专利名称：一种无动力天然气加气系统及其加气方法
技术领域：
本发明涉及压缩天然气加气子站设备与加气方法，特别涉及一种无动力天然气加气系统及加气方法。
背景技术：
目前国内外普遍应用的天然气汽车加气站分两类1)由管道输送系统(管网)取用天然气，经压缩后就地销售的加气站称为标准站；2)由管道取用天然气，以多台大型设备集中压缩，以高压容器运输至异地分散销售的加气站群称为母子站系统。集中压缩站称母站，以车载压力容器为气源的加气站为子站。
现有普通子站工艺、设备与原理1)运输压缩天然气的容器目前国内外普遍采用符合DOT标准的长管式运输车。8只Φ559×10975的钢瓶及管道阀门组成40英尺标准集装箱，容积8×2.25＝18m3，最高工作压力20Mpa，装载于标准半挂车(底盘)上。运输车停靠于子站提供气源。运输车的容器钢瓶全部并联为一组，共用一个进出口，在运输车对外供气时每只钢瓶的气压同步下降。
2)由于钢制容器的容积不可改变，长管式运输车向受气车辆供气后钢瓶内气压下降。为了在运输车气压不断下降的同时保证受气车辆气瓶压力达到20MPa，通用的工艺是在子站设置由压缩机补气增压子站用(固定)储气瓶组，其作用是在车载容器向受气车辆的气瓶供气后再次向受气车辆供气，补足汽车气瓶的气压至20MPa。子站的站用储气瓶组由最高工作压力25MPa的高压储气瓶与相同耐压等级的中压储气瓶组成，这种先低压后中压再高压分三次向受气车辆供气的方法称为三线顺序加气方式，可提高气瓶取气率和压缩机工作效率。
3)由长管式运输车取气，补充站用储气瓶组气压的设备是子站压缩机。子站压缩机是专用设备，可自动顺序补充瓶组压力。其设备复杂、造价昂贵。由于气体的可压缩性和压缩热，机械能转换为压缩能的效率不高、动力消耗较大，这是子站投资最大、运行成本最高的部分。
4)卸气柱、售气机卸气柱是连接运输压缩天然气的长管式运输车与压缩机的专用设备，由接头、软管、阀门组成。所有的卸气柱都只有一条管路，对应长管式运输车汇气排的唯一接口；售气机是电脑自动控制进行计量和三线自动售气的设备，有三条管路分别连接高、中、低压储气瓶。
国内企业由美国引进的液压子站专利技术概述(申请号02803740.5)1)该技术的核心是利用液体的不可压缩性，以机械效率较高动力消耗较小的柱塞式油泵，将专利技术的液体注入车载容器中，避免输出气体时容器压力下降，实现无站用储气瓶组无压缩机的售气过程。
2)为了保证受气车辆气瓶压力达到20MPa，车载容器改用更高压力等级的长管容器符合DOT标准的15只Φ406×10975钢瓶组成40英尺集装箱，其工作压力25Mpa，造价比20MPa的容器高。该技术的车载容器共用一个进口充气，所有钢瓶统一压力。为了节省专利技术的液体，每只钢瓶设有单独一只气体出口气动阀门，两只液体进出气动阀门可轮流排出一只钢瓶的天然气，容器组的接管和气动阀门系统复杂投资较大，这种容器组组装的专用长管式运输车价格高于普通长管式运输车50％以上。同时专用的进口柱塞式油泵和控制油泵、容器组气动阀门的控制柜价格超过子站压缩机。
3)该技术与现有普通子站技术相比，略微减小了子站设备总投资和占地；油泵较压缩机简单、维护保养相对容易；运行成本明显降低；相对现有普通子站技术有明显优势。该技术已在国内进行工业性试验，尚未有正式商业运行的装置。
综上所述，现有普通子站技术存在建设投资大、动力消耗高、维修费用高等不足。由美国引进的液压子站投资同样很大，运行费用相对较低仍需每年数十万元。高昂的成本使压缩天然气价格长期居高不下，制约了这一清洁能源的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于最大限度地简化加气子站的设备，大幅度降低投资与运行费用而提供一种无动力天然气加气系统及其加气方法，促进压缩天然气的推广应用。
本发明的无动力天然气加气系统及其加气方法采用以下技术手段实现本发明的无动力天然气加气系统，包括运输车、卸气柱及售气机，在运输车上设置有多个独立供气的容器组，每组容器各自通过管道和阀门连接成一个出口；卸气柱设置有多个卸气接管；运输车上的各个压力容器组的进出口与卸气柱的各个卸气接管通过其对应的压力管路连接，卸气柱的各个卸气接管与售气机通过对应的压力管路直接连接。
本发明应用无动力天然气加气系统加气的方法，包括以下步骤1)、采用装有压力等级为25MPa，每组2-4个容器、共五组容器的单车向受气车供气a、各容器组(A)、(B)、(C)、(D)及(E)与卸气柱(2)的五个卸气接管同时连接，各容器组通过管路各自分别向5线售气机(3)供气；b、售气机自动按照(A)、(B)、(C)、(E)、(D)的顺序依次从各容器组取气，向受气车充气，直至高压组(E)的气压与受气车的气压接近平衡，即当售气机流量降至最低时，结束本单车的供气过程；c、解除各组容器与卸气柱(2)的管路连接，更换下一辆运输车，重复a、b项操作；2)、采用压力等级为25MPa，每车装有三组、每组2-5个容器的运输车，以双车形式向受气车供气；a、将第一辆车的A1组容器与卸气柱(2)的高压管路(4)、B1组容器与中压管路(5)、C1组容器与低压管路(6)分别通过管路连接，直接向三线售气机(3)并通过售气机(3)向受气车供气，售气机自动按照低压、中压、高压的顺序从容器组取气，直至A1组容器气压降至与受气车的气压接近平衡即完成第一阶段供气；
b、第二阶段放弃C1组，将低压管路(6)改接B1组；中压管路(5)改接A1组；高压管路(4)改接到第二辆车的C2组容器上，继续向售气机供气，售气机自动按照低压、中压、高压的顺序从容器组取气，直至C2组气压与受气车的气压接近平衡；c、继续依次类推直到B2组气压与受气车的气压接近平衡，A1组气压降至5Mpa，第一辆车完成全部供气过程，返回母站充气，第二车A2作为高压组，B2、C2为中低压组继续供气。
本发明与现有技术相比，不依靠压缩机、站用高中压储气瓶组补压或增压油泵保压，利用特殊设计的分组依次供气的长管式运输车和独特的分阶段卸气接管方式实现无动力快速售气；免除了子站供电、压缩、储气设备的投资与其动力消耗、维修费用；节省这些设备本身和其安全间距的占地。
图1为本发明的无动力天然气加气系统示意图也即本发明的单车加气方法示意图；图2为本发明的双车加气方法第一阶段供气示意图；图3为本发明的双车加气方法第二阶段供气示意图；图4为已有技术的普通天然气加气系统示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明本发明利用现有标准容器和通用阀门，通过将专用长管式运输车的压力容器钢瓶分组，依次向受气车供气的方式使长管式运输车同时具备运输和多线供气的功能，可直接向三线或五线售气机供气。在保持较高取气率条件下实现无动力消耗的售气过程。
参见图1所示的无动力天然气加气系统示意图本发明的加气系统包括运输车1、卸气柱2及售气机3，在运输车1上设置有每2-5个容器为一组，3-5个独立供气的容器组，每组容器各自通过管道和阀门连接成一个出口；卸气柱2设置有与容器组数量相等的卸气接管；运输车1上的各个压力容器组的进出口与卸气柱2的各个卸气接管通过其对应的压力管路连接，卸气柱2的各个卸气接管与售气机3通过对应的压力管路直接连接。
本发明应用无动力天然气加气系统为天然气汽车加气的方法有两种，第一种使用五组容器的专用运输车单车加气，第二种使用三组组容器的专用运输车双车加气。
本发明应用第一种无动力天然气加气系统为天然气汽车加气的方法，包括以下步骤a、首先由母站的压缩机经过充气柱向运输车1的各组容器充气至25Mpa，与目前普通运输车充气方式相同，设备通用。
b、五组容器专用运输车1专用于单车供气作业。将各组容器与卸气柱2通过5条管路同时连接，各组容器分别向5线售气机供气；c、售气机分别使用专用运输车各组容器提供的气体按照先低压后中压再高压的顺序向受气车充气，直至高压组A的气压与某辆受气车的气压接近平衡(售气机流量降至极限)，结束本车供气过程。
d、解除各组容器与卸气柱2的管路连接，更换下一辆运输车。
本发明应用第二种无动力天然气加气系统为天然气汽车加气的方法是依次递进更换各容器组的方法，即三线卸气柱轮流连接2辆专用运输车六个容器组中的三个。所用运输车1上设置有3组独立供气的25MPa等级容器组，每组容器各自通过管道和阀门连接成一个出口；卸气柱2设置有3个卸气接管，即高压接管4、中压接管5和低压接管6；运输车1上的各组压力容器组与卸气柱2的各个卸气接管通过对应的压力管路连接，卸气柱2的3个卸气接管与售气机3通过对应的压力管路直接连接。
第二种方法包括以下步骤a、首先由母站的压缩机经过充气柱向运输车1的各组容器充气至25Mpa，与目前普通运输车充气方式相同，设备通用。
b、参见图2，双车供气第一阶段供气方法与五组容器专用运输车的单车供气作业相同。将A1组容器与卸气柱2的高压管路4、B1组容器与中压管路5、C1组容器与低压管路6分别通过管路连接，直接向三线售气机3供气；直至A1组气压与受气车接近平衡时，完成第一阶段供气过程，这时全车卸气率48％。
c、参见图3，双车联用为第二阶段。放弃C1组，低压管路6改接B1组；中压管路5改接A1组；高压管路4改接C2组，继续向售气机供气，直至C2组气压与受气车接近平衡。
d、依次类推继续放弃B1组，低压管路6改接A1组；中压管路5改接C2组；高压管路4改接B2组，继续向售气机供气，直至B2组气压与受气车接近平衡。
e、B2组气压与受气车接近平衡时，低压管路6改接C2组；中压管路5改接B2组；高压管路4改接A2组，此时A1组气压降至5Mpa，第一辆车完成全部供气过程，返回母站充气。第二车A2作为高压组，B2、C2为中低压组继续供气，仍为单车(回到第一阶段状态)。
e、如此循环可使每车取气率达到78％。
第一种方法取气率在60％以上；第二种方法取气率达到78％，使长管式运输车的整车取气率接近普通8只Φ559×10975钢瓶的长管半挂车经压缩机卸气的水平，远远高于现有技术普通子站设备和工艺条件下25Mpa子站用储气瓶组取气率35％的水平。这是提高高压瓶组利用率、实现无动力子站加气设备经济运行的重要方式。两种方法均可满足实用需要，运行过程安全、清洁、无噪音无污染，技术先进可行。
本发明不依靠压缩机、子站用高中压储气瓶组补压或增压油泵保压，利用特殊设计的分组依次供气的长管式运输车和独特的分阶段卸气接管方式实现无动力三线快速售气；免除子站供电、压缩、储气设备的投资与其动力消耗、维修费用；节省这些设备本身和其安全间距的占地。与现有技术普通子站比较，每座子站节省100万元以上投资，每年节约50万元以上运行费用，可使天然气子站的加气成本大为降低，推广本技术对发展天然气汽车产业有重大意义。
本发明可以更安全更方便地建设可移动式加气站，任何有足够面积和符合消防安全间距的空地都能成为短期加气站用地，可解决长期阻碍加气站行业发展的“正式”、“永久”占地造成的征地难、规划难、审批难的问题。
权利要求
1.一种无动力天然气加气系统，包括运输车(1)、卸气柱(2)及售气机(3)，其特征在于在运输车(1)上设置有多个独立供气的容器组，每组容器各自通过管道和阀门连接成一个出口；卸气柱(2)设置有多个卸气接管；运输车(1)上的各个压力容器组的进出口与卸气柱(2)的各个卸气接管通过其对应的压力管路连接，卸气柱(2)的各个卸气接管与售气机(3)通过对应的压力管路直接连接。
2.根据权利要求1所述的无动力天然气加气系统，其特征在于所说的多个独立供气的容器组为3-5组，每2-5个容器为一组。
3.根据权利要求1所述的无动力天然气加气系统，其特征在于所说的多个卸气接管为3-5个。
4.一种应用无动力天然气加气系统加气的方法，其特征在于包括以下步骤1)、采用装有压力等级为25MPa，每组2-4个容器、共五组容器的单车向受气车供气a、各容器组(A)、(B)、(C)、(D)及(E)与卸气柱(2)的五个卸气接管同时连接，各容器组通过管路各自分别向5线售气机(3)供气；b、售气机自动按照(A)、(B)、(C)、(E)、(D)的顺序依次从各容器组取气，向受气车充气，直至高压组(E)的气压与受气车的气压接近平衡，即当售气机流量降至最低时，结束本单车的供气过程；c、解除各组容器与卸气柱(2)的管路连接，更换下一辆运输车，重复a、b项操作；2)、采用压力等级为25MPa，每车装有三组、每组2-5个容器的运输车，以双车形式向受气车供气；a、将第一辆车的A1组容器与卸气柱(2)的高压管路(4)、B1组容器与中压管路(5)、C1组容器与低压管路(6)分别通过管路连接，直接向三线售气机(3)并通过售气机(3)向受气车供气，售气机自动按照低压、中压、高压的顺序从容器组取气，直至A1组容器气压降至与受气车的气压接近平衡即完成第一阶段供气；b、第二阶段放弃C1组，将低压管路(6)改接B1组；中压管路(5)改接A1组；高压管路(4)改接到第二辆车的C2组容器上，继续向售气机供气，售气机自动按照低压、中压、高压的顺序从容器组取气，直至C2组气压与受气车的气压接近平衡；c、继续依次类推直到B2组气压与受气车的气压接近平衡，A1组气压降至5Mpa，第一辆车完成全部供气过程，返回母站充气，第二车A2作为高压组，B2、C2为中低压组继续供气。
5.根据权利要求4所述的无动力天然气加气的方法，其特征在于所说的容器组(A)、(B)、(C)、(D)及(E)是按照由(A)、(B)、(C)、(D)、(E)的顺序依次取气。
全文摘要
本发明公开了一种无动力天然气加气系统及其加气方法，该系统包括运输车1、卸气柱2及售气机3，在运输车1上设置有多个独立供气的容器组，每组容器各自通过管道和阀门连接成一个出口通过卸气柱2与售气机3通过对应的压力管路直接连接；本发明的加气方法包括如下两种方法1.采用装有压力等级为25MPa，每组2－4个容器、共五组容器的单车，依次连续向受气车供气2.采用压力等级为25MPa，每车装有三组、每组2－5个容器的运输车，以双车依次递进更换容器组的方式向受气车供气；本发明与现有技术相比，不依靠压缩机、站用高中压储气瓶组补压或增压油泵保压，利用特殊设计的分组依次供气的长管式运输车和独特的分阶段卸气接管方式实现了无动力快速售气。
文档编号B60S5/02GK1583480SQ20041002617
公开日2005年2月23日 申请日期2004年5月27日 优先权日2004年5月27日
发明者张云岭 申请人:张云岭