天然气充装方法

天然气充装方法
【专利摘要】本发明提供一种天然气充装方法，包括将天然气充装到车载气瓶之前对通过冷却装置对天然气进行冷却处理，天然气温度的冷却处理范围在低于环境温度40℃到0℃之间。通过充装前降低天然气温度，提高车载气瓶的有效容积利用率，使车辆增加行驶里程，减少充装次数,以及减少空驶里程和往返加气站的时间，减少压缩机压力补偿加压时过度动力消耗，从而达到节能和增加经济效益的有益效果。
【专利说明】
天然气^充装方法
技术领域
[0001] 本发明属于天然气充装方法的技术领域，具体涉及一种天然气充装方法。
【背景技术】
[0002] CNG即压缩天然气（Compressed Natural Gas,简称CNG)是天然气加压并以气态 储存在容器中。压缩天然气除了可以用油田及天然气田里的天然气外，还可以人工制造生 物沼气（主要成分是甲烷）。CNG可作为车辆燃料使用。是一种理想的车用替代能源，其应 用技术经数十年发展已日趋成熟。具有成本低，效益高，无污染，使用安全便捷等特点，正日 益显示出强大的发展潜力。
[0003] CNG加气站是指以压缩天然气形式向天然气汽车和大型CNG子站车提供燃料的场 所。目前国内外天然气加气站充装工艺流程依次包括常温高压、压力补偿、快速充装（高流 速），天然气经管道或撬装气瓶组送至加气站，再经管道输送，压缩机加压到20mp后，脱水 除油，高于环境温度15°C冷却处理，送至储气井或加气机计量，最后充装到车载储气瓶。目 前加气站采用的气体充装质量指标有：充装压力为20°C 20MP (国家安全规定强制执行）； 气体含水率为-40°C露点温度（国家规定）；充装气体温度不得高于环境温度15°C以上（压 缩机生产厂指标）；气体充装流速为慢充时不得小于〇.25m 3/min，不得大于8m3/min，目前采 用的充装方法流速达到7. 5m3/min。
[0004] 目前通用的充装方法，加气时压缩机温度高于环境温度15°c，加气机快速充装时 流速过大使得气体进入气瓶内重新快速压缩过程产生大量气流摩擦生热，因此气瓶内的 气体温度在充装完成后瓶内气体温度超过环境温度25°C至40°C，之后气瓶内气体温度逐 渐与环境温度达到平衡，内外温度平衡后，气瓶内气体压力也随之从50°C、20MPa下降到 15°C、14MPa，而标准充装压力应达到15°C、17. 8MP，因此实际充装天然气降幅达27%。因此 存在着车载气瓶的有效容积利用率低的问题。

【发明内容】

[0005] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种天然气充装方法，通过充装前 降低天然气温度，提高车载气瓶的有效容积利用率，使车辆增加行驶里程，减少充装次数， 减少压缩机压力补偿加压时过度动力消耗，从而达到节能和增加经济效益的有益效果。
[0006] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] -种天然气充装方法，包括将天然气充装到车载气瓶之前通过冷却装置对天然气 进行冷却处理，天然气温度的冷却处理范围在低于环境温度40°C到0°C之间。
[0008] 优选地，所述冷却装置包括冷却器，所述冷却器为1:20~30大长径比单枪盘管冷 却组合式冷却器。
[0009] 优选地，所述冷却装置还包括制冷机和循环栗。
[0010] 优选地，所述冷却处理过程包括对天然气温度进行实时监测，以及对工况温度进 行实时监测。
[0011] 优选地，所述方法包括冷却处理后充装到车载气瓶中的天然气温度为-10°C~ 40 cC 〇
[0012] 优选地，所述方法包括在冷却处理过程中对冷却装置进行温度设置，对冷却温度 进行自动调整。
[0013] 本发明提供的天然气充装方法是在传统方法采用常温、高压、压力补偿、快速充装 的基础上增加温度补偿的工艺流程，通过对充装到车载气瓶内的天然气在充装前进行冷却 处理，抵消了天然气充装进气瓶时因摩擦热升高的温度，提高车载气瓶的空间利用率，较现 有技术增加27%，进而使车辆增加行驶里程，减少充装次数，以及减少空驶里程和往返加气 站的时间，减少压缩机压力补偿加压时过度动力消耗，从而达到节能和增加经济效益的有 ?效果。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明实施例天然气充装方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015] 以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
[0016] 实施例1
[0017] 如图1所示，一种天然气充装方法，
[0018] (1)天然气经管道或撬装气瓶组送至加气站；
[0019] (2)天然气经管道进入压缩机，加压到20Mpa的充装压力；
[0020] (3)对天然气进行脱水除油处理；
[0021] (4)对天然气进行冷却处理，冷却后天然气温度不高于环境温度15°C，即T天然气 < T环境+15 C，其中T天然气为冷却后天然气温度，T环境为环境温度；
[0022] (5)天然气输送至储气井或加气机，计量；
[0023] (6)天然气通过冷却装置进行冷却处理后充装到车载气瓶中，冷却处理过程使天 然气温度范围在低于环境温度40°C到低于环境温度0°C之间，即冷却能力在降低温度为 0~40 °C的范围内。如环境温度为30 °C时，冷却处理过程将天然气温度降低至-10 °C~ 〇°C，则降低温度范围为30~40°C;若环境温度为20°C时，冷却处理过程将天然气温度降低 至-10 °C~10 °C，则降低温度范围为10~30 °C;若环境温度为10 °C时，冷却处理过程将天然 气温度降低至-l〇°C~KTC，则降低温度范围为0~20°C ;优选的，充装到车载气瓶内的天 然气温度在-KTC~40°C范围内；进一步优选充装到车载气瓶内的天然气温度在-KTC~ 15°C范围内。
[0024] 充装到车载气瓶的天然气充装前经上述步骤（6)冷却处理后，使得车载气瓶内的 天然气温度维持在与环境温度温差5 tC以内，即±5tC，其中Tjffirt为车载气瓶内温度；优 选将车载气瓶内的天然气温度精确控制精度在与环境温度温差1°C以内，即±1°C。
[0025] 本实施例中所述冷却装置包括冷却器，所述冷却器为安装在加气机上层空间的 1:20~30大长径比单枪盘管冷却组合式冷却器，即冷却器内部为多条单枪盘管组合在一 起，所述单枪盘管的直径与长度比为1:20~30,本发明采用冷却器的冷却效果更好、冷却 效率高、成本低。本发明方法中所述冷却装置还包括制冷机和循环栗，冷却器和制冷机、循 环栗等设备组成一套制冷系统同步运行。本实施例步骤(6)中在冷却处理过程中对天然气 进行实时的温度监测，同时检测环境温度，根据监测到的天然气温度和环境温度，以及预先 对冷却系统设置温度范围，进而使冷却器自动调整冷却温度，使得天然气充装到车载气瓶 中的温度趋近于环境温度。还包括对工况温度进行实时的温度监测，提高冷却处理过程温 度控制的精度。
[0026] 本实施例所述方法有效提高了车载气瓶的空间利用率，具体说明如下：
[0027] 设在气瓶的水容积为75L，在2min时间内充装至20Mpa的压力而且可以认为压 缩过程气体终状态的温升与压缩机储气装置来气初状态无关。若环境温度为15°C表压为 〇mp，充气量为Om 3;终状态瓶内气体温度50°C，表压为20Mpa，此时应用状态方程PV = mRT， 求出充气量为17. lm3。经一段时间，最终瓶内气温与环境温度（15°C )趋于平衡，瓶内表压 为14Mpa，充气量仍为17. Im3 (出自《天然气输配技术》，严铭卿等，化学工业出版社，第234 页）。如下表1所示国家永久气体在不同充装温度下的最高充装压力标准，甲烷气体15°C 条件下最高充装压力应为17. 8Mpa(出自《气体充装安全技术》，黄河水利出版社，张建新， 第89页），根据对比态原理（出自《天然气输配技术》，第5页），
[0028] Pr = P/Pc
[0029] Tr = T/Tc
[0030] Pr= P / P c
[0031] 15°C、14MPa下的天然气体积与50°C、20MPa下的天然气质量相等，压力变化差 为：17. 8Mpa_14Mpa = 3. 8Mpa，每单位压力下气体体积为 17. lm3/14MPa = I. 2214m3/MPa， 那么此压力差下可充装气体体积为3. 8MpaX I. 2214m3= 4. 64m3,所以由此可知应用本发 明在充装方法在上述条件下可以增加天然气的充装体积为4. 64m3,即提高气瓶有效用气 4. 64m3/17. Im3= 27%。本发明实验性充装数据也和上述计算相符。
[0032] 表1国家永久气体在不同充装温度下的最高充装压力标准（摘要）
[0033]
[0034] 在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是 本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本 发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术 方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的 变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本 发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技 术方案保护的范围内。
【主权项】
1. 一种天然气充装方法，其特征在于，所述方法包括将天然气充装到车载气瓶之前通 过冷却装置对天然气进行冷却处理，天然气温度的冷却处理范围在低于环境温度40°C到 o°c之间。2. 根据权利要求1所述的天然气充装方法，其特征在于，所述冷却装置包括冷却器，所 述冷却器为1:20~30大长径比单枪盘管冷却组合式冷却器。3. 根据权利要求2所述的天然气充装方法，其特征在于，所述冷却装置还包括制冷机 和循环栗。4. 根据权利要求1所述的天然气充装方法，其特征在于，所述冷却处理过程包括对天 然气温度进行实时监测，以及对工况温度进行实时监测。5. 根据权利要求1所述的天然气充装方法，其特征在于，所述方法包括冷却处理后充 装到车载气瓶中的天然气温度为-l〇°C~40°C。6. 根据权利要求1-5任一所述的天然气充装方法，其特征在于，所述方法包括在冷却 处理过程中对冷却装置进行温度设置，对冷却温度进行自动调整。
【文档编号】F17C5/06GK105987275SQ201510058308
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月4日
【发明人】江林言
【申请人】江林言