壓縮天然氣加氣機及其應(yīng)用現(xiàn)狀

趙德亮，張新軍

（伊犁州計量檢定所，新疆 伊寧 835000）

1 引言

汽車工業(yè)因經(jīng)濟、科技推動而發(fā)展迅速，現(xiàn)階段汽車儼然變?yōu)樯a(chǎn)、生活不可或缺的物品。以往汽車多是以柴油或者汽油等為動力能源，但是會造成較多污染。而天然氣在該方面優(yōu)勢明顯，其排放量相較于汽油與柴油來說更為理想。借助天然氣能夠?qū)Υ髿馕廴疚锱欧偶右园芽?，并且降低對于石油等諸多化石能源的依賴。相較于傳統(tǒng)燃料而言，以天然氣為能源的汽車費用也更低，對推進汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言意義重大。同時，天然氣汽車也使加氣站等得到帶動，后者可以分成“標準站”“母子站”兩類，而天然氣在儲藏形式方面則可分成壓縮、液化兩種類型。下文就壓縮天然氣（CNG）對應(yīng)的加氣機展開介紹，并就其應(yīng)用現(xiàn)狀展開探析。

2 CNG加氣機結(jié)構(gòu)與原理探析

對于加氣站而言，CNG加氣機是不可或缺的計量裝置，并且該裝置通常置于高壓與震動的環(huán)境之中，因此，必須確保該裝置契合計量、控制的要求。計量主要是針對加氣量做到精確檢測，而控制則是對氣壓而言，從而保障相應(yīng)的加氣效率與安全。CNG加氣機通常由加氣槍、壓力傳感器、流量計、電磁閥以及電控系統(tǒng)等諸多部分構(gòu)成，圖1便是其結(jié)構(gòu)圖。

圖1 CNG加氣機結(jié)構(gòu)圖

天然氣需要借助管網(wǎng)進入到加氣站當中，借助壓縮機進行壓縮從而形成壓縮天然氣，通常是把20MPa、15MPa與101MPa壓強的氣體分別儲藏于高、中、低三種儲氣瓶之中。瓶中氣體需要借助相應(yīng)的管線輸送至相匹配的加氣機當中。隨后于加氣機當中依靠過濾系統(tǒng)進行過濾，并借助電控系統(tǒng)來控制不同壓強的電磁閥開關(guān)。氣體計量需要依靠質(zhì)量流量計來實現(xiàn)，并最終將得到計量后的氣體裝進天然氣汽車儲氣瓶當中。全程相應(yīng)的顯示或者是儲存流程均依靠電控系統(tǒng)實現(xiàn)，后者是通過對計量信號的控制來實現(xiàn)整個流程，其過程如下：首先需要由加氣機對預設(shè)金額或者是加氣量進行讀取，而后依靠壓力傳感器來對儲氣瓶中相應(yīng)數(shù)值進行讀取，并打開對應(yīng)的電磁閥進行氣體的壓入。當汽車儲氣壓力快要達到低壓瓶壓力時，便不能繼續(xù)進行氣體的壓入，而系統(tǒng)也會自動打開壓力更高的電磁閥，直到最后加氣量契合相應(yīng)的金額。

3 CNG加氣機相應(yīng)的性能指標

就CNG加氣機來說，其性能指標如下所示：首先為壓力范圍，其是指加氣機對應(yīng)的設(shè)計、額定以及最大工作壓力上限，并且對于設(shè)計工作壓力來說需要≥27.5MPa，額定工作壓力則應(yīng)≥20MPa，其最大工作壓力則不應(yīng)低于25MPa。

其次，對于計量性能來說，其要求如下：加氣機需要以誤差要求為導向做到精確加氣，通常其準確性不得小于1.0級，也就是最大誤差需要控制在±1.0%之內(nèi)。同時，顯示器相應(yīng)的金額相較于付費金額來說差值絕對值也不得超出最小付費變量[1]。

第三，對于流量范圍來說，加氣機需要以流量不同為導向分成小流量、中流量以及大流量三種加氣機。其中小流量加氣機對應(yīng)的最高流量需要低于30kg/min,而大流量加氣機對應(yīng)的最大流量則需要超過70kg/min，中流量加氣機對應(yīng)的最大流量則需要處于上述要求流量之間。

第四，對于氣密性與安全性來說，若加氣機低于20MPa，那么需要保壓10min左右，并且氣路系統(tǒng)與附件不得發(fā)生泄漏情況。此外，若加氣機處于35MPa形式的額定靜態(tài)壓力中，那么需要維持1min，并且不得出現(xiàn)變形或者是破裂情況，保證使用時沒有諸多安全隱患。就汽車儲氣瓶來說，若其壓力在19MPa到20MPa之間，那么加氣機便可自動停止加氣[2]。

4 加氣機系統(tǒng)功能探析

CNG加氣機配有的管理系統(tǒng)主要是針對加氣流程展開控制，并確保計量數(shù)據(jù)得到有效存儲與處理，同時還應(yīng)契合相應(yīng)的擴展需要。首先，要對電磁閥加以控制，該功能可以看作加氣機的關(guān)鍵，控制系統(tǒng)除了要對電磁閥相應(yīng)的開關(guān)做到精準控制外，還需要對其順序進行控制。其次則是對壓力信號進行采集，通常控制系統(tǒng)可以流量開關(guān)進行把控，并借助A/D傳感器實現(xiàn)由流量計量向著壓力信號再到電信號的高效轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)精確記錄。第三則是輸入與輸出，CNG加氣機必須保證天然氣相應(yīng)的單價、金額等完全顯示，因此，需要借助LCD模塊進行輸入與輸出。最后則是與數(shù)據(jù)存儲以及網(wǎng)絡(luò)擴展相關(guān)。系統(tǒng)除了要契合因加氣站、操作人員、加氣機等不同帶來的復雜數(shù)據(jù)處理需要之外，還需要確保數(shù)據(jù)可以及時得到打印、查詢。此外，還應(yīng)站在戰(zhàn)略角度來對后續(xù)嵌入產(chǎn)品伴有的網(wǎng)絡(luò)需要進行考慮，并且配置相契合的網(wǎng)絡(luò)接口。

5 CNG加氣機在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

國外由于在工業(yè)層面起步較早，因此環(huán)境問題也較早地顯現(xiàn)并得到各國重視。例如，美國、日本、德國等諸多國家便借助大量資金投入以及稅收等政策來推動CNG加氣機以及相配套的加氣站的建設(shè)。21世紀初美國不僅加大力度推進燃料汽車的研發(fā)與應(yīng)用，并且設(shè)置了相匹配的具有強制性的政策，為清潔性能源的推廣夯實了基礎(chǔ)。上述措施不但使天然氣汽車得到高效推廣，還為CNG加氣機以及相配套加氣站的發(fā)展提供了保障。而對于CNG加氣機來說，其最早還是源于歐洲，由于歐洲天然氣供應(yīng)網(wǎng)極為發(fā)達，促使意大利等國家相繼加快了對于天然氣汽車的研發(fā)[3]。

國內(nèi)在天然氣汽車方面研發(fā)起步較晚，最早是在2000年于淄博成功地進行了首臺國產(chǎn)加氣機的研發(fā)，隨后逐步實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化形式的生產(chǎn)。更多公司因科技、政策等的推動逐步投入到加氣機的研發(fā)以及生產(chǎn)之中，政府以該行業(yè)特點為基礎(chǔ)進行了支持政策的制定?，F(xiàn)階段，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了大量的加氣站，這對于環(huán)境保護以及能源多元利用來說意義重大，同時也為推進汽車工業(yè)高效、環(huán)保發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。雖然國內(nèi)在CNG加氣機層面的發(fā)展較為顯著，但相較于國外技術(shù)來說仍舊存有滯后。傳統(tǒng)能源應(yīng)用隨著數(shù)量減少、環(huán)境污染等問題變得舉步維艱，因此必須依靠替代品解決。因此，從天然氣出發(fā)推進CNG加氣機等的研發(fā)與生產(chǎn)極為關(guān)鍵，研發(fā)與投產(chǎn)必須對其具備的便利性、高效性等加以關(guān)注。此外，CNG加氣機在應(yīng)用層面也出現(xiàn)了諸多檢定問題，這多與人員操作、氣源密度等密切相關(guān)。因此，該行業(yè)必須針對操作人員提升資質(zhì)要求。例如，對加氣機實施檢定的技術(shù)人員必須經(jīng)過計量部門規(guī)定的培訓和考核，只有具備檢定員證才可上崗。同時，還應(yīng)針對機器內(nèi)部以及外部環(huán)境等做到定期檢查，其檢定工作需要以相關(guān)檢定規(guī)程為導向開展，例如，其環(huán)境溫度必須控制于-20℃到50℃之間，濕度則應(yīng)控制于35%到95%。

6 結(jié)論

總之，CNG加氣機從出現(xiàn)到如今廣泛普及已經(jīng)歷經(jīng)百年發(fā)展，并且其市場也顯得較為成熟，未來必然也會朝著智能、多元化層面推進。對于天然氣汽車來說，CNG加氣機出現(xiàn)起到了巨大的促進作用，其研發(fā)與生產(chǎn)愈加成熟，同時應(yīng)用方面也更具可靠、安全性，對強化社會效益以及企業(yè)相應(yīng)的經(jīng)濟效益夯實了基礎(chǔ)。