CN102927437A - 高效节能型大排量双线液压加气子站系统 - Google Patents

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黄重国
张兰江
靳舜尧
张红彬
林威
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一种高效节能型大排量双线液压加气子站系统,属于压缩天然气加气技术领域。包括液压子站CNG运输拖车、液压增压橇体、电气控制系统和加气机四部分,液压子站CNG运输拖车通过高压软管分别连接液压增压橇体操作台上的液压油路快装接头、排气气路快装接头以及顶升块体快装接头,液压增压橇体的排气管路连接到加气机上,电气控制系统通过电气管路分别连接液压子站CNG运输拖车和液压增压橇体的控制模块。优点在于,高效、节能、加气能力大、运行稳定;可以实现大范围1700~4080 m3/h的无级调节并兼容8管559系列和6管711系列的液压子站CNG运输拖车的卸气功能。

Description

高效节能型大排量双线液压加气子站系统技术领域[0001] 本发明属于压缩天然气(CNG)加气技术领域,尤其涉及一种高效节能型大排量双线液压加气子站系统。本发明不但兼容了 8管559系列和6管711系列的液压子站CNG运输拖车的卸气功能,而且还具有加气能力和加气效率高、能耗低、系统运行稳定液压泵使用寿命长等优点。背景技术[0002]目前,现有的天然气液压加气子站的排量(加气能力)主要有IOOONmVh和 2000Nm3 /h两种,通过配备储气瓶直径为559mm,最大公称容积为18m3,最大天然气运输量为 455INm3的8管液压子站CNG运输拖车(CNG储运行业称之为559系列液压子站CNG运输拖车),实现了天然气无管网化的使用。但是这两种类型的天然气液压加气子站存在加气车辆排队等候时间长,加气速度慢,加气效率低,排量小、卸气慢等困扰用户的难题,不但降低了用户的经济效益,而且无法满足天然气燃料车用气量大的需求,也严重制约了天然气能源的发展利用。随着大直径(711. 2mm)最大公称容积为22m3,最大天然气运输量为5564Nm3的 6管液压子站CNG运输拖车(CNG储运行业称之为711系列液压子站CNG运输拖车)的入市, 目前现有的天然气液压子站的加气能力已经无法满足用户的实际需求。[0003] 同时现有的天然气液压加气子站技术中存在的缺点以及在使用过程中遇到的问题也越来越多,主要表现为:液压子站长时间连续运行后,液压油油温上升较快,散热不良, 极大的影响了液压油的使用寿命;现行的油温检测传感器仅仅安装在油箱内表面,由于随着油温的不断升高,油箱内的液压油会出现比较复杂的层流状态,高温液压油流速较快,最先进入吸油泵中,而此时温度较低的液压油都积聚在油箱内壁法向上的一定空间内,这样通过温度传感器传输给控制器的温度参数就不能很精确的反映液压泵中的实际油温,容易造成液压泵过热运转,缩短其使用寿命,情况严重的时候可能会造成液压泵报废停机;在回油时液压油中含有气泡,容易对泵造成气蚀,也会缩短液压泵的使用寿命;此外现有液压加气子站由于受制于加气能力的限制,其电机和液压泵都会长时间连续超负荷运行,不但增加了整体系统的能耗,而且还对各个重要模块的使用寿命和稳定性都造成不良影响。发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种高效节能型大排量双线液压加气子站系统,不但兼容了 8管559系列和6管711系列的液压子站CNG运输拖车的卸气功能,而且还具有加气能力和加气效率高、能耗低、系统运行稳定液压泵使用寿命长等优点。克服了目前现有的液压加气子站加气能力和加气效率低、能耗高、系统运行不稳定、液压油油温高、液压泵使用寿命短等缺点。[0005] 本发明的系统结构如图I所示,主要包括液压子站CNG运输拖车、液压增压橇体 (HPU)、电气控制系统和加气机四大组成部分。液压子站CNG运输拖车通过高压软管分别连接液压增压橇体操作台上的液压油路快装接头、排气气路快装接头以及顶升块体快装接头,液压增压橇体的排气管路连接到加气机上,电气控制系统通过电气管路分别连接液压子站CNG运输拖车和液压增压橇体的控制模块。液压子站CNG运输拖车作为液压加气子站系统的组成部分,不但承担了运输、储存CNG的任务,而且还承担了加气管道的作用,使工艺管线简单化,节约了管线,提升了效率。[0006] 液压子站CNG运输拖车的储气瓶束平均分为两组,一组为高压瓶组,一组为低压瓶组,注油端和排气端分别通过管路汇聚于液压油路快装接头12和排气气路快装接头13 ; 液压增压橇体通过排气气路快装接头13和排气气路换向气动阀组10分别连接所述加气机的双管路机构;低压瓶组中的CNG通过自压差,经气动安全阀14、油气分离过滤器11、排气气路换向气动阀组10、加气机低压管路向车用CNG钢瓶内加气;电气控制系统监测到加气机流速降低到设定值时,控制器发出指令,隔爆变频异步三相电机6、高压液压泵7、供油泵2开始工作,液压油油箱I内的液压油经油温换热器3、吸油过滤器4、高压液压泵7、供油压力调节模块8、液压油路换向气动阀组9以及液压油路快装接头12向高压瓶组储气瓶内充入高压液体介质,将高压瓶组某一储气瓶内的CNG经气动安全阀14、油气分离过滤器 11、排气气路换向气动阀组10、加气机高压管路排出向车用CNG钢瓶内加气,同时始终保持高压瓶组瓶中的压力为20MPa ;待高压气瓶中CNG排出率达到95%时,控制系统启动回油程序,高压气瓶中的液压油通过液压油路快装接头12、液压油路换向气动阀组9、回油电磁阀 18以及回油滤油器17回到油箱I ;同时所述电气控制系统自动控制切换高压瓶组和低压瓶组,重复上述排气过程,最终实现所述液压子站CNG运输拖车的储气瓶束内气体和液体的循环加注。[0007] 液压增压橇体(HPU)部分包括液压系统、动力系统、自动控制系统等,主要组成部件有:液压油箱I、供油泵2、油温换热器3、吸油过滤器4、油温传感器5、隔爆变频异步三相电机6、液压泵7、供油压力调节模块8、液压油路换向气动阀组9、排气气路换向气动阀组10、油气分离过滤器11、液压油路快装接头12、排气气路快装接头13、气动安全阀14、压力表15、油温加热器16、回油滤油器17、回油电磁阀18、液位计19等。供油泵2置于液压油箱I中,通过吸油管连接到油温换热器3上,油温换热器3通过法兰盘连接液压油箱I的出口法兰,吸油过滤器4连接油温换热器3,油温传感器5布置于吸油过滤器4的出口管道上, 隔爆变频异步三相电机6通过联轴器连接液压泵7,液压泵7的入口端通过软管连接吸油过滤器4的出口管道,液压泵7的出口端通过高压软管连接供油压力调节模块8,供油压力调节模块8的溢流口通过高压软管连接液压油箱I的溢流口法兰,供油压力调节模块8的高压油出口连接液压油路换向气动阀组9的进油端,液压油路换向气动阀组9的供油端通过高压不锈钢无缝钢管连接液压油路快装接头12,液压油路换向气动阀组9的回油端连接回油电磁阀18,回油电磁阀18连接回油滤油器17,回油滤油器17连接液压油箱I的进油口法兰;排气气路换向气动阀组10通过高压不锈钢无缝钢管连接油气分离过滤器11,油气分离过滤器11连接气动安全阀14,气动安全阀14连接排气气路路快装接头12 ;油温加热器 16和液位计19通过法兰分别连接到液压油箱I上;压力表15通过压力表线分别连接气路和油路上。[0008] 本发明的主要作用是在自动控制系统的控制下,通过橇体中的液压系统,将液压子站CNG运输拖车上储气管束中的CNG以平稳的压力和速度推出,经油气分离、过滤输送到加气机,再由加气机给CNG燃料汽车加气。电气控制系统主要包含PLC可编程控制器、触摸屏、软启动器、隔离栅、按扭、电磁阀和空气断路器、电机软启动器等主要部件。通过PLC控制程序控制整个液压加气子站系统的自动运行和自动监控,并在面板上实时显示设备的工作单元、工作的压力、温度、电机电流等动态工作参数。此外还在电气控制系统中设计不同的控制策略,实现6管711系列液压子站CNG运输拖车和8管559系列液压子站CNG运输拖车的无缝兼容,更好的满足了用户的需求。液压增压橇体(HPU)内设有燃气报警传感器, 与电气控制系统内的燃气报警控制装置相连,如果橇体内泄漏的燃气达到一定的报警浓度 (一般设定为10%v/v左右),燃气报警传感器立即向燃气报警控制装置发出信号,由控制装置发出声光报警信号,提醒操作人员作相应处理;如果橇体内泄漏的燃气达到一定的设计浓度(一般设定为20%v/v左右),控制装置在发出声光报警信号的同时,向加气站内提供开关信号,由站内配电系统断开设备的电源,停止站内设备的运行。[0009] 该系统的动力部分配备变频调速的双机双泵,额定排气量为3400m3/h,由于采用变频调速,液压增压橇体的排气能力可以实现大范围(1700〜4080 m3/h)的无级调节,满足不同加气工况的需求。在排气管路系统上采用双线设计,在加气机加气过程中低压管路可以有效的利用CNG运输拖车储气瓶中的自然压差,减少了电机和液压泵的频繁启动,降低了能耗。此外,为进一步节约能源,降低能耗,在液压油箱中安装供油泵,作为附加液压动力源,不但减小了液压主泵的负载,而且还提高了液压主泵的使用寿命。本发明在吸油管路上增加了油温换热器和油温传感器,不但可以将精确的油温参数传递给控制系统,而且还大大降低了工作过程中液压油的温度,保证整个系统稳定、连续、长时间运行。另外,为了实现快速回油,液压子站自动控制系统中设定液压子站CNG运输拖车的每支储气瓶总会剩余5% 左右的气量,据此本发明取消了现有液压加气子站系统中的缓冲瓶,完全靠液压子站CNG 运输拖车上的大直径储气瓶中剩余的气量空间作为临时缓冲区域,因此不但增加了 HPU橇体的内部操作空间,而且减小了 HPU橇体的重量。[0010] 与现有液压加气子站技术相比,本发明主要有如下技术优势:[0011] I)本发明的动力部分配备变频调速的双机双泵,额定排气量为3400m3/h,由于采用变频调速,整套系统的排气能力可以实现大范围(170(T4080 m3/h)的无级调节,满足不同加气工况的需求,不但有效的节约的能源,而且还提高了液压加气子站加气能力和加气效率。[0012] 2)本发明在排气管路系统上采用双线设计,在加气机加气过程中低压管路可以有效的利用CNG运输拖车储气瓶中的自然压差,减少了电机和液压泵的频繁启动,降低了能耗。[0013] 3)本发明在液压油箱中安装供油泵,作为附加液压动力源,不但减小了液压主泵的负载,而且还提高了液压主泵的使用寿命。[0014] 4)本发明在吸油管路上增加了油温换热器和油温传感器,不但可以将精确的油温参数传递给控制系统,而且还大大降低了工作过程中液压油的温度,保证整个系统稳定、连续、长时间运行。[0015] 5)本发明取消了现有液压加气子站系统中的缓冲瓶,完全靠液压子站CNG运输拖车上的大直径储气瓶中剩余的气量空间作为临时缓冲区域,不但增加了 HPU橇体的内部操作空间,减小了 HPU橇体的重量,而且还节约的成本,减少了燃气泄漏点。[0016] 6)本发明在电气控制系统中设计不同的控制策略,实现6管711系列液压子站CNG运输拖车和8管559系列液压子站CNG运输拖车的无缝兼容,更好的满足了用户的需求。附图说明[0017] 图I为高效节能型大排量双线液压加气子站系统的结构原理图。其中,液压油箱I、供油泵2、油温换热器3、吸油过滤器4、油温传感器5、隔爆变频异步三相电机6、液压泵7、供油压力调节模块8、液压油路换向气动阀组9、排气气路换向气动阀组IO、油气分离过滤器11、液压油路快装接头12、排气气路快装接头13、气动安全阀14、压力表15、油温加热器16、回油滤油器17、回油电磁阀18、液位计19。具体实施方式[0018] 图I为本发明的具体实施方式原理图,以配备6管711系列液压子站CNG运输拖车为例进一步说明如下:本发明主要包括6管711系列液压子站CNG运输拖车、液压增压橇体(HPU)、电气控制系统和加气机四大组成部分。液压子站CNG运输拖车作为液压加气子站系统的组成部分,不但承担了运输、储存CNG的任务,而且还承担了加气管道的作用,使工艺管线简单化,节约了管线,提升了效率。液压增压橇体(HPU)部分由液压系统、动力系统、 自动控制系统等构成,主要组成部件有:液压油箱I、供油泵2、油温换热器3、吸油过滤器4、 油温传感器5、隔爆变频异步三相电机6、液压泵7、供油压力调节模块8、液压油路换向气动阀组9、排气气路换向气动阀组10、油气分离过滤器11、液压油路快装接头12、排气气路快装接头13、气动安全阀14、压力表15、油温加热器16、回油滤油器17、回油电磁阀18、液位计19等。其动力系统配备变频调速的双机双泵,额定排气量为3400m3/h,由于采用变频调速,整套系统的排气能力可以实现大范围(170(T4080 m3/h)的无级调节,满足不同加气工况的需求,提高了液压加气子站加气能力和加气效率;在液压油箱中安装供油泵2,作为附加液压动力源,不但减小了液压主泵7的负载,而且还提高了液压主泵7的使用寿命;在吸油管路上增加了油温换热器3和油温传感器5,不但可以将精确的油温参数传递给控制系统,而且还大大降低了工作过程中液压油的温度,保证整个系统稳定、连续、长时间运行。电气控制系统主要包含PLC可编程控制器、触摸屏、软启动器、隔离栅、按扭、电磁阀和空气断路器、电机软启动器等主要部件。通过PLC控制程序控制整个液压加气子站系统的自动运行和自动监控,并在面板上实时显示设备的工作单元、工作的压力、温度、电机电流等动态工作参数。此外还在控制系统中设计不同的控制策略,实现6管711系列液压子站CNG运输拖车和8管559系列液压子站CNG运输拖车的无缝兼容,更好的满足了用户的需求。液压增压橇体(HPU)内设有燃气报警传感器,与电气控制系统内的燃气报警控制装置相连,如果橇体内泄漏的燃气达到一定的报警浓度(一般设定为10%v/v左右),燃气报警传感器立即向燃气报警控制装置发出信号,由控制装置发出声光报警信号,提醒操作人员作相应处理; 如果橇体内泄漏的燃气达到一定的设计浓度(一般设定为20%v/v左右),控制装置在发出声光报警信号的同时,向加气站内提供开关信号,由站内配电系统断开设备的电源,停止站内设备的运行。[0019] 本发明所述的液压子站系统中设备在运彳丁时由控制系统的PLC自动控制。系统中的所有自控阀门都由气动执行器负责打开和关闭,而气动执行器的动作也是由PLC控制的。本发明在排气管路系统上采用双线设计,当载满气的液压子站CNG运输拖车来到子站7后,停到相应的停车位置,分别连接液压油高压管路、压缩空气控制管路、CNG高压管路等, 打开相应的控制阀门,关闭放空阀门,检查无误后即可开启增压系统,开始给加气机供气。 在整个供气过程中,将液压子站CNG运输拖车上的储气瓶管束分为两组,1#、2#、3#瓶为I 组,4#、5#、6#瓶为II组,工作时,I组作为低压瓶组靠自身压差向加气车辆补气,II组作为高压瓶组靠液压泵保持高压补压,两组储气瓶可以互相切换。当系统开始启动时,通过图I 所示的双管路机构,I组作为低压瓶组,其中的CNG开始通过自压差,经气动安全阀14、油气分离过滤器11、排气气路换向气动阀组10、加气机低压管路等向车用CNG钢瓶内加气,以充分利用钢瓶内的20MPa初始压力自动加气;当PLC控制系统监测到加气机流速降低到设定值时,PLC控制器发出指令,隔爆变频异步三相电机6、高压液压泵7、供油泵2开始工作, 液压油油箱I内的液压油经油温换热器3、吸油过滤器4、高压液压泵7、供油压力调节模块8、液压油路换向气动阀组9以及液压油路快装接头12向CNG高压瓶组储气瓶瓶内充入高压液体介质,先是将II组4#钢瓶内的CNG经气动安全阀14、油气分离过滤器11、排气气路换向气动阀组10、加气机高压管路等向车用CNG钢瓶内加气,同时始终保持II组瓶中的压力为20MPa。待4#储气瓶中CNG排出率达到95%时,PLC启动回油程序,4#储气瓶中的液压油通过液压油路快装接头12、液压油路换向气动阀组9、回油电磁阀18以及回油滤油器17 回到油箱;同时PLC自动控制切换I组为高压瓶组,II组为低压瓶组,重复上述排气过程, 高压泵向1#储气瓶注高压油,最终实现1#飞#储气瓶内气体和液体的循环加注。通过双线气路实现全部钢瓶的自然压差的有效利用,降低了系统的能耗。

Claims (4)

1. 一种高效节能型大排量双线液压加气子站系统,包括液压子站CNG运输拖车、液压增压橇体、电气控制系统和加气机四部分,其特征在于:液压子站CNG运输拖车通过高压软管分别连接液压增压橇体操作台上的液压油路快装接头、排气气路快装接头以及顶升块体快装接头,液压增压橇体的排气管路连接到加气机上,电气控制系统通过电气管路分别连接液压子站CNG运输拖车和液压增压橇体的控制模块;所述的液压子站CNG运输拖车的储气瓶束平均分为两组,一组为高压瓶组,一组为低压瓶组,注油端和排气端分别通过管路汇聚于液压油路快装接头(12)和排气气路快装接头(13);所述的液压增压橇体通过排气气路快装接头(13)和排气气路换向气动阀组(10)分别连接所述加气机的双管路机构;所述的低压瓶组中的CNG通过自压差,经气动安全阀(14)、油气分离过滤器(11)、排气气路换向气动阀组(10)、加气机低压管路向车用CNG钢瓶内加气;所述的电气控制系统监测到加气机流速降低到设定值时,控制器发出指令,隔爆变频异步三相电机(6)、高压液压泵(7)、供油泵(2)开始工作,液压油油箱(I)内的液压油经油温换热器(3)、吸油过滤器(4)、高压液压泵(7)、供油压力调节模块(8)、液压油路换向气动阀组(9)以及液压油路快装接头(12)向高压瓶组储气瓶内充入高压液体介质,将高压瓶组某一储气瓶内的CNG经气动安全阀(14)、油气分离过滤器(11)、排气气路换向气动阀组(10)、加气机高压管路排出向车用CNG钢瓶内加气,同时始终保持高压瓶组瓶中的压力为20MPa ;待所述的高压气瓶中CNG排出率达到95%时,控制系统启动回油程序,所述高压气瓶中的液压油通过液压油路快装接头(12)、液压油路换向气动阀组(9)、回油电磁阀(18)以及回油滤油器(17)回到油箱(I);同时所述电气控制系统自动控制切换高压瓶组和低压瓶组,重复上述排气过程,最终实现所述液压子站CNG运输拖车的储气瓶束内气体和液体的循环加注。
2.根据权利要求I所述的液压加气子站系统,其特征在于:液压增压橇体包括液压油箱、供油泵、油温换热器、吸油过滤器、油温传感器、隔爆变频异步三相电机、液压泵、供油压力调节模块、液压油路换向气动阀组、排气气路换向气动阀组、油气分离过滤器、液压油路快装接头、排气气路快装接头、气动安全阀、压力表、油温加热器、回油滤油器、回油电磁阀、液位计;供油泵(2)置于液压油箱(I)中,通过吸油管连接到油温换热器(3)上,油温换热器(3)通过法兰盘连接液压油箱(I)的出口法兰,吸油过滤器(4)连接油温换热器(3),油温传感器(5)布置于吸油过滤器(4)的出口管道上,隔爆变频异步三相电机(6)通过联轴器连接液压泵(7),液压泵(7)的入口端通过软管连接吸油过滤器(4)的出口管道,液压泵(7)的出口端通过高压软管连接供油压力调节模块(8),供油压力调节模块(8)的溢流口通过高压软管连接液压油箱(I)的溢流口法兰,供油压力调节模块(8)的高压油出口连接液压油路换向气动阀组9的进油端,液压油路换向气动阀组(9)的供油端通过高压不锈钢无缝钢管连接液压油路快装接头(12),液压油路换向气动阀组(9)的回油端连接回油电磁阀(18),回油电磁阀(18)连接回油滤油器(17),回油滤油器(17)连接液压油箱(I)的进油口法兰;排气气路换向气动阀组(10)通过高压不锈钢无缝钢管连接油气分离过滤器(11),油气分离过滤器(11)连接气动安全阀(14),气动安全阀(14)连接排气气路路快装接头(12);油温加热器(16)和液位计(19)通过法兰分别连接到液压油箱⑴上;压力表(15)通过压力表线分别连接气路和油路上。
3.根据权利要求I所述的液压加气子站系统,其特征在于:所述液压增压橇体的动力部分配备变频调速的双机双泵,额定排气量为3400m3/h,采用变频调速,液压增压橇体的排气能力实现170(T4080 m3/h的无级调节。
4.根据权利要求I所述的液压加气子站系统,其特征在于:所述的电气控制系统设计兼容8管559系列和6管711系列的液压子站CNG运输拖车卸气功能的控制程序。
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