CN104976504A - 一种氢气及天然气实时混合加注方法和设备 - Google Patents

一种氢气及天然气实时混合加注方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氢气及天然气实时混合加注方法和设备。其目的是提供一种精确控制氢气及天然气实时混合加注比例的氢气及天然气实时混合加注方法和适用于该方法的加注设备。该方法包括以下步骤：(1)先采集受注气瓶内初始压力数值；(2)计算，得到应加注的较低分压气体分压ΔP；(3)对受注气瓶进行较低分压气体加注，控制加注的累计流量；(4)计算较高分压气体所需加注量；(5)对受注气瓶进行较高分压气体加注，控制加注的累计流量；(6)采集受注气瓶内的压力数值与目标加注压力验证。该设备包括：管路部分、电气电控部分和安全保护部分。

Description

一种氢气及天然气实时混合加注方法和设备
技术领域
本发明涉及气体加注技术领域，具体来说，是涉及一种氢气及天然气实时混合加注方法和设备。
背景技术
在天然气中掺入一定比例的氢气所得到的混合气(HCNG)，兼具了氢气和天然气的优点，能够提高混合气燃烧速度，降低循环变动，实现稀燃(即：发动机在空燃比大于理论空燃比的情况下燃烧)和快速燃烧，有利于提高发动机的性能，降低排放，经济可行，是目前应对石油危机的有效途径。
目前，国内关于HCNG的研究基本停留在发动机研究、项目示范阶段，还无法实现产业化，因此现阶段所使用的加气机功能单一，无法灵活调整混气比例。因此，现有的加气机，要么用于单一加注氢气或单一加注天然气，要么就只能加注固定混气比例的HCNG，HCNG的混气比例不可根据实际需求变化进行调节。
如在《天然气掺氢的混合工艺研究》文献中提到的加注流程，现有技术是采用先增压，后混合，再储存，最后加注的策略，加气机只能实现加注预混好的固定比例气体。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种精确控制氢气及天然气实时混合加注比例的氢气及天然气实时混合加注方法。
本发明的另一目的是提供一种适合于上述精确控制氢气及天然气实时混合加注比例的加注方法的加注设备。
本发明的目的是这样实现的：
一种氢气及天然气实时混合加注方法，包括以下步骤：
(1)先采集受注气瓶内剩余压力数值，设所述采集得到的剩余压力数值为初始压力数值；
(2)先加注目标混合气体中较低分压气体：如果氢气为较低分压气体，根据受注气瓶内的初始压力与目标加注混气压力及氢气天然气比例设定值进行计算，得到应加注的氢气分压ΔP氢气；如果天然气为较低分压气体，根据受注气瓶内的初始压力与目标加注混气压力及氢气天然气比例设定值进行计算，得到应加注的天然气分压ΔP天然气；
(3)开启较低分压气体的进气阀和加注阀，对受注气瓶进行较低分压气体加注，加注过程中通过质量流量计控制加注的累计流量，加注完毕后关闭进气阀和加注阀；
(4)根据步骤(3)中较低分压气体加注的累计流量和氢气天然气比例设定值计算目标混合气体中较高分压气体所需加注量；
(5)开启较高分压气体的进气阀和加注阀，按照步骤(4)中计算所得所需加注量，对受注气瓶进行较高分压气体加注，加注过程中通过质量流量计控制加注的累计流量，加注完毕后关闭进气阀和加注阀；
(6)采集受注气瓶内的压力数值，将采集到的压力数值与目标加注压力验证，计算误差是否在允许范围之内，若误差在允许范围之内，结束加注，若误差不在允许范围之内，通过人机界面提示操作人员。
其中，所述步骤(1)是通过向受注气瓶内预加注一定量目标混合气体中较高分压气体后获得受注气瓶内压力读数。
当所述步骤(3)的较低分压气体的入口压力小于初始压力与应加注的较低分压气体分压之和时，采用较低分压气体气源增压加注模式；当所述步骤(5)的较高分压气体的入口压力小于目标混合气体压力之和时，采用较高分压气体气源增压加注模式。
所述步骤(3)中较低分压气体加注体积与目标混合气体体积的体积比为0-50％；所述步骤(5)中较高分压气体加注体积与目标混合气体体积的体积比为50-100％。当低分压气体加注体积与目标混合气体体积的体积比为0，较高分压气体加注体积与目标混合气体体积的体积比为100％时，本发明方法是作为单气源加注机使用。
本发明可以满足任何比例的氢气和天然气混合加注方法，但是由于现有的被加注的设备氢气和天然气的混合比例控制要求，目前的市场运用需求和安全中，一般是控制氢气加注体积与混合气体体积的体积比小于30％，本发明方法中所述步骤(2)中目标混合气体的较低分压气体为氢气，氢气加注的体积与混合气体的体积的体积比小于30％。采用压力比例相对较小的氢气优先加注后再进行高比例压力的天然气加注，在车载气瓶内实时混合。在错层使用的同时考虑加注比例需求，能满足经济效益最大化。
一种适用于上述方法的氢气及天然气实时混合加注设备，包括：
管路部分，包括：至少一路氢气管路、至少一路天然气管路和混合总管，所述每路氢气管路上设有氢气进口、氢气过滤器、氢气控制阀、氢气质量流量计，所述每路天然气管路上设有天然气进口、天然气过滤器、天然气控制阀、天然气质量流量计，所述混合总管下游连接高压软管和加气枪，所述混合总管上设有压力传感器、压力表和拉断阀；
电气电控部分，包括：控制系统和人机交换界面，所述氢气质量流量计、氢气控制阀、天然气质量流量计、天然气控制阀、压力传感器的数据传输至所述控制系统，实现实时混合加注；
安全保护部分，包括：可燃气体泄漏报警器，在有气体泄漏的情况下，上传报警信号至电气控制系统，自动停机切断气源并报警；防爆控制系统，保护电气部分在爆炸性气体危险环境下安全运行。
其中，防爆控制系统可以使用现有技术中的任何防爆控制系统。例如，可以是正压防爆控制系统，即将所述电气电控部分安装在正压箱内，所述正压箱内保持空气或氮气正压。
其中，所述每路氢气管路上设有氢气放空阀，所述每路天然气管路上设有天然气放空阀；所述氢气放空阀的出口和天然气放空阀的出口均汇入一放空总管，所述放空总管上接有阻火器。
所有数据实时采集，自动计算及自动控制，全设备一键式操作，并有停止按键及急停按钮，也可通过人机交互界面手动点击选择不同加注模式进行手动加注。
本发明由于采用了上述技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过人机交互设定控制方法，可以按需设定气体混合比例和加注压力并实现精确控制，并采用较低分压气体优先加注后再进行较高分压气体加注，两种气体可以在车载气瓶内实时混合，错层使用的同时考虑加注比例需求，满足经济效益最大化，也使得加注后气体的混合更为也有效提高了设备的系统能量效率和适用性，使得本发明加注设备可以适用于不同场合、不同厂家的车，并可以根据客户的不同加注比例要求进行混合加注，控制加注准确度为±1％。
附图说明
通过以下本发明的实施例并结合附图的描述，示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：
图1为本发明一种氢气及天然气实时混合加注设备的一个较优实施例的结构示意图。
图2为本发明一种氢气及天然气实时混合加注方法的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示的一种氢气及天然气实时混合加注设备，包括管路部分、电气电控部分和安全保护部分。其中：
管路部分，包括：一路氢气管路、一路天然气管路和混合总管，所述氢气管路上设有氢气进口、氢气过滤器1、氢气控制阀3、氢气放空阀5、氢气质量流量计7、针阀9，单向阀11，所述天然气管路上设有天然气进口、天然气过滤器2、天然气控制阀4、天然气放空阀6、天然气质量流量计8、针阀10，单向阀12，然后连接至混合总管，混合总管下游连接高压软管16和加气枪18，所述混合总管上设有压力传感器13、压力表14和拉断阀15，通过拉断阀15连接高压软管16，接着通过一两位三通球阀17连接加气枪18。氢气放空阀5的出口和天然气放空阀6的出口均汇入一放空总管，放空总管上接有阻火器20。
电气电控部分，包括：PLC控制系统和人机交换界面，其中氢气质量流量计7、氢气控制阀3、天然气质量流量计8、天然气控制阀4、压力传感器13的数据通过网络传输至所述PLC控制系统，实现实时混合加注；
安全保护部分，包括：可燃气体泄漏报警器，在有气体泄漏的情况下，上传报警信号至电气控制系统，自动停机切断气源并报警；正压防爆控制系统，保护电气部分在爆炸性气体危险环境下安全运行。
其中，所述电气电控部分安装在正压箱内，所述正压箱内保持空气或氮气正压。
进一步地，所有数据实时采集，自动计算及自动控制，全设备一键式操作，并有停止按键及急停按钮，也可手动点击进行手动加注。
本实施例中氢气为混合气体中的较低分压气体，给受注气瓶加注时，包括以下步骤：
(1)先采集受注气瓶内剩余压力数值，设所述采集得到的剩余压力数值为初始压力数值；
(2)根据受注气瓶内的初始压力与目标加注压力进行计算，得到应加注的氢气分压ΔP；
(3)通过判断，如果氢气气源的压力≥初始压力与目标加注氢气分压ΔP之和，则开启氢气进气阀直接加注至所需压力；若氢气气源的压力＜初始压力与目标加注氢气分压ΔP之和，则开启氢气增压加注功能，加注至所需压力后关闭氢气进气阀；
(4)根据步骤(3)中氢气加注的累计流量M1和氢气天然气比例设定值计算天然气所需加注量M2；
(5)开启天然气进气阀，如果天然气源的压力≥目标混合气体压力，则开启天然气进气阀直接加注至所需压力；若天然气气源的压力＜目标混合气体压力，则开启天然气增压加注功能，加注天然气量M2后关闭天然气进气阀；
(6)采集受注气瓶内的压力数值，将采集到的压力数值与目标加注压力验证，计算误差是否在允许范围之内，若误差在允许范围之内，结束加注并放空，若误差不在允许范围之内，停机放空并报警，通过人机界面提示操作人员。
虽然本发明已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本发明的范围只局限于上述的结构，只要本技术领域的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出的等效替代结构，在不脱离本发明之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本发明专利范围之内。

Claims (10)

1.一种氢气及天然气实时混合加注方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)先采集受注气瓶内剩余压力数值，设所述采集得到的剩余压力数值为初始压力数值；
(2)先加注目标混合气体中较低分压气体：如果氢气为较低分压气体，根据受注气瓶内的初始压力与目标加注混气压力及氢气天然气比例设定值进行计算，得到应加注的氢气分压ΔP氢气；如果天然气为较低分压气体，根据受注气瓶内的初始压力与目标加注混气压力及氢气天然气比例设定值进行计算，得到应加注的天然气分压ΔP天然气；
(3)开启较低分压气体的进气阀和加注阀，对受注气瓶进行较低分压气体加注，加注过程中通过质量流量计控制加注的累计流量，加注完毕后关闭进气阀和加注阀；
(4)根据步骤(3)中较低分压气体加注的累计流量和氢气天然气比例设定值计算目标混合气体中较高分压气体所需加注量；
(5)开启较高分压气体的进气阀和加注阀，按照步骤(4)中计算所得所需加注量，对受注气瓶进行较高分压气体加注，加注过程中通过质量流量计控制加注的累计流量，加注完毕后关闭进气阀和加注阀；
(6)采集受注气瓶内的压力数值，将采集到的压力数值与目标加注压力验证，计算误差是否在允许范围之内，若误差在允许范围之内，结束加注，若误差不在允许范围之内，通过人机界面提示操作人员。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)是通过向受注气瓶内预加注一定量目标混合气体中较高分压气体后获得受注气瓶内压力读数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述步骤(3)的较低分压气体的入口压力小于初始压力与应加注的较低分压气体分压之和时，采用较低分压气体气源增压加注模式；当所述步骤(5)的较高分压气体的入口压力小于目标混合气体压力之和时，采用较高分压气体气源增压加注模式。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中较低分压气体加注体积与目标混合气体体积的体积比为0-50％；所述步骤(5)中较高分压气体加注体积与目标混合气体体积的体积比为50-100％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中目标混合气体的较低分压气体为氢气，氢气加注的体积与混合气体体积的体积比小于30％。
6.一种适用于如权利要求1所述方法的氢气及天然气实时混合加注设备，其特征在于，包括：
管路部分，包括：至少一路氢气管路、至少一路天然气管路和混合总管，所述每路氢气管路上设有氢气进口、氢气过滤器、氢气控制阀、氢气质量流量计，所述每路天然气管路上设有天然气进口、天然气过滤器、天然气控制阀、天然气质量流量计，所述混合总管下游连接高压软管和加气枪，所述混合总管上设有压力传感器、压力表和拉断阀；
电气电控部分，包括：控制系统和人机交换界面，所述氢气质量流量计、氢气控制阀、天然气质量流量计、天然气控制阀、压力传感器的数据传输至所述控制系统，实现实时混合加注；
安全保护部分，包括：可燃气体泄漏报警器，在有气体泄漏的情况下，上传报警信号至电气控制系统，自动停机切断气源并报警；防爆控制系统，保护电气部分在爆炸性气体危险环境下安全运行。
7.如权利要求6所述的加注设备，其特征在于：所述电气电控部分安装在正压箱内，所述正压箱内保持空气或氮气正压。
8.如权利要求6所述的加注设备，其特征在于：所有数据实时采集，自动计算及自动控制，全设备一键式操作，并有停止按键及急停按钮，也可通过人机交互界面手动点击选择不同加注模式进行手动加注。
9.如权利要求6所述的加注设备，其特征在于：所述每路氢气管路上设有氢气放空阀，所述每路天然气管路上设有天然气放空阀。
10.如权利要求6所述的加注设备，其特征在于：所述氢气放空阀的出口和天然气放空阀的出口均汇入一放空总管，所述放空总管上接有阻火器。
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