专利名称：Cng直充加气工艺及cng直充加气子站的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种CNG加气工艺及CNG加气站，特别是CNG直充加气工艺及CNG直充加气子站。
背景技术：
随着石油资源的日益短缺及燃油价格的逐步上升，越来越多的机动车开始使用压缩天然气(CNG)作为燃料。目前，为各类机动车充装CNG的加气子站多为压缩式CNG加气子站和液压式CNG加气子站。压缩式CNG加气子站一般由子站拖车、卸气柱、压缩机、充气顺序盘、储气瓶组、加气机依次连接组成，加气时，由子站拖车经卸气柱将压缩天然气送到充气顺序控制盘或压缩机入口，再由充气顺序控制盘将由压缩机压缩的天然气按高、中、低的充装顺序储存到储气瓶组中，继而通过加气机对燃气机动车进行加气。液压式CNG加气子站一般由液压撬、子站拖车、加气机依次连接组成，加气时，液压撬通过向子站拖车注入高压液压油使其保持加气压力，使子站拖车输出天然气充装到加气车辆时，满足储气瓶压力达到20Mpa的充装要求。虽然这两种加气站使用较为普遍，但这两种CNG加气子站的建设及设备投资大，加气子站的结构复杂，致使加气工艺繁琐，加气时间长，工作效率较低。另外，传统加气子站所使用的压缩设备及液压装置不仅能耗大，而且保养和维护困难，增大了企业的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种CNG直充加气工艺，其工艺步骤简单，易于操作，充气时间短，工作效率高。
本发明的另一个目的在于提供一种利用该CNG直充加气工艺为机动车加气的CNG直充加气子站，不仅结构简单，建设投资小，而且能耗低，易维护保养。
本发明的目的是这样实现的一种利用CNG直充加气子站为机动车加气的CNG直充加气工艺，包括如下步骤1、先确定各储气装置中至少有一个的压力高于待充装储气容器的待充容器充满压力，由直充控制装置通过售气控制装置检测待充装储气容器的待充容器压力，当待充装储气容器的待充容器压力小于待充装储气容器的待充容器充满压力时，则进行下一步骤；2、由直充控制装置通过压力信号采集装置检测各储气装置的储气压力；设定售气装置的直充最低极限压差，由售气装置内设置的售气控制装置将所述的直充最低极限压差与待充装储气容器的待充容器压力之和输入到直充控制装置，并与各储气装置中的储气压力数值分别进行比较，得出各个相应的比较值，由直充控制装置根据各比较值选择储气装置中储气压力最低的那个容器作为首选直充储气装置，首选直充储气装置的储气压力应大于所述的直充最低极限压差与待充装储气容器的待充容器压力之和，并进行下一步骤；3、由压力信号采集装置以及售气控制装置分别实时监测所说的首选直充储气装置的储气压力和待充装储气容器的待充容器压力，同时，由直充控制装置通过充装顺序控制装置和售气控制装置接通所说的首选直充储气装置与待充装储气容器的管路，利用二者的压差进行直充，直至待充装储气容器的待充容器压力达到待充容器充满压力或该首选直充储气装置的首选直充储气装置储气压力与待充容器压力之差等于所说的直充最低极限压差时，终止直充，并进行下一步骤；4、通过售气控制装置检测经上一步骤直充后的待充装储气容器的待充容器压力，当其小于待充装储气容器的待充容器充满压力时，重复步骤2；当其大于或等于待充容器充满压力时，则向直充控制装置发出待充装储气容器已经充满信号，并结束整个充装过程。
一种利用该CNG直充加气工艺为机动车加气的CNG直充加气子站，包括储气装置以及连接有加气枪的售气装置，储气装置的数目至少为四个，每个储气装置的输出管上都分别安装着分压力表以及分开关控制阀，各分压力表均与压力信号采集装置相连，各分开关控制阀均与充装顺序控制装置相连，在售气装置内设置着售气控制装置以及分别与售气控制装置相连的总开关控制阀、总压力表以及总流量计，各分开关控制阀的出口端均依次与总开关控制阀、总压力表以及总流量计相连通，总流量计通过加气枪与待充装储气容器相连，售气控制装置、充装顺序控制装置以及压力信号采集装置均与直充控制装置相连。
2005年10月在乌鲁木齐新捷新大地的本发明CNG直充加气子站开展了应用本发明CNG直充加气工艺的验证实验。实验用的售气装置采用重庆四联生产的单充加气机，实验时把加气机与待充装储气容器相连，直充储气装置为普通8管束高压管束拖车，开始压力为22.6Mpa，实验用的待充装储气容器为60L车用CNG储气钢瓶，充满时所要求达到的压力为18.5Mpa，售气装置最低极限压差ΔP＝0.1Mpa，实验按照本发明所述的直充加气工艺步骤共进行了205次，其中1-119次为理想状态(待充装储气容器残压为0)下的CNG直充工艺试验；120-250次为模拟实际的CNG子站售气，即待充装储气容器内有残压的CNG直充工艺试验。实验具体数据详见表1。
表1
在表1中高压管束各次实验最终完成充装的管束编号；充装残压各次实验充装前待充装钢瓶内的储气压力；充装速度各次实验单位时间内平均充装天然气的数量(m3/min)；
因各管束通过售气机充装时间统计时都有6.5秒的非充装时间(启机、停机时间)，为符合工艺真实充装情况，各次实验充装均只计算一次非充装时间。
售气量向待实验充装钢瓶充装的天然气数量；充装压力各次实验实验充装钢瓶充装结束时的储气压力；充装管束数各次实验参加充装的管束数量；对本发明CNG直充工艺的实验数据进行统计分析，结果见表2、表3。
表2
表3
在表2、表3中直充储气装置开始压力管束开始充装前的储气压力。
直充储气装置结束压力管束不再进行充装时的残余储气压力。
工艺售气次数即单组直充储气装置作为最后充装储气装置进行充装的次数。
工艺售气量在单组直充储气装置工艺售气次数中实验待储气容器充装的售气量的总和。例管束1的工艺售气量就是第1到第5次实验的售气量的总和，即59.2m3。
工艺取气率各组直充储气装置的工艺取气率，为该组工艺售气次数结束后，工艺售气量的总和占已加入售气工艺的各组直充储气装置储气量的比率。
加入充装压力各组直充储气装置开始压力一致(22.6Mpa)。
本发明CNG直充加气工艺试验表明1、随着参与充装的直充储气装置数量的增加，本发明工艺取气率由10.5％增加到52％。如采用更多组直充储气装置及符合工艺要求的设计，还可大大提高直充储气装置的售气量，具有更好的经济效益。2、售气速度达到国家推荐的6m3/min的要求，优于现有CNG加气子站售气速度的指标(平均3-5m3/min)。本发明CNG直充加气工艺操作简单，加气速度快，加气时间短，工作效率高。
另外，本发明CNG直充加气子站与压缩式CNG加气子站相比，结构简单，所用主要部件技术成熟，工作稳定可靠，自动化程度高，不仅大大节约了运行费用，而且减少了传统CNG加气子站工艺的压缩机或高压泵等设备的能量损耗。本发明CNG直充加气子站节约了建站投资，减少了其他CNG加气子站所需的压缩机、高压泵等设备，并相应地简化了加气机、储气容器的操作步骤，降低了建站的资金。减少了维护费用，节约了对压缩机、高压泵等设备的维护成本。
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
附图为本发明加气子站的连接框图。
具体实施例方式
一种CNG直充加气工艺，包括如下步骤1、先确定各储气装置1中至少有一个的压力高于待充装储气容器13的待充容器充满压力18.5Mpa，为了能对待充装储气容器13进行正常加气，储气装置1内的压力一般为22.6Mpa。将加气枪5与待充装储气容器13相连，由直充控制装置8通过售气控制装置12检测待充装储气容器13的待充容器压力，当待充装储气容器13的待充容器压力小于待充装储气容器13的待充容器充满压力时，则进行下一步骤；2、由直充控制装置8通过压力信号采集装置9检测各储气装置1的储气压力22.6Mpa；设定售气装置11的直充最低极限压差ΔP＝0.1Mpa，售气装置11的直充最低极限压差可以进行一次设定即可。由售气装置11内设置的售气控制装置12将所述的直充最低极限压差0.1Mpa与待充装储气容器13的待充容器压力2.5Mpa之和2.6Mpa采集并输入到直充控制装置8，并与各储气装置1中的储气压力数值22.6Mpa分别进行比较，得出各个相应的比较值，由直充控制装置8根据各比较值选择储气装置1中储气压力最低的那个容器作为首选直充储气装置。在本发明中，各储气装置1的储气压力均为22.6Mpa，则任选其中一个作为首选直充储气装置即可。如果各储气装置1的储气压力中有一个为21.6Mpa，而其它储气装置1的储气压力都大于21.6Mpa，则选该储气压力最低的储气装置为首选直充储气装置，这样可以先使用压力最低的储气装置进行直充。首选直充储气装置的储气压力应大于所述的直充最低极限压差ΔP＝0.1Mpa与待充装储气容器13的待充容器压力2.5Mpa之和，这样才能进行直充加气工作，并进行下一步骤；3、由压力信号采集装置9以及售气控制装置12分别实时监测所说的首选直充储气装置的储气压力22.6Mpa和待充装储气容器13的待充容器压力2.5Mpa，保障CNG直充加气工艺的顺利进行。同时，由直充控制装置8通过充装顺序控制装置10和售气控制装置12分别驱动相应的分开关控制阀3以及总开关控制阀4、总压力表7动作，从而接通所说的连接首选直充储气装置与待充装储气容器13的输气管路，利用首选直充储气装置与待充装储气容器13二者的压差进行直充，直至待充装储气容器13的待充容器压力达到待充容器充满压力18.5Mpa，或该首选直充储气装置的储气压力与待充容器压力之差等于所说的直充最低极限压差ΔP＝0.1Mpa时，终止直充，并进行下一步骤；4、通过售气控制装置12检测经上一步骤直充后的待充装储气容器13的待充容器压力，当待充装储气容器13的待充容器压力小于待充装储气容器13的待充容器充满压力时，重复步骤2，以便另行选择一组直充储气装置1，再重复步骤3，并再次进行直充加气；当待充装储气容器13的待充容器压力大于或等于待充容器充满压力时，则向直充控制装置8发出待充装储气容器13已经充满信号，并结束整个充装过程。
一种利用本发明CNG直充加气工艺为机动车加气的CNG直充加气子站，如附图所示，包括储气装置1以及连接有加气枪5的售气装置，储气装置1为储气管束、储气钢瓶、储气储罐或储气井。储气装置1的数目至少为四个，每个储气装置1的输出管上都分别安装着分压力表2以及分开关控制阀3，二者均为电动阀门，各分压力表2均与压力信号采集装置9相连。压力信号采集装置9对各储气装置1的CNG储气压力分别进行实时压力数据采集，并反馈到直充控制装置8。各分开关控制阀3均与充装顺序控制装置10相连，充装顺序控制装置10按直充控制装置8的指令启动各储气装置1输出管上安装的分开关控制阀3。在售气装置(加气机)11内设置着售气控制装置12以及分别与售气控制装置12相连的总开关控制阀4、总压力表7以及总流量计6，各分开关控制阀3的出口端均依次与总开关控制阀4、总压力表7以及总流量计6相连通，售气控制装置12用于完成对待充装储气容器13压力信号的实时采集、售气开关控制、售气显示、售气计量等工作。总流量计6通过加气枪5与待充装储气容器13相连，待充装储气容器13为需要充装天然气的储气容器，如车用储气钢瓶等。售气控制装置12、充装顺序控制装置10以及压力信号采集装置9均与直充控制装置8相连。直充控制装置8根据压力信号采集装置9和售气控制装置12的售气压力数据，按本发明CNG直充加气工艺的控制要求，控制充装顺序控制装置10和售气控制装置12，完成待充装储气装置13的CNG充装工作。直充控制装置8为单片机或PC机，用以对由压力信号采集装置9、充装顺序控制装置10以及售气控制装置12传输来的各相应信号进行分析、处理并发出相应的控制指令。在现代工业自动化控制系统中，已经广泛使用各种自动压力表、阀门和与之配套的信号数据采集装置，通过计算机系统对采集的信号进行分析处理并发出相应的控制指令，本发明CNG直充加气子站所采用的压力表2、开关控制阀3以及相应的压力信号采集装置9、充装顺序控制装置10、售气控制装置12、直充控制装置8都采用基于现代工业自动化控制系统的成熟的设备，因此使得本发明CNG直充加气子站得以简化结构，使其工作可靠性高，稳定性好。如附图所示，如要求同时充装多个待充装装置，只需增加相应的充装顺序控制装置10和售气装置11等充装设备即可。
权利要求
1.一种CNG直充加气工艺，其特征在于包括如下步骤①、先确定各储气装置(1)中至少有一个的压力高于待充装储气容器(13)的待充容器充满压力，由直充控制装置(8)通过售气控制装置(12)检测待充装储气容器(13)的待充容器压力，当待充装储气容器(13)的待充容器压力小于待充装储气容器(13)的待充容器充满压力时，则进行下一步骤；②、由直充控制装置(8)通过压力信号采集装置(9)检测各储气装置(1)的储气压力；设定售气装置(11)的直充最低极限压差，由售气装置(11)内设置的售气控制装置(12)将所述的直充最低极限压差与待充装储气容器(13)的待充容器压力之和输入到直充控制装置(8)，并与各储气装置(1)中的储气压力数值分别进行比较，得出各个相应的比较值，由直充控制装置(8)根据各比较值选择储气装置(1)中储气压力最低的那个容器作为首选直充储气装置(1)，首选直冲储气装置(1)的储气压力应大于所述的直充最低极限压差与待充装储气容器(13)的待充容器压力之和，并进行下一步骤；③、由压力信号采集装置(9)以及售气控制装置(12)分别实时监测所说的首选直充储气装置(1)的储气压力和待充装储气容器(13)的待充容器压力，同时，由直充控制装置(8)通过充装顺序控制装置(10)和售气控制装置(12)接通所说的首选直充储气装置(1)与待充装储气容器(13)的管路，利用二者的压差进行直充，直至待充装储气容器(13)的待充容器压力达到待充容器充满压力或该首选直充储气装置(1)的首选直充储气装置(1)储气压力与待充容器压力之差等于所说的直充最低极限压差时，终止直充，并进行下一步骤；④、通过售气控制装置(12)检测经上一步骤直充后的待充装储气容器(13)的待充容器压力，当其小于待充装储气容器(13)的待充容器充满压力时，重复步骤②；当其大于或等于待充容器充满压力时，则向直充控制装置(8)发出待充装储气容器(13)已经充满信号，并结束整个充装过程。
2.一种利用权利要求1所述的CNG直充加气工艺为机动车加气的CNG直充加气子站，包括储气装置(1)以及连接有加气枪(5)的售气装置(11)，其特征在于储气装置(1)的数目至少为四个，每个储气装置(1)的输出管上都分别安装着分压力表(2)以及分开关控制阀(3)，各分压力表(2)均与压力信号采集装置(9)相连，各分开关控制阀(3)均与充装顺序控制装置(10)相连，在售气装置(11)内设置着售气控制装置(12)以及分别与售气控制装置(12)相连的总开关控制阀(4)、总压力表(7)以及总流量计(6)，各分开关控制阀(3)的出口端均依次与总开关控制阀(4)、总压力表(7)以及总流量计(6)相连通，总流量计(6)通过加气枪(5)与待充装储气容器(13)相连，售气控制装置(12)、充装顺序控制装置(10)以及压力信号采集装置(9)均与直充控制装置(8)相连。
3.根据权利要求2所述的CNG直充加气子站，其特征在于储气装置(1)为储气管束、储气钢瓶、储气储罐或储气井。
全文摘要
本发明公开了一种CNG直充加气工艺及CNG直充加气子站，该CNG直充加气工艺在该CNG直充加气子站的基础上由直充控制装置通过压力信号采集装置对数目至少为四个的储气装置分别采集储气压力，再由直充控制装置将待充装储气容器压力与备储气装置的储气压力分别进行比较，根据所得比较值在各储气装置中选择一压力最低的储气装置作为首选直充储气装置，在压力信号采集装置、充装顺序控制装置及售气装置的作用下分别控制分压力表、分开关控制阀、总开关控制阀、总压力表及总流量计通过加气枪对待充装储气容器进行CNG直充。本发明CNG直充加气工艺步骤简单，易于操作，充气时间短，工作效率高，该CNG直充加气子站，结构简单，建设投资小，能耗低，易维护保养。
文档编号F17C5/06GK101082389SQ200610081269
公开日2007年12月5日 申请日期2006年5月29日 优先权日2006年5月29日
发明者石宇煌, 肖军 申请人:新疆新捷燃气有限责任公司