CN109185695A - 一种高压气体充装系统及其充装方法 - Google Patents

一种高压气体充装系统及其充装方法 Download PDF

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章铭明
齐利兵
杨洁
曹雨
袁涛
甘志刚
甘武文
甘贤刚
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Abstract

本发明公开了一种高压气体充装系统及其充装方法，前者包括：第一增压组件，其进口与气体源的出口管路连通；扩容组件，其气体容积大于或等于系统的单次目标充装量，所述第一增压组件的出口通过增压出口管路与所述扩容组件的进口相连通；缓冲组件，所述扩容组件的出口与所述缓冲组件的进口相连通，所述缓冲组件的出口通过系统出口管路与待充装容器的进口相连通。由于在充装系统内增设了扩容组件，使得经过增压后的高压气体能够满足较大的气体充装要求，提高了高压气体的充装效率，从而实现了高压气体的快速、大量充装。

Description

一种高压气体充装系统及其充装方法
技术领域
本发明属于高压气体充装技术领域，尤其涉及一种能够实现快速、大量充装的高压气体充装系统。本发明还提供一种基于该高压气体充装系统的充装方法。
背景技术
在化工气体分离技术领域中，需要涉及气体充装，即将储气罐内的目标气体增压到一定充装压力后，在保证纯度的前提下启动模压机将高压气体充装如气瓶内。现有技术中，储气罐内的高压气体增压后直接充装至气瓶，由于储气罐的容积和压力阈值的限制，充装压力需低于或等于压力阈值，且充装量需低于充装量阈值，这就导致了高压气体充装的效率较低，且充装压力难以得到有效提高，无法实现高压气体的快速、大量充装。
发明内容
本发明的目的是至少解决上述现有技术中存在的问题之一，该目的是通过以下技术方案实现。
本发明提供了一种高压气体充装系统，包括：
第一增压组件，所述第一增压组件的进口与气体源的出口管路连通；
扩容组件，所述扩容组件的气体容积大于或等于所述高压气体充装系统的单次目标充装量，所述第一增压组件的出口通过增压出口管路与所述扩容组件的进口相连通；
缓冲组件，所述扩容组件的出口与所述缓冲组件的进口相连通，所述缓冲组件的出口通过系统出口管路与待充装容器的进口相连通。
在为待充装容器充气过程中，通过第一增压组件对气体源内输送而来的目标气体进行加压，并将加压后的高压气体充装至扩容组件中备用，当扩容组件内的气体量达到预设值时，扩容组件内的高压气体经缓冲罐缓冲并快速充装至待充装容器内。这样，由于在充装系统内增设了扩容组件，使得经过增压后的高压气体能够满足较大的气体充装要求，提高了高压气体的充装效率，从而实现了高压气体的快速、大量充装。
进一步地，所述缓冲组件包括缓冲罐和与所述缓冲罐相连通的缓冲气瓶组，所述缓冲气瓶组的进口为所述缓冲组件的进口，所述缓冲罐的出口为所述缓冲组件的出口。
进一步地，还包括第二增压组件，所述第二增加组件安装于所述系统出口管路上；
所述第二增压组件的进口与所述缓冲罐的出口相连通，所述第二增压组件的出口与所述待充装容器的进口相连通。
进一步地，所述扩容组件包括并联设置的至少两组气瓶组，所述扩容组件的进口包括各所述气瓶组的进气口，所述扩容组件的出口包括各所述气瓶组的出气口。
进一步地，至少所述两组气瓶组中的每组气瓶组与所述第一增压组件的连通管路上均设置有截止阀；且/或，
所述增压出口管路上和/或所述系统出口管路上设置有截止阀，所述气体质量测试回路的入口端与所述系统出口管路相连通。
进一步地，至少任一所述气瓶组所在的管路上设置有真空泵。
进一步地，各所述气瓶组所在的管路上、以及所述系统出口管路上均设置有泄压阀。
进一步地，所述系统出口管路上还设置有恒压阀。
进一步地，还包括气体质量测试回路，所述气体质量测试回路上设置有回流阀，并通过所述回流阀与所述增压出口管路连通或截止。
进一步地，所述系统出口管路上设置有压力表、温度计和气体纯度测量器中的至少一者。
本发明还提供一种高压气体充装方法，包括以下步骤：
S1充装前准备步骤：吹除系统管道杂质、抽真空；关闭系统管道中截止阀和各气瓶组上的所有手动阀门，其它所有阀门打开，保持系统管道内畅通，用各气瓶组中装有纯气体的气瓶对系统管道进行吹除，然后启动真空泵对系统管道进行抽真空，直至管道内的真空环境符合预设要求；
S2第一阶段充装：原料气体分析纯度合格后，启动第一增压机，出口压力达到10MPa时，打开增压出口管路上的截止阀以向至少任一组气瓶组充压，当达到气瓶充装压力13～15MPa时结束充装；
S3第二阶段充装：将缓冲罐的出口压力调节至在14MPa，启动第二增压机，并使其出口压力达到16MPa-18MPa，达到预设压力值时通过恒压阀控制出口压力保持在第二增压机的出口压力下；
S4气体质量测试步骤：对恒压阀输出的气体进行纯度检测，当纯度测量未达到纯度标准要求时，气体通过回流阀返回至增压出口管路；当纯度测量达到标准要求时，打开系统出口管路上的截止阀，气体经软管进入待充装容器以完成充装。
该充装方法在为待充装容器充气过程中，通过第一增压组件对气体源内输送而来的目标气体进行加压，并将加压后的高压气体充装至扩容组件中备用，当扩容组件内的气体量达到预设值时，扩容组件内的高压气体经缓冲罐缓冲并快速充装至待充装容器内。这样，由于在充装系统内增设了扩容组件，使得经过增压后的高压气体能够满足较大的气体充装要求，提高了高压气体的充装效率，从而实现了高压气体的快速、大量充装。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明所提供的高压气体充装系统一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供的高压气体充装方法一种具体实施方式的流程图。
附图标记说明：
1-气体源的出口管路 2-第一增压组件 3-增压出口管路
4-系统出口管路 5-待充装容器 6-缓冲罐 7-缓冲气瓶组
8-真空泵 9-第二增压组件 10-气瓶组 11-恒压阀 12-回流阀
13-压力表 14-温度计 15-气体纯度测量器
具体实施方式
本发明提供了一种高压气体充装系统，用以解决现有技术中的高压气体充装效率较低的技术问题。
请参考图1，图1为本发明所提供的高压气体充装系统一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的高压气体充装系统包括第一增压组件2、扩容组件以及缓冲罐6。其中，第一增压组件2包括至少一级增压机以及与该相应增压机配合的必要阀组，例如泄压阀、截止阀以及压力调节阀等，第一增压组件2的进口与气体源的出口管路1连通。扩容组件用于扩大充装系统的容积，以便为待充装容器5的单次充装提供足够的充装量，显然地，扩容组件的气体容积大于或等于系统的单次目标充装量，其中，单次目标充装量是指充装系统工作一次需要向待充装容器5内充装的气体体积。所述第一增压组件2的出口通过增压出口管路3与所述扩容组件的进口相连通。缓冲罐6能够起到气体缓冲、储存的作用，并且为增压机提供连续气体减少管道震动，所述扩容组件的出口与所述缓冲罐6的进口相连通，所述缓冲罐6的出口通过系统出口管路4与待充装容器5的进口相连通。
上述缓冲组件包括缓冲罐6和与所述缓冲罐6相连通的缓冲气瓶组7，所述缓冲气瓶组7的进口形成所述缓冲组件的进口，所述缓冲罐6的出口形成所述缓冲组件的出口。其中，经扩容组件输出的高压气体进入缓冲罐6进行缓冲后，进入缓冲气瓶组7，并通过缓冲气瓶组7对缓冲后的高压气体进行暂存，以便为增压机提供大量的连续的气体。该缓冲气瓶组7中包括若干个气瓶，气瓶的具体数量可根据所需容积等因素确定。在缓冲气瓶组7与缓冲罐6之间的连通管路上可以设置有压力控制阀门，以通过该压力控制阀门调节缓冲气瓶组7的出口压力，使得该出口压力能够处于设定的范围内。
在系统出口管路4上还设置有恒压阀11，以保证缓冲罐6的出口压力保持恒定的压力，从而保证气体充装的压力恒定和稳定。
在为待充装容器5充气过程中，通过第一增压组件2对气体源内输送而来的目标气体进行加压，并将加压后的高压气体充装至扩容组件中备用，当扩容组件内的气体量达到预设值时，扩容组件内的高压气体经缓冲罐6缓冲并快速充装至待充装容器5内。这样，由于在充装系统内增设了扩容组件，使得经过增压后的高压气体能够满足较大的气体充装要求，提高了高压气体的充装效率，从而实现了高压气体的快速、大量充装。
为了提高最终的充装压力，以满足待充装气体的较高压力要求，本发明所提供的高压气体充装系统还可以设置多级增压机。具体地，该充装系统包括第二增压组件9，第二增压组件9包括至少一级增压机以及与该增压机配合使用的阀组，例如泄压阀、截止阀以及压力调节阀等。所述第二增加组件安装于所述系统出口管路4上，所述第二增压组件9的进口与所述缓冲罐6的出口相连通，其出口与所述待充装容器5的进口相连通。理论上，第二增压组件9不局限于设置以及增压机，其可以根据充装压力的要求设置二级或更多级增压机，此时第二增压组件9的出口是指各串联的多级增压机中最末一级增压机的出口，其进口是指各串联的多级增压机中最初一级增压机的进口。
上述扩容组件可以为多个气瓶组10或者储气罐等形式，设置气瓶组10便于拆装，且能够根据使用需求增加或减少气瓶组10的使用量，使得系统更加灵活。具体地，该扩容组件包括并联设置的至少两组气瓶组10，所述扩容组件的进口包括各所述气瓶组10的进气口，所述扩容组件的出口包括各所述气瓶组10的出气口。在该实施例中，扩容组件包括两组并联设置的气瓶组10，即第一气瓶组和第二气瓶组，两气瓶组10并联设置后，在出口端通过管路与上述缓冲气瓶组7相连通，并为缓冲气瓶组7供气，每组气瓶组10内包括的气瓶数量不等，可根据使用时的压力及容量要求确定，在此不作限定。在该实施例中，第一气瓶组和第二气瓶组均可用于12～14MPa的气体充装。
需要指出的是，为了实现气体可选择的截止或流通，需要在系统管路的各指定位置设置截止阀，该截止阀可以为手动截止阀也可以为电磁截止阀等自动阀；具体地，各所述气瓶组10与所述第一增压组件2的连通管路上均设置有截止阀，所述增压出口管路3上和/或所述系统出口管路4上亦可设置有截止阀，即在增压出口管路3上和所述系统出口管路4均设置截止阀，或仅在增压出口管路3或仅在所述系统出口管路4上设置截止阀。理论上，也可以仅在部分管路上设置截止阀，例如，仅在第一气瓶组或仅在第二气瓶组与第一增压组件的连通管路上设置截止阀。
在充装开始之前，为了提高所充入气体的清洁度，避免管道内残存的其他对充装清洁度造成的影响，需要先将系统管路进行抽真空，因此，该充装装置的至少任一所述气瓶组10所在的管路上设置有真空泵8。
上述各所述气瓶组10所在的管路上、以及所述系统出口管路4上均设置有泄压阀，以便在压力超出安全至值时能够实现及时泄压，保证系统安全。
在高压气体充装时，需要保证充装气体的纯度、压力和温度等参数，该冲压系统还包括气体质量测试回路，所述气体质量测试回路上设置有回流阀12，并通过所述回流阀12与所述增压出口管路3连通或截止，所述气体质量测试回路的入口端与所述系统出口管路4相连通，在系统出口管路4上设置有压力表13、温度计14和气体纯度测量器15中的至少一者。优选地，气体质量测试回路上包括压力表13、温度计14以及气体纯度测量器15三者，当高压气体经过增压、缓冲和再增压并即将充装入待充装容器5之前，使用压力表13检测当前气体压力、使用温度计14检测当前气体温度，并使用气体纯度测量器15检测当前气体纯度，在所述气体质量测试回路上设置有回流阀12，当检测到的当前气体温度、当前气体压力和当前气体纯度中的至多一者超出相应的阈值时，回流阀12开启，高压气体返回所述增压出口管路3回收。
在该具体实施方式中，具体地，第一增压组件2的增压机的一端通过原料入口管与气体源相连通，另一端与增压出口管路3相连通，增压机出口管路上设有截止阀，截止阀的出口端连通有两条支管路，每条支管路上均设置有截止阀；其中一条支管路上的截止阀与第一气瓶组、第一气瓶组的泄压阀、回流阀12相连通并汇于系统出口管路4；另一条支路上的截止阀与第二气瓶组、第二气瓶组的泄压阀相连通；两条支管路通过联络管路相连通，该联络管路与缓冲气瓶组7所在的管路相连通，且联络管路与缓冲气瓶组7所在的管路上设置有两个截止阀，两截止阀分别设置在靠近两个支管路的一侧；缓冲气瓶组7所在的管路上设置有真空泵8、截止阀、泄压阀、压力控制阀门，并与缓冲罐6相连通，缓冲罐6连接有气体压力表13，以便于观察压力；缓冲罐6的出口端通过系统出口管路4与气体质量测试回路相连通，系统出口管路4上设置有第二增压组件9的增压机、泄压阀、截止阀、恒压阀11；气体质量测试回路上设置有压力表13、温度计14以及气体纯度测量器15、截止阀、软管，气体质量测试回路与高压大容量气体装置并联设置，若测试合格则气体充装如气体装置内。该气体装置可以为气瓶组或者纯氖长管拖车等容器。
应当理解的是，文中所述“第一、第二、第三”等数量词，是为了区分相同名称的不同结构，仅为了描述方便，不表示某种顺序，更不应理解为任何限定。另外，文中多处所述截止阀、泄压阀等阀体均为本领域常规使用的手动截阀或自动阀体，其型号和其他使用参数可根据工况要求自行选择，其参数及型号并不在本申请保护范围之内，在此不作赘述。
除了上述高压气体充装系统，本发明还提供一种基于该充装系统的高压气体充装方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：
S1充装前准备步骤：吹除系统管道杂质、抽真空；关闭系统管道中截止阀和各气瓶组上的所有手动阀门，其它所有阀门打开，保持系统管道内畅通，用各气瓶组中装有纯气体的气瓶对系统管道进行吹除，然后启动真空泵8对系统管道进行抽真空，直至管道内的真空环境符合预设要求；
S2第一阶段充装：原料气体分析纯度合格后，启动第一增压机，出口压力达到10MPa时，打开增压出口管路3上的截止阀以向至少任一组气瓶组充压，当达到气瓶充装压力13～15MPa时结束充装；
S3第二阶段充装：将缓冲罐6的出口压力调节至在14MPa，启动第二增压机，并使其出口压力达到16MPa-18MPa，达到预设压力值时通过恒压阀11控制出口压力保持在第二增压机的出口压力下；
S4气体质量测试步骤：对恒压阀11输出的气体进行纯度检测，当纯度测量未达到纯度标准要求时，气体通过回流阀12返回至增压出口管路3；当纯度测量达到标准要求时，打开系统出口管路4上的截止阀，气体经软管进入待充装容器5以完成充装。
该充装方法在为待充装容器充气过程中，通过第一增压组件对气体源内输送而来的目标气体进行加压，并将加压后的高压气体充装至扩容组件中备用，当扩容组件内的气体量达到预设值时，扩容组件内的高压气体经缓冲罐缓冲并快速充装至待充装容器内。这样，该方法通过两个阶段的充装以及扩容、缓冲，使得经过增压后的高压气体能够满足较大的气体充装要求，提高了高压气体的充装效率，从而实现了高压气体的快速、大量充装。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高压气体充装系统，其特征在于，包括：
第一增压组件(2)，所述第一增压组件(2)的进口与气体源的出口管路(1)连通；
扩容组件，所述扩容组件的气体容积大于或等于所述高压气体充装系统的单次目标充装量，所述第一增压组件(2)的出口通过增压出口管路(3)与所述扩容组件的进口相连通；
缓冲组件，所述扩容组件的出口与所述缓冲组件的进口相连通，所述缓冲组件的出口通过系统出口管路(4)与待充装容器(5)的进口相连通。
2.如权利要求1所述的高压气体充装系统，其特征在于，所述缓冲组件包括缓冲罐(6)和与所述缓冲罐(6)相连通的缓冲气瓶组(7)，所述缓冲气瓶组(7)的进口为所述缓冲组件的进口，所述缓冲罐(6)的出口为所述缓冲组件的出口。
3.如权利要求2所述的高压气体充装系统，其特征在于，所述缓冲气瓶组(7)所在的管路上设置有真空泵(8)。
4.如权利要求1所述的高压气体充装系统，其特征在于，还包括第二增压组件(9)，所述第二增加组件安装于所述系统出口管路(4)上；
所述第二增压组件(9)的进口与所述缓冲组件的出口相连通，所述第二增压组件(9)的出口与所述待充装容器(5)的进口相连通。
5.如权利要求1所述的高压气体充装系统，其特征在于，所述扩容组件包括并联设置的至少两组气瓶组(10)，所述扩容组件的进口包括各所述气瓶组(10)的进气口，所述扩容组件的出口包括各所述气瓶组(10)的出气口。
6.如权利要求5所述的高压气体充装系统，其特征在于，至少所述两组气瓶组(10)中的每组气瓶组(10)与所述第一增压组件(2)的连通管路上均设置有截止阀；且/或，
所述增压出口管路(3)上和/或所述系统出口管路(4)上设置有截止阀。
7.如权利要求1所述的高压气体充装系统，其特征在于，所述系统出口管路(4)上还设置有恒压阀(11)。
8.如权利要求1-7任一项所述的高压气体充装系统，其特征在于，还包括气体质量测试回路，所述气体质量测试回路上设置有回流阀(12)，并通过所述回流阀(12)与所述增压出口管路(3)连通或截止，所述气体质量测试回路的入口端与所述系统出口管路(4)相连通。
9.如权利要求8所述的高压气体充装系统，其特征在于，所述系统出口管路(4)上设置有压力表(13)、温度计(14)和气体纯度测量器(15)中的至少一者。
10.一种高压气体充装方法，应用于权利要求1-9任一项所述的高压气体充装系统中，其特征在于，包括以下步骤：
S1充装前准备步骤：吹除系统管道杂质、抽真空；关闭系统管道中截止阀和各气瓶组上的所有手动阀门，其它所有阀门打开，保持系统管道内畅通，用各气瓶组中装有纯气体的气瓶对系统管道进行吹除，然后启动真空泵对系统管道进行抽真空，直至管道内的真空环境符合预设要求；
S2第一阶段充装：原料气体分析纯度合格后，启动第一增压机，出口压力达到10MPa时，打开增压出口管路上的截止阀以向至少任一组气瓶组充压，当达到气瓶充装压力13～15MPa时结束充装；
S3第二阶段充装：将缓冲罐的出口压力调节至在14MPa，启动第二增压机，并使其出口压力达到16MPa-18MPa，达到预设压力值时通过恒压阀控制出口压力保持在第二增压机的出口压力下；
S4气体质量测试步骤：对恒压阀输出的气体进行纯度检测，当纯度测量未达到纯度标准要求时，气体通过回流阀返回至增压出口管路；当纯度测量达到标准要求时，打开系统出口管路上的截止阀，气体经软管进入待充装容器以完成充装。
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