CN104006289B - 撬装化全集成lng和lcng遥控监测无人值守加注站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种撬装化全集成LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站属于液化或压缩气体供应系统，特别是撬装化全集成LNG和LCNG现场子站。该撬装化全集成LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站，包括安装在撬体上的LNG储罐、泵撬、升压撬、加注设备、控制和监测设备，其特征是：在撬体上装有分别与LNG潜液泵、LCNG柱塞泵相连接防爆变频调速器，装有分别连接各用电设备的防爆电器柜，装有输入端连接各传感器和控制端连接各阀门的使用PLC控制器的现场子站，本加注站，不需要现场建造配电室、控制室、值班室，办公室和休息室。这样建站投资少，建设时间快。在使用无线网络后，各子站数据共享，现场基本上不需要管理人员、维护人员和值班人员。

Description

撬装化全集成LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站

技术领域

本发明属于液化或压缩气体供应系统，特别是撬装化全集成LNG和LCNG现场子站。

背景技术

目前国内外推广建设的移动撬装式LNG加气站主要采用撬装式集成技术，将加气站的储存装置、加注系统和控制系统等都集成在一个撬装底座上，形成一个闭环控制的整体设备。而所述的LNG撬装站的加注系统大多是通过LNG储罐与LNG低温潜液泵、LNG加注机连通实现为汽车供气，然而LNG低温潜液泵没有做到智能化控制。在加注LNG时，加注压力不稳定，双枪同时工作时总是出现LNG加注不协调现象。目前这种撬装系统，工艺不完整，只有LNG加注系统，没有LCNG加注系统。不能够充分满足天然气汽车的需要。这样会使得系统不稳定，动力电源的使用耗电量大，成本高。各现场LNG和LCNG子站数据不能共享，撬装化集成度不彻底，还需要在现场建造配电室、控制室、值班室，办公室和休息室。还需要许多的管理人员、维护人员和值班人员去运营该加注系统。这样使得建站成本提高很多倍，维护和运营成本也成几何级数增长。不能满足迅速发展的天然气市场要求。为汽车提供环保清洁的天然气，造成加注天然气困难，和建设天然气加注工艺网络推广发展受到限制。

发明内容

为了克服现有的各现场LNG和LCNG子站数据不能共享，撬装化集成度不彻底建站成本高、维护和运营成本高、需求管理人员多的不足,本发明的目的是提供一种撬装化全集成LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种撬装化全集成LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站，包括安装在撬体上的LNG储罐、泵撬、升压撬、加注设备，其特征是：在撬体上装有分别与LNG潜液泵、LCNG柱塞泵相连接防爆变频调速器，装有分别连接各用电设备的防爆电器柜，装有输入端连接各传感器和控制端连接各阀门的使用PLC控制器的现场子站，

所述的使用PLC控制器的现场子站包括:LNG储存单元、LNG和LCNG驱动单元、LNG和LCNG过程控制单元、LNG和LCNG计量加注单元，以及与上位机通讯连接的设备。

所述的LNG储存单元连接着安装在储罐上的液面计气相管和液面计液相管上的压力变送器、液位变送器、压力传感器A和阀位开关，紧急切断阀管路路。LNG储存单元实时与LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站通信，及时的把LNG储存单元的过程信息，传送给遥控监测无人值守加注站，做到数据共享的功能。

所述的LNG和LCNG驱动单元内，安装有DO驱动卡板和AO驱动卡板，DO卡板输出到电磁阀，AO卡板输出到调节阀和控制LNG潜液泵、LCNG柱塞泵的变频器。在泵的出口安装有压力变送器，实时监视泵出口压力的变化。使泵出口压力通过PID运算，输出到变频器的输入端，变频器的输出控制泵的转速快慢。保证在泵输出流量变化的时候，让泵的输出压力恒定在最佳的设定值上。在以上控制的基础上，实现一台LNG潜液泵，给3台加气机或者是4台加气机加气功能。实现一台LCNG柱塞泵，给3台加气机或者是4台加气机加气功能。完成无人值守加注站对现场过程参数实时控制功能。

所述的LNG和LCNG过程控制单元包括负责采集现场压力变量的AI模块1，负责采集现场温度变量的AI模块2。实时把各个过程变量传送给LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站的现场子站。

所述的LNG和LCNG计量加注单元，包括D1模块1和D1模块2，D1模块1连接着各LNG加气机和CNG加气机的读卡器，D1模块2连接着各LNG加气机和CNG加气机的的质量流量计，加气机与LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站现场子站实时通信，并通过子站与上位机通讯，通信接口用RS485口，协议用MODBUS,格式用RTU，波特率9600，数据位8位。

所述的ESD紧急停车系统包括连接在LNG储存罐的气相出气管道上的ESD控制用气体管道，该管道上安装着电磁三通阀，电磁三通阀后的ESD控制用气体管道分别与气相出气管道紧急切断阀、液相管道紧急切断阀、增压器液相管道紧急切断阀的背压室相连，电磁三通阀的控制线连接在现场子站控制器的系统报警与应急处理单元的控制输出电路上，

所述的现场子站控制器的系统报警与应急处理单元的控制输出电路上还连接着声光报警装置，

所述的现场子站控制器的系统报警与应急处理单元的数据采集端连接着位于撬体各部分的传感器。

本发明相对于现有技术具有以下优点：

1、本发明LNG好LCNG撬装化全集成新工艺，主要体现在系统优化、管路节省、各子站数据资源共享，控制系统先进。智能化控制系统稳定性好、精度高、软件可靠、便于维护。控制系统主要有:控制模块、显示报警模块、ESD模块、数据处理模块和通讯模块。在控制模块里，整个加气站的数据通讯由它进行数据采集、数据处理和系统控制。显示报警模块提供系统的技术参数，各设备的运行指标和系统非正常下的报警状态，给操作人员提供丰富的技术资料和信息。ESD模块是检测系统有没有异常状态，当系统有异常状态的时候，该模块迅速启动，并做出安全停车的紧急处理手段，使系统始终在安全运行的模式下。保证整个系统安全操作和正常运营。数据处理模块，是系统数据收集存储。形成一个运营数据库，包括加气量和IC卡管理等。通讯模块用于加气机和控制器之间的通讯、控制器和控制器之间的通讯、控制器和上位机的通讯、上位机与因特网的通讯，这样使得各子站数据通讯和数据资源共享。如果应用了无线网络可以在几千公里外的办公室，监视各个LNG和LCNG子站的运营情况。远端网络主站，3至5人可以同时监视几十个甚至几百个加气子站的生产指标和数据。使用LNG和LCNG远距离网络智能化控制新工艺，可以做到无人值守。

传统的LNG撬装站或者LCNG撬装站，每个站大约用人10人左右，LNG固定站用人大约20-30人左右。在维护成本来讲，传统的CNG加气站为100％的话，LCNG加气站约为20％，LNG加气站约为5％，按照市场规律，高能耗的企业或者设备应该首先退出市场，从以上数据说明，LNG和LCNG撬装化全集成新工艺，最具有很强的竞争力和发展空间。

LNG和LCNG撬装化全集成新工艺，具有先进的智能化预冷检测控制迴路。以前系统预冷是由管道预冷、泵预冷、枪预冷等一套复杂的预冷过程。现在的预冷监测单元采集预冷数据，控制预冷效果。使得管道、阀门、加注迴路一次性完成预冷全过程。这样预冷大大节约人力物力，时间快，预冷效果好和可控，预冷数值准确无误。因为LNG和LCNG撬装化全集成新工艺工作非常稳定，所以维护量极低。由于LNG和LCNG撬装化全集成新工艺不需要每个站配备维护人员，并能可以做到无人值守。在使用无线网络后，十几个人可以运营十几个LNG和LCNG加气子站，有可能达到几十个加气子站。在建站方面，LNG和LCNG撬装化全集成新工艺大大节约建设成本。

具体工作过程是：在上位机终端里，已有终端数据采集、数据处理和数据库信息共享，以及与上位机终端通信的无线网络功能。下位机LNG&LCNG子站是管理：LNG储存单元、LNG&LCNG驱动单元、LNG&LCNG过程控制单元、LNG&LCNG计量加注单元和系统报警与应急处理单元的现场控制站。现场控制站把以上5个单元的现场物理量进行数字量处理，并实时采集量化和归类，把控制信息传递到以上5个单元进行控制，把数据信息上传到上位机终端，以保证数据通信和数据共享。

其中：LNG储存单元完成LNG和CNG的总体能源储存，储存单元有液位变量、压力变量和报警信息实时与现场控制站进行数据交换。LNG&LCNG驱动单元有两个功能：第一个功能，用LNG潜液泵把6公斤或者8公斤的LNG升压到12.8公斤，通过LNG加气机给LNG汽车加注LNG。第二个功能，用LNG柱塞泵把6公斤或者8公斤的LNG升压到21MPa或者22MPa，经过升温和气化通过CNG加气机给CNG汽车加气。LNG&LCNG过程控制单元，完成现场各个单元的过程控制。完成现场压力、温度、液位和流量进行实时监控，使各项指标在最佳的状态下。LNG&LCNG计量单元分别是完成LNG加气机和CNG加气机的数据汇总和整理，把计量信息通过下位机现场子站上传到上位机终端，完成对LNG加气机和CNG加气机的IC卡的识别，以及在加气的过程中自动扣款功能。系统报警与应急处理单元，是把各个单元的报警信息进行收集和整理，判断各个单元的报警级别。报告系统工作状态，报警内容以及需要人们干预的具体工作。在紧急情况下，ESD控制回路启动。(EmergencyShutdownDevice紧急停车系统)

具体的，ESD紧急停车系统，是指系统在紧急情况下，系统自动把危险状态处理成安全状态。在撬装化全集成LNG和LCNG遥控监测无人值守加注工艺中，当ESD紧急按钮按下，或者系统报警与应急处理单元判断系统在紧急情况下，会启动ESD控制回路。程序1：关断LNG储罐液相阀出口，如果系统超压，打开放空阀泄压。启动声光报警单元，给现场人员警示，让人们知道系统在紧急状态下，显示屏报告紧急状态内容。

本发明的有益效果是本加注站，不需要现场建造配电室、控制室、值班室，办公室和休息室。这样建站投资少，建设时间快。在使用无线网络后，各子站数据共享，现场基本上不需要管理人员、维护人员和值班人员。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为使用PLC控制器的现场子站示意图，

图3为ESD紧急停车系统机构示意图，

图4为ESD紧急停车系统逻辑控制图。

图中，1.压力变送器，2.液位变送器，3.LNG储罐，4.压力传感器A，5.液面气相管，6.液面液相管，7.升压口，8.压力传感器B，9.压力传感器C，10.LNG潜液泵，11.增压口，12.气相口，13.液体口，14.温度计，15.LCNG柱塞泵，16.温度指示，17.高压汽化器，18.压力变送器，19.温度变送器，20.温度指示，21.LNG输出接口，22.LCNG输出接口，31.LNG储存罐，32.气相出气管道，33.ESD控制用气体管道，34.电磁三通阀，35.控制气源阀，36.气相出气管道紧急切断阀，37.液相管道紧急切断阀，38.增压器液相管道紧急切断阀，39.液相管道，40.增压器液相管道，41.电磁三通阀排空端，42.气相接口，43.液相接口，44.增压器液相接口，51.系统上电自检，52.泄漏检测判断，53.可燃气泄漏检测判断，54.LNG泵出口压力判断，55.LCNG泵出口压力判断，56.LNG加液机压力判断，57.CNG加气机压力判断，58.声光报警装置，59.电磁三通阀控制设备，60.气相、液相、增压器液相紧急切断阀控制设备。

具体实施方式

本发明的具体实施方式是，如图所示：

实施例1，一种撬装化全集成LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站，包括安装在撬体上的LNG储罐3、泵撬、升压撬、加注设备，其特征是：在撬体上装有分别与LNG潜液泵10、LCNG柱塞泵15相连接防爆变频调速器，装有分别连接各用电设备的防爆电器柜，装有输入端连接各传感器和控制端连接各阀门的使用PLC控制器的现场子站，

所述的使用PLC控制器的现场子站包括:LNG储存单元、LNG和LCNG驱动单元、LNG和LCNG过程控制单元、LNG和LCNG计量加注单元，以及与上位机通讯连接的设备。

所述的LNG储存单元连接着安装在储罐上的液面计气相管和液面计液相管上的压力变送器1、液位变送器2、压力传感器A4和阀位开关，紧急切断阀管路，LNG储存单元实时与LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站通信，及时的把LNG储存单元的过程信息，传送给遥控监测无人值守加注站，做到数据共享的功能。

所述的LNG和LCNG驱动单元内，安装有DO驱动卡板和AO驱动卡板，DO卡板输出到电磁阀，AO卡板输出到调节阀和控制LNG潜液泵、LCNG柱塞泵的变频器。在泵的出口安装有压力变送器，实时监视泵出口压力的变化。使泵出口压力通过PID运算，输出到变频器的输入端，变频器的输出控制泵的转速快慢。保证在泵输出流量变化的时候，让泵的输出压力恒定在最佳的设定值上。在以上控制的基础上，实现一台LNG潜液泵，给3台加气机或者是4台加气机加气功能。实现一台LCNG柱塞泵，给3台加气机或者是4台加气机加气功能。完成无人值守加注站对现场过程参数实时控制功能。

所述的LNG和LCNG过程控制单元包括负责采集现场压力变量的AI模块1，负责采集现场温度变量的AI模块2。实时把各个过程变量传送给LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站的现场子站。

所述的LNG和LCNG计量加注单元，包括D1模块1和D1模块2，D1模块1连接着各LNG加气机和CNG加气机的读卡器，D1模块2连接着各LNG加气机和CNG加气机的的质量流量计，加气机与LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站现场子站实时通信，并通过子站与上位机通讯，通信接口用RS485口，协议用MODBUS,格式用RTU，波特率9600，数据位8位。

所述的ESD紧急停车系统包括连接在LNG储存罐31的气相出气管道32上的ESD控制用气体管道33，该管道上安装着电磁三通阀34，电磁三通阀与LNG储存罐之间装有控制气源阀35，电磁三通阀后的ESD控制用气体管道分别与气相出气管道紧急切断阀36、液相管道紧急切断阀37、增压器液相管道紧急切断阀38的背压室相连，电磁三通阀的控制线连接在现场子站控制器的系统报警与应急处理单元的控制输出电路上，

所述的现场子站控制器的系统报警与应急处理单元的控制输出电路上还连接着声光报警装置，

所述的现场子站控制器的系统报警与应急处理单元的数据采集端连接着位于撬体各部分的传感器。

Claims (2)

1.一种撬装化全集成LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站，包括安装在撬体上的LNG储罐、泵撬、升压撬、加注设备，其特征是：在撬体上装有分别与LNG潜液泵、LCNG柱塞泵相连接防爆变频调速器，装有分别连接各用电设备的防爆电器柜，装有输入端连接各传感器和控制端连接各阀门的使用PLC控制器的现场子站，

所述的使用PLC控制器的现场子站包括:LNG储存单元、LNG和LCNG驱动单元、LNG和LCNG过程控制单元、LNG和LCNG计量加注单元，以及与上位机通讯连接的设备，

所述的LNG储存单元连接着安装在储罐上的液面计气相管和液面计液相管上的压力变送器、液位变送器、压力传感器A和紧急切断阀。

所述的LNG和LCNG驱动单元内，安装有DO驱动卡板和AO驱动卡板，DO卡板输出到电磁阀，AO卡板输出到控制LNG潜液泵、LCNG柱塞泵的变频器，

所述的LNG和LCNG过程控制单元包括负责采集现场压力变量的AI模块1，负责采集现场温度变量的AI模块2，

所述的LNG和LCNG计量加注单元，包括D1模块1和D1模块2，D1模块1连接着各LNG加气机和CNG加气机的读卡器，D1模块2连接着各LNG加气机和CNG加气机的的质量流量计，加气机与LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站实时通信，通信接口用RS485口，协议用MODBUS,格式用RTU，波特率9600，数据位8位。

2.根据权利要求1所述的撬装化全集成LNG和LCNG遥控监测无人值守加注站，其特征是：还设有ESD紧急停车系统，所述的ESD紧急停车系统包括连接在LNG储存罐的气相出气管道上的ESD控制用气体管道，该管道上安装着电磁三通阀，电磁三通阀后的ESD控制用气体管道分别与气相出气管道紧急切断阀、液相管道紧急切断阀、增压器液相管道紧急切断阀的背压室相连，电磁三通阀的控制线连接在现场子站控制器的系统报警与应急处理单元的控制输出电路上，

所述的现场子站控制器的系统报警与应急处理单元的控制输出电路上还连接着声光报警装置，

所述的现场子站控制器的系统报警与应急处理单元的数据采集端连接着位于撬体各部分的传感器。