CN107559583A - 加气站定温定压快速定量充装控制工艺及系统 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及三种高压气态加气站应用的⑴高压气体低温预处理分区定压标准站气瓶充装工艺，⑵高压低温增容常温增压气体运输车充装母站气瓶充装工艺，⑶高压超高压气态深冷+低温+初速限流双线复合控制气瓶充装工艺的定温定压快速定量控制充装综合技术，实现了快速气体充装行业均能应用的、气体充装技术经济指标理想目标的，即有气瓶快充工艺气体充装速度快(气体流速400m³/h与慢充工艺8m³/h相比提高50倍)又有慢充工艺充装质量好(96％～98％)、达到世界先进水平的气体定温‑定压‑快速定量控制充装功能，同时气瓶气体充装质量又稳定满足经济指标(96％～98％)的世界领先水平的效果。

Description

加气站定温定压快速定量充装控制工艺及系统

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种加气站高压气态低温增容定温定压快速定量充装控制工艺，特别涉及气瓶气体初始充装温度控制预处理工艺。

背景技术

由天然气等高压气态应用的CNG加气站因采用气瓶气体快速充装工艺技术，而产生了“气体快充温升技术问题”，导致天然气等汽车储气瓶储能质量、效率不高，从而引起的天然气等汽车的续航能力差(油750km/气200km)、综合能效大幅下降、用户应用成本高、与化石燃料车相比实质性收入相差不大，因此造成自上世纪90年代商业化大规模推广CNG天然气汽车以来，影响天然气汽车快速发展，这一温升与容量关系的关键问题至今未能在技术上有实质性的突破。以“汽车发动机节能技术为导向的天然气汽车发展路线”导致天然气汽车长期受到国家政策扶持、资金补贴、(注：2012年～1016年全国共有478.5万辆节能汽车新能源车享受了税收减免车船税10亿元)，因此天然气汽车领域长期处于商业化发展初级阶段。

由于在新能源汽车领域涉及天然气等汽车应用成本、涉及高效利用天然气等与汽车储能质量、汽车能耗与汽车节能相关的技术至今未有实质性的突破，因而影响了天然气等汽车发展的相关储能与节能的现有气瓶充装控制技术。因为气体燃料密度小而产生对容器压力与安全、容器容积利用效率、充气质量与充气效率、天然气汽车用户对充气时间等的需求超过现有技术水平的需求，基于以上需求因素，加气站采用提高气瓶充气速度来满足用户对充气时间需求的气瓶快充工艺则因气体流速过大、气体在气瓶充装装过程中产生节流温度效应(即焦耳—汤姆逊温度效应)而造成了气体快充温升问题。基于气体快充温升控制技术及涉及储气瓶安全、容积利用效率、天然气汽车续航能力、储气瓶充气质量，涉及天然气汽车发动机充气混合效率与质量(空燃比)、涉及天然气汽车气耗控制能力、天然气汽车的应用成本；而现有气瓶快充工艺对相关气体快充温升控制技术存在的问题，则因人们对天然气加气站气瓶气体快充温升问题与天然气汽车储能质量与天然气汽车发动机充气效率-质量之间的正向促进作用的储能质量与汽车气耗之间的节能关系认识不足、在对天然气汽车储能生产过程中采取的相关控制技术措施中没有实质性的突破，造成控制技术存在能力不足的问题，因此造成天然气汽车的续航能力差、应用成本高、经济性指标不足以与石化燃料车进行技术竞争的竞争力不强。例如石化燃油车60L油箱750km/加油1次；天然气汽车70L储气瓶400km/d加气3次，加油加气次数比为油1次：加气5.6/次，相差4.6/次年，平均加气耗时22.5min/次。由加气往返空驶产生的里程、气耗、运营时间等组成的加气费用相关的综合能效下降、造成汽车的应用成本费用增加，按每天加气次数为3次/d，每次加气气耗1元/次，平均时间22.5min/次，每天运营有效时间0.88元/min计，费用增加为：1元/次*3次/d+0.88元/min*67.5min/d＝62.0元/d；62元/105元的59％，综合能效大幅下降、应用成本大幅增加上升。因此提高天然气汽车续航能力，减少加气往返次数的费用、减少天然气等汽车主要应用成本的关键是加快推动天然气等汽车与汽车储能相关的储气瓶增压增容(制造)、增效(加气站气瓶快充温升控制)、增压标准(国家标准实施)三大关键技术的实质突破，对加快天然气等汽车产业和储能相关行业的发展具有极其重要的现实意义。

由于现有天然气加气站采用气瓶快速充装工艺控制技术，在气瓶充装生产过程中产生“气体快充温升技术问题”所导致的气体充装温度最高达到57℃(实测数据)，快充温升超过了以慢充工艺方式作为国家永久气体充装技术标准20℃20MPa为充装控制依据的25℃～37℃(温度每上升5℃压力上升0.65MPa)，导致汽车储气瓶的气体相对储存密度从0.18kg/L下降至0.14kg/L，下降了28.5％(注；按10加仑汽油当量计)。

根据甲烷气体充装性质(温度上升5℃压力上升0.65MPa)，气体密度在标准充装温度20℃压力20MPa的条件下，气瓶充装气体终了时相对密度为0.94m³/MPa，在57℃20MPa条件下充装，充装终了时的相对密度为0.75m³/MPa(注；以70L储气瓶计)。由此造成气瓶气体快充温升等技术问题，导致天然气等汽车的储气瓶容积利用效率、充气效率、充气质量均大幅下降，由95％～98％下降至72％～75％，最大下降幅度为约28.5％以上。汽车的续航能力从275km减少为200km、下降了约37％，续航能力下降、加气往返空驶等综合应用成本上升，由此造成天然气汽车的应用成本上升，造成天然气汽车的市场竞争能力不强，天然气等汽车用户与天然气汽车储能相关加气站等服务行业的社会经济效益不高。

由于储气瓶容积利用效率低、充气效率低、质量差等因素导致产生的汽车发动机充气效率、充气质量下降、空燃比不足、气耗上升7.6％、气费增加8.12元/400km/d。(注：由于储气瓶储能质量不高、仅达到70％的充气效率的质量水平。根据气体燃料特性以工业产品质量来判别，在现今社会这样的企业是没有生命力的)(注：根据70L储气瓶在充气质量下降18.9％时新技术与现有技术的对比试验数据，7.6％(测试数据)理论值为12％时充气效率可达28.5％)。

中国专利申请201510058308.6公开了一种天然气充装方法，把充装温度控制在0℃～40℃，经过测试验证，以粗放式控制气瓶充装终了时控制气体温升方法，其充装温度偏差较大、充装效率下降5％～10％，因而存在着没有提出有效关键控制点、不能实现自动综合控制功能，充装质量指标偏差大±10％(存在过量或不足产生安全隐患)等问题。中国专利申请201710060231.5公开了一种采用预压式气液置换的气瓶快速充气系统，其中相关气瓶充装工艺以预压式气液置换、预先提高气瓶气体充装压力抑制快充温升方式的技术，同样也有气体充装效率偏差较大(根据其说明书0032段中把初始压力提高至15MPa时，得到的最小温升约为12℃，按GB14194-2006国家永久气体充装性质表得：12℃/5℃*0.65MPa＝1.56充气效率约为92％)、涉及应用体系全面改造市场配套推广、存在着在成熟的天然气等汽车市场难以推广应用的问题。美囯SAEJ2601标准为-20℃/35MPa、-40℃/70MPa，充装终了时气体温升分别约为≤62℃与85℃。因此以上现有技术说明对气体快充温升控制存在温控指标偏差较大、当与环境温度≤40℃或气体充装标准温度20℃平衔时气瓶压力将下降8.4％/35MPa、6.5％/70MPa，因此造成储气瓶充装量不达标，汽车续航里程、气耗、加气所耗时间等应用成本长期居高不下等现有技术的不足。针对上述申请及现有技术中的不足，发明人从解决市场用户基本需求的角度，对天然气汽车储能与能效提升相关的气瓶充装工艺控制技术、天然气汽车节能技术进行研究，从而解决气体快充温升的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的对气体充装温度的控制能力不足，气体快充温升造成气瓶气体充装量不足、充气效率大幅下降28.5％、造成天然气等汽车的续航能力大幅下降、加气次数增加、应用成本增加23.36元/d～26元/d、充气质量下降、天然气汽车单位气耗上升应用成本上升7.6％～12％、8.12元/d～11.32元/d、天然气汽车用户的实质性经济效益不高的问题，本发明提供一种可实现人工干预、精确控制气体充装温升的气体加气站气瓶气体充装工艺控制系统。本发明最终实现气体充装行业均能应用的、气体充装技术经济指标理想的、具有气瓶气体充装速度(气体流速比400m³/h：8m³/h，提高50倍)快、达到世界先进水平的气体定温-定压-快速定量充装功能，气瓶气体充装质量又稳定达标、技术经济指标(96％～98％)的最终技术解决方案。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

⑴一种采用高压气体低温预处理分区定压标准站气瓶充装工艺，把0℃～30℃的气体从30℃处理到-20℃(气体处理能力50℃)的预处理，将天然气初始充装温度控制在-20℃～10℃，使气瓶在充装终了时气瓶充装温度、压力达到气体充装20℃20MPa标准；或者包括⑵采用高压低温增容常温增压气体运输加气毌站气瓶充装工艺，把0℃～30℃的气体从30℃处理到-20℃(气体处理能力50℃)的预处理、将天然气初始充装温度控制在-20℃～10℃，使气瓶在充装终了时气瓶充装温度、压力达到气体充装20℃25MPa标准；或者包括⑶超高压气态深冷和低温双线复合式程序控制充装工艺，将0℃～30℃的气体从30℃处理到-40℃(处理能力90℃)的预处理，将氢气初始充装温度控制在-40℃～-10℃，使气瓶在充装气体终了时气瓶气体充装温度、压力达到气体充装20℃70MPa标准的高压气态加气站气瓶定温定压快速定量控制充装技术。

一种气体加气站的超高压气态深冷和低温双线复合控制充装充装工艺装置，包括第一低压储罐、第二低压储罐以及车用储气瓶，还包括位于所述第一低压储罐、第二低压储罐和车用储气瓶之间依次连接的温控系统、加压系统以及充气装置。

进一步的，

所述的温控系统包括：温度检测装置、冷却器以及用于控制所述冷却器进行工作的制冷控制器，所述的温度检测装置设置于所述冷却器内。

进一步的，

所述的第一低压储罐和第二低压储罐分别通过第一子管道和第二子管道连通，在第一子管道和第二子管道连通的节点处连接一第一主管道与所述冷却器连通；

所述的第一子管道设置有第一电磁阀和第一限流阀；

所述的第二子管道设置有第二电磁阀。

进一步的，

所述的加压系统系统包括：

压力传感器、计价计量装置、加压装置以及用于控制所述加压装置的加压控制器，所述的压力传感器设置于所述加压装置内，所述的加压装置与所述冷却器通过第二主管道连接，所述的第二主管道设置有温度传感器。

进一步的，

所述的充气装置包括连接的加气软管枪快接头和快接头手动阀，所述的加气软管枪快接头与所述计价计量装置通过第三主管道连接，所述的第三主管道设置有压力传感器和第三电磁阀，所述的快接头手动阀与所述车用储气瓶连接。

进一步的，

所述的超高压气态深冷和低温双线复合控制充装充装工艺装置还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一限流阀、加气软管枪快接头和快接头手动阀。

一种高压气体低温预处理分区定压标准站气瓶充装工艺装置，包括高压罐、中压罐、低压罐以及储气瓶，和分别与所述高压罐、中压罐以及低压罐与储气瓶之间分别依次设置有加压系统、温控系统以及充气装置。

一种高压低温增容常温增压气体运输加气毌站气瓶充装工艺装置，包括储气罐和储气瓶，在所述储气罐和储气瓶之间依次设置有温控系统、加压系统以及充气装置。

通过对天然气气瓶快充过程温升机理的分折，建立了天然气气瓶快充温升数值模型、应用模型，对天然气在不同充装参数(包括起始温度、初始充装压力与充装速率等)下的温升进行了预测，实验结果表明：气瓶初始压力对快充温升的影响呈线减小关系，温升近似与初始温度呈线性增长关系，随着气瓶充装速率的提高、气瓶内最大温升逐渐增加。并且提出控制或减小温升时可对天然气进行预冷、以降低天然气的初始温度的方式进行充装，以免快充温升过高的解决快充温升的方法。

根据天然气气瓶快充温升数值模拟研究中的最新科技理论数据，即天然气气体充装性质：初始温度每上升1k快充温升上升2.3k，并结合国家永久气体充装规范：温度每上升5℃、压力上升0.65MPa，同时结合发明人从事天然气相关工作四十多年丰富的实践经验以及对气体充装性质的深刻理解，对快充温升产生过程及技术控制方法的研究，突破了人们对温度与密度、压力与充气量、储能质量与汽车节能之间相互促进作用的认识误区，根据气体初始充装温度上升1k快充温升上升2.3k、温度每上升5℃气体充装压力上升0.65MPa的气体充装温度与气体充装压力之间的充装性质及试验验证的测试数据进行计算，首次提出以控制气体初始充装温度为-20℃～10℃为关键控制点的气体充装温升综合控制工艺，即把气体初始充装温度控制在-20℃～10℃范围内就能达到控制最高气体快充温升23℃～37℃的气瓶气体充装生产20℃20MPa国家标准指标，使气瓶气体充装温度在气瓶充装终了时达到技术指标，即充装温度≥20℃±0.5℃、充装压力≤20MPa±1.5％经济指标且充装量≥96％～98％的气瓶快充温升控制效果。同时，依据上述理由，为满足温度20℃、压力25MPa的以及温度20℃、压力70MPa氢气应用标准，采用低温增容常温增压气瓶充装工艺把天然气初始充装温度控制在-20℃～10℃以满足温度20℃、压力25MPa的应用标准；或者采用超高压深冷常温双线复合式充装工艺把氢气初始充装温度控制在-60℃～-10℃以满足温度20℃、压力70MPa氢气应用标准。

当气瓶充装工艺实施应用于生产时；气体温度通过温度控制系统的制冷功能及温度自动/手动功能与压力系统程序控制综合作用，把气体初始充装温度控制在-20℃～10℃范围内时，即可实现对气体快充温升23℃～37℃的处理能力，其中37℃为20℃20MPa标准条件下进行充装的最大值，在气瓶气体充装终了时即可把气瓶气体充装温度控制在≥20℃±0.5℃；气体压力通过压力控制系统对气瓶剩余压力的检测，根据检测结果自动调整到分段单线设定的压力区间开始气体充装至设定压力(最大值≤20MPa±1.5％)后停止。

通过采用本发明节能新技术在实施中储气瓶充气效率提高18.9％时和天然气汽车的全过程试验测试数据，加气次数则由每天3次/d、减少为1.88次/d、由此减少1.12次/d、每天的加气应用成本由62.0元/d减少为38.91元/d，因此每天每次加气可节省加气费用为20.7元/次、23.19元/d，因此，天然气汽车每天每车减少支出和能耗下降产生的社会经济效益合计共为：8.12元/d+23.19元/d＝31.31元/d，占每天天然气汽车气耗费用的31.31元/105元的约35％，31.31元/d*350/d≈10958元/车年；每车每年气耗费用按105.88元/400km.d计算，3.7万元/140000km/车年，减少支出和耗能下降产生的社会经济效益(1.1万元～1.4万元/车年)占汽车每车每年所耗气费(37000元/车年)的比例约为30％～38％/车年。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)解决了因充装参数变化(用户随机加气)产生的加气站气瓶充装工艺控制参数不能随机调整而产生的过压或过量，从而可能造成的安全隐患性难题，为国家标准实施落实提供了技术支持，提高了供需双方生产与使用的安全可靠性。

(2)定温定压定量充装的性能使气瓶充装质量不受环境温度变化(冬、夏季)影响，充装效率与质量均能充满得到保证、提高了天然气汽车用户的社会经济效益。

(3)实现了低温定量充装物理增压性能，极大的扩展了气瓶充装工艺控制技术的节能与气体加气站技改发展潜力，大幅扩展了快充温升控制新技术在相关气体充装领域应用范围，使本发明的气体快充温升控制新技术在满足气体充装性质的条件下，在有快速充装需求的各种气体充装行业均能应用，以提高气体充装企业的生产效率及产品质量，提高企业的经济效益。由气体储存应用行业扩展至气体运输行业及其它气体性质相近快速需求相同的不同气体充装行业。

(4)通过以上解决气体快充温升为目标而提出的“加气站高压气态低温增容定温定压快速定量充装工艺控制方案”和采取的低温控制预先处理的技术措施，提高了储气瓶容积利用效率、提高了天然气汽车发动机充气效率与充气质量、提高了汽车的续航能力、降低了汽车加气往返应用成本，实现天然气等汽车节能增效目地的气瓶定温定压快速定量充装工艺的最终技术解决方案。

(5)通过本发明节能新技术在天然气汽车储能与节能的关键节点，加气站气站气瓶快充工艺相关快充温升控制技术的突破，可在目前应用的气瓶气体充装标准20℃20MPa条件下应用实施中，每年每辆出租车可产生1.1元～1.4万元的社会经济效益，并随着近期国家永久气体气瓶充装增压25MPa的充装标准公布实施，在采用本公司的发明新技术市场推广实施后则每年每车可增加社会经济效15000元/年以上。

附图说明

图1为高压低温增容常温增压气体运输加气毌站气瓶充装工艺装置示意图；

图2为高压气体低温预处理分区定压标准站气瓶充装工艺装置；

图3气体加气站的超高压气态深冷和低温双线复合控制充装充装工艺装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的重量份、体积份的相对单位为千克、升，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1

一种高压低温增容常温增压气体运输加气毌站气瓶充装工艺装置，如图1所示其结构示意图，包括依次连接的储气罐，温控系统、压控系统、充气装置以及储气瓶。其中储气罐设置为1个，储气罐内的气体首先通过温度控制系统进行温度的变化处理，然后经过压控系统进行加压处理，最后将具有适宜温度、适宜压强的气体通过充气装置冲入储气瓶内，完成对储气瓶内充气的目的。

其中温控系统包括温度控制装置、温度传感器2Aa、冷却器以及用于控制所述冷却器进行工作的制冷控制器，温度传感器2Aa用于检测冷却器内的温度，并将温度传感器2Aa检测到的冷却器或者冷却器内的气体温度反馈至温度控制器，通过温度控制器和冷却器关联，进而使冷却器对制冷控制器进行制冷工作。冷却器和储气罐通过第一管道连通。

压控系统包括压力传感器3Bb、计价计量装置、加压装置以及用于控制加压装置的加压控制器，压力传感器3Bb用于检测与加压装置连通管道内的压力，并将管道内的气体压力反馈至加压控制装置，加压控制装置控制加压装置进行相应的加压工作，加压装置与冷却器通过第二管道连接，加压装置与充气装置通过第三管道连接，其中计价计量装置包括流量检测装置，用于检测第三管道内的流过的气体流量，并将气体流量以模拟量输出至一处理器，计算出充气价格。

充气装置包括连接的加气软管枪快接头和快接头手动阀，加气软管枪快接头与计价计量装置通过第三主管道连接，第三主管道设置有压力传感器3Bb和第三电磁阀3Cc，快接头手动阀与所述车用储气瓶组连接。当需要对储气瓶进行充气操作时，可打开第三电磁阀3Cc进行充气。

实施例2根据对比态原理的理论分析

本实施例所述天然气加气站储气瓶定温定压定量快速充装技术，以气体充装标准20℃20MPa为计算依据、以控制精度≤1.5级的技术指标为设计控制精度、通过降低气体初始充装温度的方法，既解决了快充工艺产生的温升问题，又达到了解决目前加气站气瓶充装技术因对温度的控制能力不足所造成的储气瓶充气量与20℃20MPa为充装标准的充装新技术充气量之间的差距的目的，同时达到了提高储气瓶容积利用能效，提高天然气汽车用户经济效益指标的设计目地，具体说明如利用下：

设储气瓶的水容积为70L，在2min时间内充装至20Mpa的压力而且可以认为压缩过程气体终状态的温升与压缩机储气装置来气初状态无关、若环境温度为20℃、表压为0Mpa、充气量为0m³；采用本发明所述的20℃20MPa定温定压定量充装新技术，终状态瓶内气体温度为20℃、表压为20Mpa；若采用传统快充技术、终状态瓶内气体温度55℃、表压为20Mpa，按相对密度γ_g＝0.72的天然气计算拟临界参数(《天然气输配技术》，第7页)

拟临界温度T_pc＝(92.2+176.6γ_g)K＝219.35K

拟临界压力P_pc＝(4.881-0.3861γ_g)MPa＝4.60MPa。

根据对比态原理、采用气瓶20℃20MPa定温定压定量充装新技术、终状态瓶内气体温度20℃、表压为20Mpa的天然气：

Pr＝P/Pc＝20/4.60＝4.348 Tr＝T/Tc＝293.15/219.35＝1.336

查压缩因子图可得：在Tr＝1.336、Pr＝4.348时、压缩因子Z＝0.7。

据公式PV_m＝ZRT，可得在温度为20℃、压力为20Mpa时、天然气的摩尔体积V_m＝8.797×10^-5m³，则70L的车载气瓶充装天然气796mol，折算为甲烷12.73kg，折算为γ_g＝0.72的天然气12.91kg。

采用传统快速充装技术、终状态瓶内气体温度55℃、表压为20Mpa的天然气：Pr＝P/Pc＝20/4.60＝4.348Tr＝T/Tc＝328.15/219.395＝1.496，

查天然气压缩因子图可得：在Tr＝1.405、Pr＝4.777时、压缩因子Z＝0.79。

根据公式PV_m＝ZRT，可得温度为55℃、压力为20Mpa时天然气的摩尔体积Vm＝1.08×10^-4m³，则70L的车载气瓶充装天然气648mol，折算为甲烷10.4kg，折算为γ_g＝0.72的天然气10.55kg。

由此可知；应用本发明的充装方法在上述条件下、可以增加天然气的充装质量为(12.91-10.55)＝2.36kg，即20℃20MPa提高储气瓶充气量百分比为2.36kg/10.55kg＝22.4％。

实施例3

一种高压气体低温预处理分区定压标准站气瓶充装工艺装置，如图2所示其结构示意图，包括依次连接的储气罐，压控系统、温控系统以及充气装置。其中储气罐设置包括3个，低压罐、中压罐以及高压罐。低压罐、中压罐以及高压罐与压控系统之间的连接管道分别设置有第一电磁阀1Aa、第二电磁阀1Ab以及第三电磁阀1Ac。当需要控制低压罐、中压罐以及高压罐进行供气时，分别控制与其对应的第一电磁阀1Aa、第二电磁阀1Ab以及第三电磁阀1Ac打开。

其中压控系统包括压力传感器2Aa、计价计量装置、加压装置以及用于控制加压装置的加压控制器，压力传感器2Aa用于检测与加压装置连通管道内的压力，并将管道内的气体压力反馈至加压控制装置，加压控制装置控制加压装置进行相应的加压工作，加压装置与储气罐通过第一管道连接，其中计价计量装置包括流量检测装置，用于检测第一主管道内的流过的气体流量，并将气体流量以模拟量输出至一处理器，计算出充气价格。

温控系统包括温度控制装置、温度传感器3Aa、冷却器以及用于控制所述冷却器进行工作的制冷控制器，温度传感器3Aa用于检测冷却器内的温度，并将温度传感器3Aa检测到的冷却器或者冷却器内的气体温度反馈至温度控制器，通过温度控制器和冷却器关联，进而使冷却器对制冷控制器进行制冷工作。冷却器和加压装置通过第二主管道连通，通过第二主管道将冷却器内的气体加入至加压装置内。

充气装置包括连接的加气软管枪快接头和快接头手动阀，加气软管枪快接头与冷却器通过第三主管道连接，温度传感器3Aa、压力传感器2Aa和第三电磁阀1Ba设置于第三主管道处，快接头手动阀与车用气瓶连接。

实施例4根据理论分析数据进行的验证试验、技术验证及经济分析

根据发明人2017-05-06在大安长堰塘加气站以加气站气瓶充装控制参数为计算基准的充装数据与理论分析数据进行实际充装计算精度对比：

目前加气站气瓶充装技术在气瓶为70L、充装终了时温度压力为57.6℃、20MPa、充气量14.83m³、在相差2℃的温升影响气量，所以应增加0.06m³后和理论计算数据相比较：

55℃10.55kg/0.72kg/m³＝14.653m³/55℃

14.653m³/55℃10.55kg-0.06m³/57℃≈14.6m³/57℃

加气站充装数据；14.83m³-14.6m³≈0.23m³

因此理论和实际充装精度≤0.023m³。

因此本理论数据的控制精度0.023m³≈国家永久气体充装定1.5级1.5％、0.22％和加气站应用中控制参数重合达到精度要求。

2017-05-06在自贡大安区长堰塘加气站采用模拟新技术原理方式在充气后停车一个晚上，2017-05-07早上降温后补气5.07元共计气费54.54元，扣除往返加气的气耗1元为53.54元，因此总气量为53.54元/3元＝17.85m³，加气后测温为22℃，根据理论值应加气瓶内外相差3k～5k，所以气瓶充装温升为6℃，按26℃20MPa条件下的气体密度计：20MPa-0.78MPa＝19.22MPa，因此17.85m³/19.22MPa≈0.93m³/MPa，所以按标准充装量还差

0.93m³/MPa*0.78MPa＝0.72m³。

2017-05-07旱上补气后通过正常运营路线的里程测试，在充气效率提高17.84m³/15m³＝18.9％的条件下出租车运营里程219km每公里气耗为：53.54元/219km＝0.2444元/km，现有技术充装，每公里气耗的测试数据为：45元/170km＝0.2647元/km，(注；在高速路上的数据为45元/230km，单位气耗为0.1956元/km)新技术达到了气耗下降的设计目标实现节能降耗：0.2647元/km/0.2444/km，单位气耗下降0.0203元/km。节能率：0.0203元/0.2444元/km≈8.3％，按出租车运营400km/d，实现节能降耗费用8.12元/d*350/d＝2.840元/年。

通过对充装气体的温度进行预处理气瓶容积利用效率大幅提高18.9％，汽车续航里程增加49km(219km/170km)，应用成本大幅降低(加气次数由3次/d下降为1.88次/d)。现有技术与新技术相比(170km/次/400km：219km/次/400km)加气综合费用由工作时间15小时/2、吃饭时间40min/2次、每天3次/d加气往返时间(行驶、排队、加气过程年平均22.5min/次)气耗按1元计，每天收入700元/d/(900min-40min-67min＝793min)＝0.88元/min。因此由天然气汽车储气瓶储能效率下降产生的综合能效下降、应用成本费用上升、每次加气费用20.86元/次、每天23.36元/d、每年8176元/年。

因此采用新技术20℃20MPa标准充气效率达到28.5％、58.4元/19.4m3/247km、单位气耗0.2364元/km、能耗下降节能率10.7％、2.83元/100km、11.32元/d、3962元/车年。

两项相加为3962元+8176元＝12138元/年，因此采用新技术可提高天然气汽车社会经济效益12138元/车年。

实施例5

一种气体加气站的超高压气态深冷和低温双线复合控制充装充装工艺装置，包括第一低压储罐、第二低压储罐以及车用储气瓶，还包括位于第一低压储罐、第二低压储罐和车用储气瓶之间依次连接的温控系统、加压系统以及充气装置。第一低压储罐和第二低压储罐内放置的气体可分别通过温控系统进行温度控制、然后通过加压系统进行加压，最后通过充气装置冲入至储气瓶内。

温控系统包括：温度检测装置、冷却器以及用于控制所述冷却器进行工作的制冷控制器，温度检测装置设置于所述冷却器内，通过温度检测装置可检测冷却器内的温度，并将冷却器内的温度信息反馈至制冷控制器，制冷控制器根据温度检测装置反馈的温度信息对冷却器的制冷功率进行控制，温度检测装置包括温度传感器2Aa。

加气罐包括低压储罐和高压储罐，所述的低压储罐和高压储罐分别通过第一子管道和第二子管道连通，在第一子管道和第二子管道连通的节点处连接一第一主管道与所述冷却器连通；第一子管道设置有第一电磁阀1Aa和第一限流阀1Ac，通过第一电磁阀1Aa和第一限流阀1Ac对低压储罐内的气体进行限流控制；第二子管道设置有第二电磁阀1Ab，通过第二电磁阀1Ab对高压储罐内的气体进行控制。

加压系统包括：压力传感器3Aa、计价计量装置、加压装置以及用于控制所述加压装置的加压控制器，所述的压力传感器3Aa设置于所述加压装置内，所述的加压装置与所述冷却器通过第二主管道连接，所述的第二主管道设置有温度传感器2Aa。

充气装置包括连接的加气软管枪快接头和快接头手动阀，所述的加气软管枪快接头与所述计价计量装置通过第三主管道连接，所述的第三主管道设置有压力传感器和第三电磁阀，所述的快接头手动阀与所述车用储气瓶连接。通过加气软管枪快接头、快接头手动阀将气体引致车用储气瓶内。

超高压深冷常温双线复合式充装子系统包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一限流阀、加气软管枪快接头和快接头手动阀。

实施例6天然气汽车全过程节能最新实验测试

2017-08-25日19时在自贡市大安区长堰塘加气站充装(49元/16.33m3、气瓶充装温度46℃)后、采用模拟新技术降温方式在储气瓶周边以加冰降温方式，停留至2017-08-26早上，补气充装前测温12.5℃。(补气充装后测温24.5℃加气滞后温度按4K计合计为28.5℃与标准20温度相差8.5℃，按该压力下气体密度约0.92m³/MPa所以还相差约8.5℃/5℃0.65MPa*0.92m³/MPa≈1m³)补加气费10.17元、扣除市内10.1km/3.4元的加气往返气耗、总气费56.6元、气量18.87m³、从自贡至乐山的高速公路上以85km～90km的车速全程空调进行续航能力与节能相关的气耗测试，测试结果为56.6元/325km、单位气耗约0.174元/km。(注；按增加气费计11.6元/74km/0.157元/km、如达到设计理论值增加量1m³计为：按59.6元推论，14.6元/0.157/km≈93km，因此在高速路该车可行驶93/km+252/km≈345/km，假设空调不用则可行驶约400/km以上。

2017-08-26下午重复上午在上述高速公路路段进行新技术充装方式与传统充装方式对比测试、加气费与续航能力：56.6元/325km/0.174元/km：45.5元/252km/0.18元/km、单位气耗比为0.174元/km：0.18元/km、新技术气耗下降3.3％。

2017-08-27早上，在市内带空调车速为35km～60km的正常运营测试对比数椐，采用新技术充装与现有技术充装的对比数据为：低车速运行气费里程为：56.6元/190km：44元/130km；单位气耗比约为：0.298元/km：0.34元/km，气耗下降节能增值约12％。

从以上两个实施例的测试对比数据显示，采用本发明技术提高储气质量后天然气汽车在高速公路上以中等转数条件下行驶时，气耗与传统技术相比下降0.006元/km，差别不大；但与市内低转速条件下高低速之间相比，单位气耗比为：0.34元/km/0.174元/km，气耗率下降49％)实现节能增效的技术经济指标比在城区内的低转速条件下运行效率要高，两个实施例测试数据基本说明了天然气汽车发动机在中低速度之间的充气效率与充气质量(空燃比差异)与天然气汽车储能充气质量之间的关系(从高速路测试中储能增加值气耗比中，可以看出储能增值为11.6元/74km，单位气耗0.157元/km，同样高速测试传统充装技术与新技术相比为：0.1792元/km：0.174元/km，平均气耗下降约3.3％。

同辆汽车在市内低速条件下与现有技术充气储能效率在高速公路上中速节能速度条件下，在本发明技术充气效率提高25％时，相比单位气耗为0.34元/km-0.174元/km≈0.166元/km。0.166元/0.34元/km＝49％，即气耗下降49％。所以由以上分析说明了天然气汽车储能质量与天然气汽车气耗呈反比促进关系，即储能质量提高，汽车发动机气耗下降，并且随着发动机转数下降气耗呈加速上升趋势发展。因此从以上分析中可以看出储气瓶储能质量与天然气汽车在高速路上经济速度行驶气耗下降3.3％，差异不大；但随着天然气汽车速度下降气耗由3.3％上升至49％，呈加快趋势上升，所以通过对天然气加气站气瓶充装控制技术的高压气态低温增容、定温、定压快速定量充装控制技术的创新型改进，提高天然气等汽车储能质量与储气瓶充气效率、促进天然气汽车在交通领域发挥高效利用天然气的节能增值潜力、具有极其重要的节能增效作用，对提高天然气汽车的续航能力、减少天然气汽车应用成本、提高天然气汽车的社会安全与经济效益，提高天然气汽车与化石燃料车的竞争能力、加快天然气汽车与石化燃料车的替代速度、促进天然气汽车产业的快速发展具有巨大的推动力。因此采用本发明的高压低温增容定温定压快速定量控制充装节能技术，在天然气加气站现有技术20℃20MPa控制标准参数不変的条件下，通过对充装气体的温度进行预处理，使气瓶充装气体终了时气体充装温度精确控制在≥20℃±0.5℃、在天然气加气站投入少量资金(1年内收回投资、20年的长期收益)进行技术改造即能达到每年每车产生的社会经济济效益在1.1万/年～1.2万/年车以上，根据市场经济利益共享的分配模式，各方收益为：

出租车等天然气汽车以400km/d、140.000km/年计，每天每车收益23元/d～26元/d、每年为8000元/年～9100元/年，在天然气出租车的使用年限4年～6年内、出租车用户收益(3.2万元～3.6万元)/4年为周期、(4.8万元～5.4万元)/6年为周期以上。

天然气加气站收益：天然气加气站按售气10000m³/d、纯收益1620元/d、567万元/年～714万元/年座，占目前加气站纯利润的50％以上。

按2015统计CNG加气站4500座，可为加气服务行业增加收入(200亿～300亿)/3*0.6＝44亿元/年～66亿元/年以上的纯收入。

技术方收益为26.6亿/年～39.9亿元/年、支出50％(由技术方提供技术支持；安全运行全过程远程运行监管、从气瓶改装认证、年审等与加气站相关涉及气瓶使用安全质量运行、保险介入生产与用户相关事务、以高于国家相关标准的企业标准投入运行管理、以市场化模式运作)收益约13.3亿元/年～20亿元/年。随着天然气汽车经济效益的提高，天然气汽车向效益型产业快速发展，天然气汽车由储能技术引导产业发展方向得到实施，技术方提出的供需三方安全共管、利益共享的现代先进社会理念目标得到实现，天然气汽车将走走向快速发展的郊益型新能源汽车产业快车道。

尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域一个熟练的技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种加气站快速定量充装控制工艺，包括采用高压气体低温预处理分区定压标准站气瓶充装工艺，把0℃～30℃的气体从30℃处理到-20℃(气体处理能力50℃)的预处理，将天然气初始充装温度控制在20℃～10℃，使气瓶在充装终了时气瓶充装温度、压力达到气体充装20℃20MPa标准；或者包括采用高压低温增容常温增压气体运输加气毌站气瓶充装工艺，把0℃～30℃的气体从30℃处理到-20℃(气体处理能力50℃)的预处理、将天然气初始充装温度控制在-20℃～10℃，使气瓶在充装终了时气瓶充装温度、压力达到气体充装20℃25MPa标准；或者包括采用超高压气态深冷和低温双线复合程序控制充装工艺，将0℃～30℃的气体从30℃处理到-40℃(综合处理能力90℃)的预处理，将氢气初始充装温度控制在-40℃～-10℃，使气瓶在充装气体终了时气瓶气体充装温度、压力达到气体充装20℃70MPa标准。

2.一种气体加气站的超高压气态深冷和低温双线复合控制充装充装工艺装置，其特征在于，包括第一低压储罐、第二低压储罐以及车用储气瓶，还包括位于所述第一低压储罐、第二低压储罐和车用储气瓶之间依次连接的温控系统、加压系统以及充气装置。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征是：所述的温控系统包括：温度检测装置、冷却器以及用于控制所述冷却器进行工作的制冷控制器，所述的温度检测装置设置于所述冷却器内。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征是：

所述的压力流速程序控制第一低压储罐和第二低压储罐分别通过第一子管道和第二子管道连通，在第一子管道和第二子管道连通的节点处连接一第一主管道与所述冷却器连通；

所述的第一子管道设置有第一电磁阀和第一限流阀；

所述的第二子管道设置有第二电磁阀。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征是：

所述的加压系统系统包括：

压力传感器、计价计量装置、加压装置以及用于控制所述加压装置的加压控制器，所述的压力传感器设置于所述加压装置内，所述的加压装置与所述冷却器通过第二主管道连接，所述的第二主管道设置有温度传感器。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征是：

所述的充气装置包括连接的加气软管枪快接头和快接头手动阀，所述的加气软管枪快接头与所述计价计量装置通过第三主管道连接，所述的第三主管道设置有压力传感器和第三电磁阀，所述的快接头手动阀与所述车用储气瓶连接。

7.根据权利要求2至6任一项所述装置，其特征是：

所述的超高压气态深冷和低温双线复合控制充装充装工艺装置还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第一限流阀、加气软管枪快接头和快接头手动阀。

8.一种高压气体低温预处理分区定压标准站气瓶充装工艺装置，其特征在于，包括高压罐、中压罐、低压罐以及储气瓶，和分别与所述高压罐、中压罐以及低压罐与储气瓶之间分别依次设置有加压系统、温控系统以及充气装置。

9.一种高压低温增容常温增压气体运输加气毌站气瓶充装工艺装置，其特征是，包括储气罐和储气瓶，在所述储气罐和储气瓶之间依次设置有温控系统、加压系统以及充气装置。