，加压混合气先后经储冷型油气预冷器、对叉梳齿型相变储冷器两级储冷高效冷凝，回收油气。该技术方案打破lng气化与油气回收异步限制，实现了油气的高效低耗回收，适用性强，易操控。然而，该技术方案只适用于油气合建站。

申请号为cn2017100977814的中国发明专利申请公开一种油罐车油气回收利用装置及方法，将油气混合物输送至第一吸附罐，经第一吸附罐内活性炭吸附形成净化气排入大气；吸附在该罐活性炭中的油气组分被解吸，而后进入回收塔，被吸收剂溶解，输送到储油罐；未被吸收的含烃气体返回第一吸附罐被循环吸附，将三苯蒸气输送至预回收塔，大部分三苯蒸气被吸收剂溶解，输送至储油罐回收；未被吸收的三苯蒸气通过第二吸附罐内活性炭吸附形成净化气排入大气；吸附在该罐活性炭中的三苯组分被解吸，而后进入回收塔，与回收塔内吸收剂溶解，进入储油罐回收利用。本发明将预回收塔、吸附罐、回收塔有机结合，有效解决了不能同时处理油罐车油气回收利用的难题，具有节能、环保、安全等优点。该技术方案用于油罐车油气回收，但是采用吸附方式回收，业内普遍认为回收效率较其他方式较低，并且需要油气回收专用活性炭，成本较高。

此外，申请号为cn2013104811928的中国发明专利申请还提出一种油气回收系统和油气回收方法，用于回收汽车加油过程中产生的油气。应用本发明的油气回收系统和油气回收方法，可以回收加油过程中油箱排出的油气，不仅可以很大程度上的节省大量资源，还可对环境保护起到积极作用。该技术方案主要是用于加油过程中。

然而，针对油气运输过程中产生的油气回收问题，现有技术并未提出有效的解决方案。事实上，油品在运输时受到震动更会加快油气散发量，因此，急需一种有效的适用于油品运输过程中的油气回收方法。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于lng牵引车冷能利用的半挂油罐车油气回收系统、基于该系统实现的油气回收方法以及执行该方法的plc微型控制柜，用于解决油气在运输过程中的油气回收问题。

本发明所述的油气运输，主要是指采用lng牵引车运载半挂油罐车。

本发明结合上述油气运输的特点，创造性的提出了一种主要是利用lng牵引车冷能的油气回收方法以及相应的系统。

在本发明的第一个方面，提出一种基于lng牵引车冷能利用的半挂油罐车油气回收系统，所述系统包括lng储罐、与所述lng储罐通过加压环连通的相变储冷箱；所述相变储冷箱连接油气换热槽，所述油气换热槽与油罐的第一侧连通；

作为本发明的突出性优点之一；所述油罐在不同于所述第一侧的第二侧连接常温泵，所述常温泵配置第一联锁启停控制键；

所述相变储冷箱通过低温泵连接蓄冷剂池，所述低温泵配置第二联锁启停控制键；

作为体现本发明的创造性的关键技术手段之一，所述lng牵引车还包括至少一个振动传感器以及与所述振动传感器连接的速度计；

所述振动传感器根据其检测到的振动信号产生启停信号发送给所述第一联锁启停控制键；

所述速度计根据其检测到的速度信号，结合所述启停信号，产生控制指令给所述第二联锁启停控制键；

在本发明的实际过程中，所述第一联锁启停控制键和第二联锁启停控制键在初始状态下均为停止状态；

在所述牵引车运动过程中，通过所述振动传感器检测得到当前的振动信号并通过所述速度计检测得到当前的行进速度值，

如果所述振动信号大于第一阈值，则产生第一启停信号，控制所述第一联锁启停控制键开启；

否则，控制所述第一联锁启停控制键停止，并产生第二启停信号，获取所述速度计检测得到的第一预设时间段内的多个行进速度值，

如果所述第一预设时间段内的多个行进速度值满足第一预设条件，则产生第二启停信号，控制所述第二联锁启停控制键开启；否则，控制所述第二联锁启停控制键停止。

作为优选，其中，所述加压环包括至少一个低温槽以及压力调节阀；其中，如果所述第二联锁启停控制键停止，则关闭所述压力调节阀。

作为本发明的关键技术手段之一，所述油气换热槽通过至少一个吸附槽与油罐的第一侧连通；并且，所述油罐在不同于所述第一侧的第二侧连接常温泵，所述常温泵连接薄膜回收箱。

作为优选，所述相变储冷箱包括多个并排的相变材料。

作为更进一步的优选，所述油气换热槽与所述蓄冷剂池单向连通。

在本发明的第二个方面，提供一种油气回收方法，所述油气回收方法基于前述的油气回收系统实现，该方法主要用于于lng牵引车上的半挂油罐车油气回收。

具体来说，所述方法包括如下步骤：

s101：初始化所述第一联锁启停控制键、第二联锁启停控制键以及加压环为停止状态；

s102：获取所述振动传感器检测到的振动信号，判断所述振动信号的强度；

s103：如果所述振动信号的强度大于第一设定阈值，则开启所述第一联锁启停控制键；否则，进入下一步；

s104：获取所述速度计检测得到的第一预设时间段内的多个行进速度值；

s105：判断所述第一预设时间段内的多个行进速度值是否满足第二预设条件，如果是，则进入下一步；

否则，返回步骤s102；

s106：开启所述第二联锁启停控制键；

s107：开启所述加压环，并通过所述压力调节阀调节所述加压环的目标加压压力值至设定压力值；

s108：在第二预设时间段之后，返回步骤s101。

在本发明的上述技术方案中，作为获得更优效果的具体手段，所述振动传感器为声波振动传感器，设置于所述所油罐不同于所述第一侧的第二侧。

为了体现人车交互的理念，本发明还在所述牵引车驾驶室设置联合启停装置，所述联合启停装置与所述第一联锁启停控制键和所述第二联锁启停控制键通信。

在本发明的第三个方面，提出一种plc微型控制柜，所述微型控制柜设置有触摸控制屏，所述微型控制柜接收设置于lng牵引车上的半挂油罐车的振动传感器和速度计的信号，基于所述信号，可以执行所述油气回收方法。并且，在执行过程中，可在所述触摸控制屏上显示所述第一联锁启停控制键、第二联锁启停控制键以及加压环的启停状态。

在本发明中，所述触摸控制屏可以设置于驾驶室控制台，方便驾驶员掌握当前油气回收情形，并根据需要操作所述联合启停装置，通过所述联合启停装置控制第一联锁启停控制键/第二联锁启停控制键以及所述加压环的启停状态。

本发明提出基于lng牵引车冷能利用的半挂油罐车油气回收方法及系统。所述系统包括lng储罐、与所述lng储罐通过加压环连通的相变储冷箱；所述相变储冷箱连接油气换热槽，所述油气换热槽与油罐的第一侧连通。所述lng牵引车包括至少一个振动传感器以及与所述振动传感器连接的速度计；所述油罐在不同于所述第一侧的第二侧连接常温泵，所述常温泵配置第一联锁启停控制键；所述相变储冷箱通过低温泵连接蓄冷剂池，所述低温泵配置第二联锁启停控制键；通过检测得到的振动传感器信号以及速度计信号，产生启停信号控制所述第一联锁启停控制键/第二联锁启停控制键，从而实现不同条件下的油气回收。

本发明的进一步优点将结合说明书附图在具体实施例部分进一步详细体现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的油气回收系统的整体架构图；

图2是图1所述油气回收系统与牵引车驾驶的交互通信示意图；

图3是利用图1所述系统进行油气回收的方法流程图；

图4是图3所述方法的进一步优选实施例。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。

参照图1，是发明一个实施例的油气回收系统的整体架构图。

在图1中，所述系统包括lng储罐、与所述lng储罐通过加压环连通的相变储冷箱；所述相变储冷箱连接油气换热槽，所述油气换热槽与油罐的第一侧连通。

所述油罐在不同于所述第一侧的第二侧连接常温泵，所述常温泵配置第一联锁启停控制键。

在本实施例中，虽然未示出，所述所油罐不同于所述第一侧的第二侧设置有至少一个振动传感器；

作为优选，作为振动传感器为声波振动传感器。

通过所述声波振动传感器，不仅可以检测当前lng的整体震动幅度，还可以基于第二侧检测到的声波振动信号，检测当前油罐车内部的油品振动情况；

所述常温泵通过所述第一联锁启停控制键控制开启或者停止状态，在处于开启状态时，通过所述常温泵对油罐油气进行增压，在压力下利用空气和轻烃组分通过膜组件的渗透能力的不同，使渗透速度快的轻烃组分通过有机膜，而实现空气和轻烃组分的分离；

在本实施例中，虽然未示出，上述过程是通过所述常温泵连接薄膜回收箱来实现的，即通常所述的膜分离法进行油气回收，利用特殊高分子膜对烃类有优先透过性的特点，让油气和空气混合气在一定压力的推动下，使油气分子优先透过高分子膜，而空气组分则被截留排放，富集的油气传输回油罐或用其他方法液化。

在本实实施例中，所述相变储冷箱包括多个并排的相变材料。

相变储冷箱是冷凝法进行油气回收的主要部件。在本发明中，冷凝法采用多级复叠或自复叠制冷技术，将油气逐级降至-35℃，-75℃，-110℃，从而分离重烃、轻烃等不同沸点的组分。将lng冷能与冷凝法油气回收技术结合，利用相变材料提供低温下的冷量，可有效减少能耗。

利用低温冷凝法回收油气时，满足选择合适的相变材料，一般是某些有机工质，如乙醇、1-丙醇、正丁烷、正戊烷等。在本实例中，相变系统储能的冷能来自lng气化，需要使用中间流体与lng换热。工程上常用的中间传热介质有丙烷、乙二醇水溶液等，由于本系统换热温度低于零下100℃，此温度下只有丙烷合适，其常压下的凝固点和沸点为86k和231k。

综合考虑熔点、熔化焓、价格等因素，本实施例确定乙醇和丙烷交替作为低温相变材料。

在图1中，所述加压环是为了对lng储罐流出的lng进行低温加压到预定目标压力，然后进入所述相变储冷箱与相变材料换热，把冷量传递给所述相变材料，相变材料吸收冷量后开始凝固。

作为优选，所述加压环包括至少一个低温槽以及压力调节阀，通过所述压力调节阀可以开启或者关闭所述lng储罐流出，并将其压力加压，例如加压至25mpa。

所述相变储冷箱通过低温泵连接蓄冷剂池，所述低温泵配置第二联锁启停控制键；

蓄冷剂池内装载有蓄冷剂，蓄冷剂由低温泵送入相变储冷箱，融化相变材料；之后，蓄冷剂将冷量带到油气换热槽中。油气先经过过滤器除去其中的水分和尘埃，在进入油气换热槽吸收冷量冷凝；

虽然未示出，图1中，所述油气换热槽与所述蓄冷剂池单向连通，吸收热量升温的蓄冷剂回流到蓄冷剂池，再由低温泵送出，如此循环。

在图1中，经过相变储冷箱的lng经过末端的空温式换热器达到需要的温度，例如变为cng，即可以以lng为气源，为cng汽车加气。

所述lng牵引车还包括与所述振动传感器连接的速度计；

所述振动传感器根据其检测到的振动信号产生启停信号发送给所述第一联锁启停控制键；

所述速度计根据其检测到的速度信号，结合所述启停信号，产生控制指令给所述第二联锁启停控制键；

所述第一联锁启停控制键和第二联锁启停控制键在初始状态下均为停止状态；

在所述牵引车运动过程中，通过所述振动传感器检测得到当前的振动信号并通过所述速度计检测得到当前的行进速度值，

如果所述振动信号大于第一阈值，则产生第一启停信号，控制所述第一联锁启停控制键开启；

否则，控制所述第一联锁启停控制键停止，并产生第二启停信号，获取所述速度计检测得到的第一预设时间段内的多个行进速度值，

如果所述第一预设时间段内的多个行进速度值满足第一预设条件，则产生第二启停信号，控制所述第二联锁启停控制键开启；否则，控制所述第二联锁启停控制键停止。

本发明的上述系统可以通过人车交互的方式体现，在图1基础上，进一步参见图2，是图1所述油气回收系统与牵引车驾驶的交互通信示意图。

如前所述，本发明的油气回收方法是专门针对基于lng牵引车冷能利用的半挂油罐车而设计的，完全不同于现有技术提到等各种静态布置。

在图2中，驾驶室配置有触摸控制屏以及与所述触摸控制屏连接的联合启停装置，所述联合启停装置连接车载的油气回收系统，通过联合启停装置控制车载的油气回收系统的第一联锁启停控制键、第二联锁启停控制键以及所述加压环，并通过所述触摸控制屏显示所述第一联锁启停控制键、第二联锁启停控制键以及加压环的启停状态。

这样，在驾驶过程中，驾驶员可以随时查看所述第一联锁启停控制键、第二联锁启停控制键以及加压环的启停状态，并在出现某些特殊状态时，可以通过所述触摸控制屏一键关停所述第一联锁启停控制键、第二联锁启停控制键以及加压环。

图2所述的系统可以通过plc微型控制柜来实现，在此不再赘述。

接下来参见图3，图3是利用图1所述系统进行油气回收的方法流程图。

所述油气回收方法主要包括步骤s101-s108的循环过程。需要指出的是，虽然在图3中并未明确循环过程的退出条件，但是如前所述，一方面，驾驶员可以主动退出上述油气回收过程；另一方面，lng罐的某些条件下，也需要停止油气回收，本发明对此不作具体限定。

图3所述方法步骤具体如下：

s101：初始化所述第一联锁启停控制键、第二联锁启停控制键以及加压环为停止状态；

在初始状态下，并不开始油气回收，本发明所述的油气回收装置需要在特定的条件下才开始运行；

s102：获取所述振动传感器检测到的振动信号，判断所述振动信号的强度；

s103：如果所述振动信号的强度大于第一设定阈值，则开启所述第一联锁启停控制键；否则，进入下一步；

lng牵引车行驶一段时间后，通过振动信号的检测，可以判断当前lng储罐的振动程度，由于振动程度越大，油品加快油气散发，此时，本实施例选择在油罐的第二侧执行膜分离法进行油气回收，利用特殊高分子膜对烃类有优先透过性的特点，让油气和空气混合气在一定压力的推动下，使油气分子优先透过高分子膜，而空气组分则被截留排放，富集的油气传输回油罐或用其他方法液化。

需要指出的是，现有技术中虽然存在膜分离法进行油气回收的技术，但是本发明的创造性在于具体将其应用于车载油运行过程中的状态检测的前提下，此时，振动较大的条件下才启动膜分离法进行油气回收，可以有效的节约成本，因为膜分离法进行油气回收使用的特殊高分子膜成本很高，不适合长时间使用；

如果振动不大，则意味着当前行进平稳，油气散发度一般，此时，转为第二种探测模式，即速度平温度；

s104：获取所述速度计检测得到的第一预设时间段内的多个行进速度值；

s105：判断所述第一预设时间段内的多个行进速度值是否满足第二预设条件，如果是，则进入下一步；

否则，返回步骤s102；

值得指出的是，在本发明中并未采用速度是否大于某个阈值或者小于某个阈值来判断，这是因为，诸如油罐车运输等，根据相关安全法规，载车的运行速度必须保持在限速以下，进行诸如单个阈值的判断是不妥的；

因此，本发明采用的是检测第一预设时间段内的多个行进速度值，当然，这些多个行进速度值必然都在安全限速值以下；

如果所述第一预设时间段内的多个行进速度值满足第二预设条件，例如，多个行进速度值的变化趋势平稳，则意味着当前车行状态平稳，可以开启油气回收过程，此时，由于油罐车振动较少，要进行有效的油气回收，必须采用长时间循环的方式；

s106：开启所述第二联锁启停控制键；

s107：开启所述加压环，并通过所述压力调节阀调节所述加压环的目标加压压力值至设定压力值；

此时，结合图1，所述加压环对lng储罐流出的lng进行低温加压到预定目标压力，然后进入所述相变储冷箱与相变材料换热，把冷量传递给所述相变材料，相变材料吸收冷量后开始凝固。

所述相变储冷箱通过低温泵连接蓄冷剂池，所述低温泵配置第二联锁启停控制键；蓄冷剂池内装载有蓄冷剂，蓄冷剂由低温泵送入相变储冷箱，融化相变材料；之后，蓄冷剂将冷量带到油气换热槽中。油气先经过过滤器除去其中的水分和尘埃，在进入油气换热槽吸收冷量冷凝；吸收热量升温的蓄冷剂回流到蓄冷剂池，再由低温泵送出，如此循环。

经过相变储冷箱的lng经过末端的空温式换热器达到需要的温度，例如变为cng，即可以以lng为气源，为cng汽车加气。

s108：在第二预设时间段之后，返回步骤s101。

这里的第二预设时间段，是指上述油气回收过程每个周期运行的时间长度，可以根据路况、运输路程等因素合理设置；也可以由驾驶员控制。

在图3基础上，进一步结合图4，是图3所述方法的进一步优选实施例。在该实施例中，主要是在步骤s103开启所述第一联锁启停控制键之后，如果经过预设时间段，则返回步骤s101，即执行步骤s108。

本实施例依然是考虑油气回收过程的周期性和安全性以及经济成本。由于开启所述第一联锁启停控制键，即所述油气回收过程开始膜分离法过程，为了避免分离效果不佳浪费膜材料，需要预设一个时间段重新判断当前车况；也为了安全性考虑。

值得指出的是，本发明所述的基于lng牵引车冷能利用的半挂油罐车，所述牵引车以部分lng为动力，但是到达目的地(例如油气共建lcng站)之后，还需要将剩余的lng作为原料卸载，并间断性的气化从而得到cng，如果不进行上述油气回收过程，每一个间断性的气化得到cng的过程，释放出的大量冷量将浪费掉，采用本发明的技术方案，可以充分利用上述冷能，节省成本的同时保证安全。

结合图1-4所述的实施例可以看出，本发明针对基于lng牵引车冷能利用的半挂油罐车而设计的油气回收技术方案，可以充分利用lng的冷能；同时，结合油罐的实际振动情况与车行状态选择了对应的油气回收方案，在充分利用车载行程的同时，保证了安全性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。