技術(shù)改造完成CNG高效安全充氣的實(shí)際應(yīng)用

王云德，郭麗萍，劉剛

（沈陽燃?xì)庥邢薰?，遼寧　沈陽　110000）

1 概述

天然氣是國(guó)家支持發(fā)展的新型能源，其重要成分是甲烷（含量在95%以上），另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。天然氣已廣泛使用在居民家庭用氣，鍋爐采暖，交通燃料等方面。其應(yīng)用方式也多種多樣：常壓天然氣、高壓天然氣、CNG（壓縮天然氣）、LNG（液化天然氣）等。CNG是一種最理想的車用替代能源，它具有成本低，效益高，無污染，使用安全便捷等特點(diǎn)，正日益顯示出強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿ΑＷ陨鲜兰o(jì)80年代我國(guó)引進(jìn)了部分CNG加氣站設(shè)備，在四川建立了我國(guó)第一座CNG加氣站開始[1]，全國(guó)各地的CNG加氣站猶如雨后春筍般紛紛拔地而起。

沈陽作為東北第一大城市，CNG使用量也正逐年提高。目前沈陽機(jī)動(dòng)車保有量為110萬輛，其中1.7萬輛的出租車，5000多輛的公交車和越來越多的私家車改用CNG作為原料，CNG日使用量約30萬m3，沈陽燃?xì)饧瘓F(tuán)為滿足日益增長(zhǎng)的CNG市場(chǎng)需求，近三年CNG母站項(xiàng)目建設(shè)見表1:

表1 近三年CNG母站項(xiàng)目建設(shè)一覽表

2 汽車儲(chǔ)氣罐充氣過程

（1）從加氣柱槍盒上卻下快速接頭，將加氣槍嘴插入汽車儲(chǔ)氣罐上的加氣接口，可靠連接；（2）關(guān)閉加氣柱上的放空球閥，打開汽車儲(chǔ)氣罐上的球閥，此時(shí)可從加氣柱上的放空壓力表讀出汽車儲(chǔ)氣罐的殘余壓力；（3）打開加氣柱上的加氣球閥。然后按“加氣”鍵開始加氣，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動(dòng)結(jié)束加氣，如果汽車不需要加足氣，也可以按“停止”鍵手動(dòng)停止加氣；（4）關(guān)閉汽車儲(chǔ)氣罐上的球閥；

（5）關(guān)閉加氣柱的加氣球閥，打開放空球閥排除汽車儲(chǔ)氣罐上的球閥至加氣柱的加氣球閥之間的管道中的高壓氣體；（6）從汽車儲(chǔ)氣罐取下快速接頭放回加氣柱槍盒內(nèi)，結(jié)束加氣。

3 CNG加氣柱排空回收技術(shù)

3.1 基本思路

每次給汽車儲(chǔ)氣罐加氣結(jié)束都需要將長(zhǎng)約3米的加氣軟管內(nèi)殘余氣體排空后才能去下軟管連接，為了減少排空過程中造成的資源浪費(fèi)，避免排空氣體形成安全隱患，研究出一套行之有效的方法和裝置[2]，對(duì)排空天然氣減壓、回收，進(jìn)而再次利用，以實(shí)現(xiàn)加氣過程中“零排放”、“零污染”。

3.2 具體過程

實(shí)現(xiàn)的具體方式是在加氣柱排空口加一個(gè)控制閥門，并增加一路余氣減壓回收裝置，將原來直接排入大氣的天然氣通過該裝置回收入燃?xì)鈿夤?。以單臺(tái)CNG加氣柱型號(hào)JQF-A90B為例，在排空口焊接上DN15球閥后通過管線將殘余CNG排到集氣緩沖罐中，再通過天然氣回收降壓裝置存入燃?xì)鈿夤?，?shí)現(xiàn)再利用。

改造后對(duì)CNG槽車加氣操作過程完全一樣并無增加操作難度和工作量，且具有防止排空氣體聚集形成爆炸源，提高了操作的安全性，降低了對(duì)大氣的污染。此外針對(duì)CNG壓縮機(jī)填料密封漏氣和安全閥排空天然氣進(jìn)行改造，改造方式與CNG加氣柱放散回收結(jié)構(gòu)類似，將原本直接排向大氣的氣體出口改造成帶有天然氣氣體減壓回收裝置，幾乎實(shí)現(xiàn)了整個(gè)CNG生產(chǎn)和出廠過程中的“零損耗”，大大削弱了CNG生產(chǎn)過程中的資源浪費(fèi)，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 排空回收改造后的經(jīng)濟(jì)性

沈陽燃?xì)饧瘓F(tuán)每天CNG槽車約60輛，單臺(tái)加氣機(jī)每次排空天然氣約0.5 m3，天然氣排空回收改造后每年回收天然氣超10000 m3；另外CNG加氣柱本體或前端管道進(jìn)行維修需要排空時(shí)也可以利用改造后的裝置進(jìn)行回收[3]，此項(xiàng)每年回收天然氣約500 m3；還有對(duì)CNG壓縮機(jī)填料密封漏氣和安全閥排空天然氣回收改造每年回收天然氣約5000 m3。此兩處裝置每年回收氣體總量約15500 m3，為公司每年節(jié)約資金8萬余元。

4 充車方式研究

（1）我站共有4臺(tái)CNG壓縮機(jī)可以滿足4臺(tái)加氣柱重啟，即4打4。以每臺(tái)車能裝3500m3計(jì)算，需要1小時(shí)45分鐘。并且中間換車時(shí)，需要將壓縮機(jī)停止（停壓縮機(jī)需要5分鐘），拆地線，拆安全繩，拔管，關(guān)車門（需要5分鐘），引領(lǐng)下一臺(tái)車入位，接地線，開車門，接管，接安全繩（部分車需要接空氣接頭）需要10分鐘，再次啟動(dòng)壓縮機(jī)（需要5分鐘）。所以一臺(tái)車在如此情況下從進(jìn)站開始到結(jié)束離站，最快也要2小時(shí)10分鐘。以上4打4方式，有很多缺點(diǎn)：①充車?yán)速M(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)；②充車結(jié)束后需要停壓縮機(jī)，再次充車需要再次啟動(dòng)。造成啟停壓縮機(jī)頻繁，再次浪費(fèi)時(shí)間；③員工操作任務(wù)重，增加了誤操作的機(jī)率；④壓縮機(jī)啟停頻繁，對(duì)電機(jī)造成損害。總結(jié)以上經(jīng)驗(yàn)，時(shí)間浪費(fèi)在換車時(shí)，每車共計(jì)浪費(fèi)25分鐘。如果壓縮機(jī)不停，以上浪費(fèi)的時(shí)間可以縮短甚至沒有中間過程，那么充車效率將大大加快。針對(duì)以上要求特制定方案：充車方式2臺(tái)壓縮機(jī)給1個(gè)加氣柱打氣，這樣就有2臺(tái)車在充氣，2臺(tái)車在等待，既2打1。以每臺(tái)車能裝3500m3計(jì)算，需要50-55分鐘。充氣過程中等待的車輛可以先把準(zhǔn)備工作做好，即接地線，開車門，接管，接安全繩（部分車需要接空氣接頭），把這部分時(shí)間統(tǒng)籌到充氣的時(shí)間中。當(dāng)充氣車充滿時(shí)，利用卸車臺(tái)連通閥門將氣立即導(dǎo)入等待的車中，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)不停，連續(xù)供氣，又消除了啟停壓縮機(jī)所需要的時(shí)間。2充2等的優(yōu)點(diǎn)：①消除的中間環(huán)節(jié)的時(shí)間浪費(fèi)；②減少了壓縮機(jī)的啟停頻次，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行；③操作簡(jiǎn)便，易懂。減少了誤操作的機(jī)率；④充車效率提高。

（2）充車時(shí)間受多種因素影響。如進(jìn)站壓力，調(diào)壓器調(diào)壓后壓力，溫度，壓縮機(jī)運(yùn)行情況，來車壓力，溫度等，本次研究只針對(duì)[4]，壓縮機(jī)運(yùn)行正常，溫度一定時(shí)只對(duì)壓力進(jìn)行的研究。經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的采集如表2：

表2 充車時(shí)間多種因素影響

通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析,得出以下結(jié)論：①最長(zhǎng)等車時(shí)間：3小時(shí)左右；②充車時(shí)間受減壓撬出口壓力影響，壓力越高，充車用時(shí)越短；③減壓撬出口壓力從1.8Mpa提到1.95Mpa充車用時(shí)提高約5分鐘。

一期加氣站CNG壓縮機(jī)充車用時(shí)在1小時(shí)10分至1小時(shí)20分之間。因?yàn)橐黄诩託庹緸橐淮蛞唬砸黄诩託庹救匀挥蓄l繁起停壓縮機(jī)和拆卸管等浪費(fèi)時(shí)間的問題，時(shí)間浪費(fèi)在換車時(shí)，每車共計(jì)浪費(fèi)25分鐘。這樣充車總時(shí)間將達(dá)到1小時(shí)45分鐘。操作上也比二期任務(wù)要重，誤操作機(jī)率也比較高。

除去以上因素，還需要進(jìn)一步提高效率，實(shí)現(xiàn)多充，那么我們就要想進(jìn)一步從車上找方法，降溫就是其中之一，建造槽車噴淋系統(tǒng)。具體如下：

水箱1→水泵1→涼水塔→水箱2→水泵2→噴淋系統(tǒng)→過濾裝置→水箱1

噴淋系統(tǒng)只在夏季運(yùn)行，冬季由于氣溫較低，本身就會(huì)多充一些，夏季由于溫度較高，噴淋后車體降溫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)槽車內(nèi)氣體降溫，壓力降低實(shí)現(xiàn)多充。我站已經(jīng)對(duì)CNG充氣母站進(jìn)行改造[5-7]，加設(shè)噴淋系統(tǒng)，經(jīng)過夏季運(yùn)行情況理想。

5 結(jié)語

中國(guó)汽車需求量和保有量的快速增長(zhǎng)加重了石油資源短缺和環(huán)境污染的嚴(yán)峻形勢(shì)，近年來中國(guó)大中城市霧霾天氣次數(shù)逐年攀升，燃油汽車尾氣排放是其重要形成原因之一，發(fā)展CNG汽車將成為解決能源問題和環(huán)境問題的重要途徑。合理高效使用天然氣，對(duì)改善大氣污染，降低用車燃料成本，尤其在氣源緊張的東部地區(qū)顯得至關(guān)重要。CNG汽車用戶群是中國(guó)最具發(fā)展?jié)摿Φ奶烊粴馐袌?chǎng)，在未來的中國(guó)以CNG為主打的天然氣汽車，無論是在技術(shù)、市場(chǎng)[8-10]，還是產(chǎn)業(yè)上，都會(huì)有一個(gè)前所未有的發(fā)展前景。CNG母站如何根據(jù)自己的實(shí)際情況高效安全的完成CNG充裝，也是為祖國(guó)能源事業(yè)貢獻(xiàn)了一份自己的量。

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