CN109899271B - 液压天然气压缩机进气系统、加气子站及卸气方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液压天然气压缩机进气系统、加气子站及卸气方法。进气系统包括位置检测装置和两卸气管路；位置检测装置用以检测压缩机活塞在吸气腔内的位置；两卸气管路相并联，进口各用于连接一气源，出口均与压缩机进气管路连通；两卸气管路上均设有控制阀；控制阀与位置检测装置通信连接，可由位置检测装置的信号控制开启或关闭；其中一卸气管路所连接的气源向压缩机的吸气腔卸气，在该气源压力小于预设值，且位置传感器检测到活塞运行至吸气腔的预定位置时，另一卸气管路的控制阀开启而使得另一气源能够向吸气腔补充卸气。本发明可提高压缩机运行效率，提高卸气率。

Description

液压天然气压缩机进气系统、加气子站及卸气方法

技术领域

本发明涉及天然气输送领域，特别涉及一种液压天然气压缩机进气系统、加气子站及加气子站的卸气方法。

背景技术

以压缩天然气(CNG)作为燃料的压缩天然气机车在加燃料时需要专用的加燃料输送系统，在无天然气管网覆盖的地方，则需要建设天然气加气子站系统来实现。液压天然气压缩机子站因其工艺简单、噪音低、维护方便的优点，目前得到广泛应用。液压压缩机子站的核心设备是液压天然气压缩机，拖车从加气母站将CNG运输至子站，通过子站的液压天然气压缩机进行卸气，液压天然气压缩机将CNG压缩至预设的压力(一般地约为25MPa左右)。申请号为201020661656.5和201120264969.1的中国实用新型专利对这种液压天然气压缩机结构及工作原理进行了介绍，其中液压天然气压缩机主要包括进气管路、排气管路、压缩缸及液压系统，压缩缸的缸体内形成两气腔，活塞由液压系统驱动在两气腔之间来回移动，而使两气腔交替地处于吸气状态和压缩状态，进气管路和排气管路均分别与两气腔连通而进行进气或排气。

拖车在卸气过程中，初期拖车内CNG压力较高，压缩机的进气压力较高，压缩机做功量小，耗电量低；随着CNG逐步卸下，拖车内CNG压力会逐渐减小，压缩机的进气压力随之逐渐减小，为了压缩至预设压力，压缩机做功增加，耗电量会增加，当拖车内的CNG压力下降至一定值后，经济性太差，就需要更换另一辆拖车。整个卸气过程中，压缩机进气压力随拖车内CNG压力波动，波动范围大，液压系统所需提供的动力匹配范围大，且卸气后期，压缩机运行在较低进气压力工况下，效率较低。同时，现有技术中，通常在拖车内CNG压力下降至约5MPa左右时就需要换车，卸气率也有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压天然气压缩机进气系统，解决现有技术中液压天然气压缩机进气压力波动范围大、液压系统动力匹配范围大、拖车卸气率低的问题。

本发明还提供一种具有上述进气系统的液压天然气压缩机加气子站以及该加气子站的卸气方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种液压天然气压缩机进气系统，其中，所述液压天然气压缩机具有吸气腔、活动设置于吸气腔内的活塞以及与吸气腔相连通的进气管路，进气管路上设有压力变送器；其特征在于，所述进气系统包括位置检测装置和两个相互独立的卸气管路；所述位置检测装置对应于所述吸气腔设置，用以检测所述活塞在吸气腔内的位置；两所述卸气管路相并联，两卸气管路的进口各用于连接一气源，两卸气管路的出口均与所述进气管路的进口连通；两卸气管路上均设有用于导通或截止该卸气管路的控制阀；所述控制阀与所述位置检测装置通信连接，可由所述位置检测装置的信号控制开启或关闭；其中一卸气管路所连接的气源向所述吸气腔卸气，在该气源压力小于预设值，且所述位置传感器检测到所述活塞运行至所述吸气腔的预定位置时，另一卸气管路的控制阀开启而使得另一气源能够向所述吸气腔补充卸气。

较优地，所述卸气管路上还设有单向阀，所述单向阀允许从卸气管路的进口至出口方向单向导通。

较优地，所述单向阀设置于所述控制阀的下游。

较优地，所述吸气腔的预定位置为所述吸气腔沿吸气行程方向上的1/2至3/4位置。

较优地，所述气源压力的预设值为6MPa～7MPa。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种液压天然气压缩机加气子站，包括液压天然气压缩机和如上所述的液压天然气压缩机进气系统，

根据本发明的又一个方面，本发明提供一种液压天然气压缩机加气子站的卸气方法，包括：

以一气源作为卸气气源，使其通过一卸气通道持续向液压天然气压缩机的吸气腔卸气，卸气通道保持为常开状态；

检测进入吸气腔的天然气的压力，在进气压力低于第一预设值时，进一步检测液压天然气压缩机活塞在吸气腔内的位置；

当活塞运行至吸气腔内的预定位置时，将另一气源作为补充气源，使该补充气源通过一补充通道连通至吸气腔进行补充卸气；当活塞运行至停止位置时，截止该补充通道；其中，补充气源的压力高于卸气气源的压力。

较优地，在所述卸气气源的压力低于第二预设值后，将原补充通道作为新的卸气通道保持为常开状态，将原补充气源作为新的卸气气源向所述吸气腔持续卸气；将原卸气气源更换为新气源，将原卸气通道作为新的补充通道，并在活塞运行至吸气腔内的预定位置时导通而使得新气源作为补充气源向所述吸气腔补充卸气。

较优地，所述第一预设值为6MPa～7MPa，所述第二预设值为3MPa～4MPa。

较优地，所述吸气腔内的预定位置为所述吸气腔沿吸气行程方向上的1/2至3/4位置。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：本发明中，利用两卸气管路将液压天然气压缩机的进气分为两部分，并增加对压缩机活塞位置的检测，在经一卸气管路向压缩机卸气的气源的压力达到较低的水平且活塞到达预定位置时，开启另一卸气管路使另一具有较高压力的气源进行补充卸气，使得吸气腔内的气体混合有低压气源的一部分和高压气源的一部分，吸气腔内的气体压力能保持在一个较高的压力，提高压缩机的运行效率，避免低效率的工况运行。利用该进气系统减小了压缩机进气压力波动范围，相应地，液压系统所需匹配的动力范围缩小，设备整体运行更可靠。同时，气源可以卸气至更低压力后再更换新的气源，提高卸气率，降低场站的运营成本。

附图说明

图1是本发明液压天然气压缩机加气子站优选实施例的原理示意图。

附图标记说明如下：1、压缩机；11、第一气腔；12、第二气腔；13、活塞；14、进气管路；15、排气管路；16、换向阀；17、压力变送器；2、进气系统；21、第一卸气管路；22、第二卸气管路；23、位置检测装置；25、控制阀；26、单向阀；3、气源。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明提供一种液压天然气压缩机进气系统(以下简称“进气系统”)，以及具有该进气系统的液压天然气压缩机加气子站(以下简称“加气子站”)，进气系统用于对加气子站中的液压天然气压缩机(以下简称“压缩机”)的进气进行控制。另外，本发明还提供该加气子站的卸气方法。

如图1所示，本发明加气子站中的压缩机1主要包括压缩缸、进气管路14、排气管路15、液压系统等。其中压缩缸的缸体内分隔形成有第一气腔11和第二气腔12，压缩缸的活塞13具有两塞体和将两塞体连为一体的活塞杆，每一塞体各适配地位于一气腔中。液压系统驱动活塞13在第一气腔11和第二气腔12之间往复运动，其中活塞13的运动方向切换通过换向阀16改变液压油方向而实现。进气管路14和排气管路15均分别连通至两气腔11、12，进气管路14上设有压力变送器17以对进气压力进行检测，进气管路14上还设有过滤器(图中未标号)以对进入气腔11、12的天然气进行过滤。。

以图1的视图方向来看，当活塞13向下运动时，第一气腔11处于吸气状态，第一气腔11为吸气腔，天然气经进气管路14进入第一气腔11内；此时，第二气腔12处于压缩状态，对第二气腔12内的天然气进行加压，在达到排气压力后向外排气经排气管路15向外输送。当活塞13向上运动时，第二气腔12切换至吸气状态，第二气腔12作为吸气腔，第一气腔11则切换至压缩状态。

本发明加气子站中的进气系统2包括位置检测装置23、第一卸气管路21和第二卸气管路22。

位置检测装置23设置于压缩缸上，用以检测活塞13的位置。具体地，位置检测装置23可为位置传感器，分别对应于第一气腔11和第二气腔12设置，以检测活塞13的两塞体在对应的气腔内的位置。

第一卸气管路21和第二卸气管路22相并联，两者的进口分别用于连接一气源3，两者的出口均连接压缩机1进气管路14的进口，而可分别向压缩机1卸气。第一卸气管路21和第二卸气管路22的结构相同，可相互切换。

第一卸气管路21和第二卸气管路22上均设有控制阀25和单向阀26，控制阀25的开启和关闭对应控制相应的卸气管路的导通和截止，单向阀26只允许天然气从卸气管路的进口往出口方向流动，避免两卸气管路21、22之间的天然气串气。其中，单向阀26位于控制阀25的下游。

第一卸气管路21和第二卸气管路22上的控制阀25均与位置检测装置23通信连接，而可由位置检测装置23的信号控制开启或关闭。通过对两卸气管路上控制阀25的开闭控制而使对应的卸气管路根据实际需要导通或截止，控制相应的气源向压缩机卸气。

图1所示的实施例中，两气源3为两个相互独立的长管拖车，拖车在母站完成充气后，连接卸气管路进行卸气。在其他实施例中，也可以由一个拖车分成两部分作为两个气源3进行卸气。

结合上述结构，以下介绍本发明加气子站的卸气方法。

先将一拖车作为卸气气源连接至其中一卸气管路，示例性地，如第一卸气管路21，拖车通过该第一卸气管路21持续向压缩机1的吸气腔卸气。拖车刚开始卸气时，其内天然气压力较高，压缩机1的进气压力高，天然气排量大，耗电量小。此时，压缩机1的进气压力与该拖车内的压力相当，由压力变送器17检测得到。

当拖车内压力达到较低值，例如6MPa～7MPa左右时，压缩机1的进气压力低，天然气的排量小，耗电量大，此时，再将另一充完气的拖车作为补充气源连接至第二卸气管路22，通过位置检测装置23检测活塞13在吸气腔内的位置，当活塞13到达预定位置时，控制第二卸气管路22上控制阀25开启，而使得该拖车内的天然气作为补充向吸气腔内卸气，以提高吸气行程结束后吸气腔内的压力。

第一卸气管路21和第二卸气管路22均连接拖车后的工作过程具体介绍如下，为便于表述，将第一卸气管路21所连接的拖车称为低压拖车，第二卸气管路22所连接的拖车称为高压拖车。

保持第一卸气管路21的控制阀25保持为常开状态，第二卸气管路22的控制阀25则随着活塞13位置的变化由位置检测装置23控制开启或关闭。在一个吸气行程开始时，示例性地，活塞13向下运动时，第一气腔11开始吸气，低压拖车内较低压力的天然气经第一卸气管路21和进气管路14进入第一气腔11。当活塞13运行至第一气腔11的预定位置时，开启第二卸气管路22上的控制阀25，高压拖车内较高压力的天然气随即进入第一气腔11，当活塞13向下运行至停止位置时，关闭第二卸气管路22上的控制阀25。此时，第一气腔11内的气体混合有低压拖车内的一部分和高压拖车内的一部分，混合气体的压力大于低压拖车内气体压力，小于高压拖车内气体压力，混合后的气体压力得到一定提高，可降低压缩过程所需压缩功，减小耗电量。活塞13的上述预定位置较优地为第一气腔11吸气行程方向上的1/2至3/4位置，如第一气腔11的2/3位置，使得低压拖车能够尽可能多地往第一气腔11内卸气提高卸气率，同时，在高压拖车补充卸气后混合气体的压力能够达到使压缩机1经济运行的水平，有效避免压缩机1的低效率运行。

下一吸气行程开始时，活塞13由换向阀16控制切换为向上运行，第二气腔12变为吸气腔开始吸气，低压拖车内的气体经第一卸气管路21和进气管路14进入第二气腔12内，当活塞13运行至第二气腔12的预定位置时开启第二卸气管路22上的控制阀25，高压拖车内较高压力的天然气随即进入第二气腔12，当活塞13向上运行至停止位置时，关闭第二卸气管路22上的控制阀25。按照上述过程活塞13上下往复运动而完成天然气的压缩。

当低压拖车内压力降低至一定值例如3MPa～4MPa时，卸下该低压拖车，关闭第一卸气管路21上的控制阀25。此时，再将第二卸气管路22上的控制阀25保持为常开状态，由高压拖车作为卸气气源单独持续向压缩机1卸气，直至高压拖车内压力降低至约6MPa～7MPa左右时，高压拖车变为低压拖车，再将新的充好气的拖车作为新的补充气源连接第一卸气管路21，并根据活塞13位置控制第一卸气管路21上控制阀25的开启或关闭，使得在必要的时候由该新的补充气源向吸气腔内补充卸气。

上述运行过程中，除更换拖车由人工操作外，设备的其他动作均由控制器PLC程序控制，无需人工干预。控制阀选择开启关闭快的阀门，位置传感器选择精确的、反应灵敏的传感器，用于设备的精确控制。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种液压天然气压缩机进气系统，其中，所述液压天然气压缩机具有吸气腔、活动设置于吸气腔内的活塞以及与吸气腔相连通的进气管路，进气管路上设有压力变送器；其特征在于，所述进气系统包括位置检测装置和两卸气管路；

所述位置检测装置对应于所述吸气腔设置，用以检测所述活塞在吸气腔内的位置；

两所述卸气管路相并联，两卸气管路的进口各用于连接一气源，两卸气管路的出口均与所述进气管路的进口连通；两卸气管路上均设有用于导通或截止该卸气管路的控制阀；所述控制阀与所述位置检测装置通信连接，可由所述位置检测装置的信号控制开启或关闭；

其中一卸气管路所连接的气源向所述吸气腔卸气，在该气源压力小于预设值，且所述位置检测装置检测到所述活塞运行至所述吸气腔的预定位置时，另一卸气管路的控制阀开启而使得另一气源能够向所述吸气腔补充卸气；所述吸气腔的预定位置为所述吸气腔沿吸气行程方向上的1/2至3/4位置。

2.根据权利要求1所述的液压天然气压缩机进气系统，其特征在于，所述卸气管路上还设有单向阀，所述单向阀允许从卸气管路的进口至出口方向单向导通。

3.根据权利要求2所述的液压天然气压缩机进气系统，其特征在于，所述单向阀设置于所述控制阀的下游。

4.根据权利要求1所述的液压天然气压缩机进气系统，其特征在于，所述气源压力的预设值为6MPa~7MPa。

5.一种液压天然气压缩机加气子站，其特征在于，包括液压天然气压缩机和如权利要求1-4任一项所述的液压天然气压缩机进气系统。

6.一种液压天然气压缩机加气子站的卸气方法，其特征在于，包括：

以一气源作为卸气气源，使其通过一卸气通道持续向液压天然气压缩机的吸气腔卸气，卸气通道保持为常开状态；

检测进入吸气腔的天然气的压力，在进气压力低于第一预设值时，进一步检测液压天然气压缩机活塞在吸气腔内的位置；

当活塞运行至吸气腔内的预定位置时，将另一气源作为补充气源，使该补充气源通过一补充通道连通至吸气腔进行补充卸气；当活塞运行至停止位置时，截止该补充通道；其中，补充气源的压力高于卸气气源的压力，所述吸气腔内的预定位置为所述吸气腔沿吸气行程方向上的1/2至3/4位置。

7.根据权利要求6所述的卸气方法，其特征在于，在所述卸气气源的压力低于第二预设值后，将原补充通道作为新的卸气通道保持为常开状态，将原补充气源作为新的卸气气源向所述吸气腔持续卸气；将原卸气气源更换为新气源，将原卸气通道作为新的补充通道，并在活塞运行至吸气腔内的预定位置时导通而使得新气源作为补充气源向所述吸气腔补充卸气。

8.根据权利要求7所述的卸气方法，其特征在于，所述第一预设值为6MPa~7MPa，所述第二预设值为3MPa~4MPa。

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