CN112483883A - Lng加气站 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种LNG加气站。LNG加气站包括LNG潜液泵、LNG质量流量计、控制系统及变频器。LNG潜液泵的入口连通有入口管路，出口连通有出口管路。LNG质量流量计与LNG潜液泵的出口管路连通。控制系统与LNG质量流量计电连接，控制系统接收LNG质量流量计测量的出口管路内的质量流量的测量值。控制系统设有存储器，存储器存储有质量流量值的标准值。控制系统根据质量流量值的测量值与标准值实时比对、分析。变频器与LNG潜液泵及控制系统电连接，控制系统根据质量流量值的标准值，通过变频器，变频器调节LNG潜液泵的工作状态。上述LNG加气站的潜液泵与整个LNG加气站处于高度协同、高效的工作状态。

Description

LNG加气站
技术领域
本发明涉及一种加气站，特别是一种LNG加气站。
背景技术
LNG加气站是利用LNG作为车用燃料的一种多功能加气站。LNG的加注主要工作过程是将LNG低温储罐的液体经潜液泵和LNG管线进入LNG加气机，通过LNG加气机的计量后注入到以LNG为燃料的车辆的车载储气瓶内。
潜液泵是整个加注系统中核心动力设备，它的性能直接关系着加气站的使用效率。但是目前的加气站中通常只是根据LNG潜液泵出口压力这个单独数据，去调节潜液泵的运行状态。控制系统无法对潜液泵的运行性能曲线进行检测分析，无法在最大程度上获得准确、合理的数据，使潜液泵实时保持在一个与整体运行工况高度协同的工作状态，也就无法实现高度准确的时预判和推测，不能确保LNG加气站达到最佳的运营状态。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种能够使潜液泵处于高度协同、保持较高效率工作状态的LNG加气站。
一种LNG加气站，包括：
LNG潜液泵，设有入口及出口，所述入口连通有入口管路，所述出口连通有出口管路；
LNG质量流量计，与所述LNG潜液泵的出口管路连通，所述LNG质量流量计用于采集所述出口管路内的质量流量的测量值；
控制系统，与所述LNG质量流量计电连接，所述控制系统接收所述LNG质量流量计测量的出口管路内的质量流量的测量值，所述控制系统设有存储器，所述存储器存储有质量流量值的标准值，所述控制系统根据所述质量流量值的测量值与所述标准值实时比对、分析；及
变频器，与所述LNG潜液泵及所述控制系统电连接，所述控制系统根据所述质量流量值的标准值，通过所述变频器，所述变频器调节所述LNG潜液泵的工作状态。
在其中一实施方式中，还包括：入口压力变送器，与所述入口连通，用于监测所述LNG潜液泵的入口处的压力，所述入口压力变送器与所述控制系统电连接，所述控制系统接收所述入口压力变送器测量的LNG潜液泵的入口处的入口压力的测量值；
出口压力变送器，与所述出口连通，用于监测所述LNG潜液泵的出口处的压力；所述出口压力变送器与所述控制系统电连接，所述控制系统接收所述出口压力变送器测量的LNG潜液泵的出口处的出口压力的测量值；
所述控制系统的存储器存储有入口压力及出口压力的标准值，所述控制系统根据所述入口压力及出口压力的测量值，分别与相应的标准值实时比对、分析，通过控制所述变频器，所述变频器调节所述LNG潜液泵的工作状态。
在其中一实施方式中，还包括电参数测试仪，所述电参数测试仪与所述LNG潜液泵及所述控制系统电连接，所述电参数测试仪用于测试所述LNG潜液泵的电压、电流、功率。
在其中一实施方式中，所述电参数测试仪通过互感线路及电压线路与所述LNG潜液泵电连接。
在其中一实施方式中，所述控制系统包括可编程控制柜和工业计算机，所述可编程控制柜与所述工业计算机电连接，所述入口压力变送器、所述出口压力变送器、所述变频器、所述电参数测试仪均与所述可编程控制柜电连接。
在其中一实施方式中，还包括压力扬程测试仪，所述压力扬程测试仪分别与所述可编程控制柜及所述工业计算机电连接，所述压力扬程测试仪用于显示所述可编程控制柜接收的所述入口压力变送器、所述出口压力变送器测量的入口压力及出口压力的测量值，并将所述入口压力及出口压力的测量值发送至所述工业计算机。
在其中一实施方式中，还包括LNG加气机，所述LNG加气机设于所述LNG质量流量计远离所述LNG潜液泵的一侧，且与所述LNG质量流量计连通，所述LNG加气机与所述控制系统电连接。
在其中一实施方式中，还包括LNG低温储罐，所述LNG低温储罐与所述LNG潜液泵的入口连通。
在其中一实施方式中，所述控制系统还包括曲线绘制模块，所述曲线绘制模块用于根据所述测量值绘制测量曲线，并将所述测量曲线存储至所述存储器，所述控制系统根据所述测试曲线调节所述LNG潜液泵的工作状态。
在其中一实施方式中，所述测量曲线包括流量-扬程测试曲线、流量-效率测试曲线及流量-功率测试曲线。
上述LNG加气站在LNG潜液泵的出口管路上增加了LNG质量流量计。通过LNG质量流量计采集出口管路内的质量流量的测量值。控制系统通过变频器、LNG质量流量计测得的测量值，全面掌握LNG潜液泵及整个LNG加气站的运行状态。并且，根据控制系统内存储的标准值，通过该标准值的分析，自动调整LNG潜液泵运行参数，使LNG潜液泵实时保持在一个与整体运行工况高度协同的工作状态，使整个LNG加气站处于高效的工作状态。
并且，同时可精准预判LNG潜液泵的运行状况，提供可靠的故障提醒和维护信息，并推测出LNG潜液泵的使用寿命，从而确保LNG加气站保持在最佳运营状态。
附图说明
图1为本实施方式的LNG加气站的具体模块示意图；
图2为图1所示的本实施方式的LNG加气站的结构示意图；
图3为图1所示的本实施方式的模块示意图。
附图标记说明如下：1、LNG低温储罐；2、LNG潜液泵；3、入口压力变送器；4、出口压力变送器；5、LNG质量流量计；6、控制系统；61、可编程控制柜；62、工业计算机；63、存储器；7、变频器；8、电参数测试仪；9、压力扬程测试仪；10、加气机。
具体实施方式
尽管本发明可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本发明原理的示范性说明，而并非旨在将本发明限制到在此所说明的那样。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
在附图所示的实施方式中，方向的指示(诸如上、下、左、右、前和后)用于解释本发明的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。
以下结合本说明书的附图，对本发明的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。
参见图1及图2，本发明提出一种LNG加气站。LNG加气站用于对液化天然气进行加气功能和卸车功能。加气功能为使储罐内的LNG由LNG低温泵抽出增压，通过加液机向汽车加液。卸车功能为由低温泵将LNG槽车内LNG抽至LNG储罐。
本实施方式的LNG加气站包括LNG低温储罐1、LNG潜液泵2、入口压力变送器3、出口压力变送器4、LNG质量流量计5、控制系统6及变频器7。
LNG低温储罐1用于存储液化天然气LNG(Liquefied Natural Gas)。
LNG潜液泵2是整个LNG加气站中核心动力设备。LNG潜液泵2用于将液化天然气LNG泵入或泵出，以实现加气及卸车功能。LNG潜液泵2设有入口及出口。并且，在LNG潜液泵2的入口处设有与入口连通的入口管路。在LNG潜液泵2的出口处设有与出口连通的出口管路。
LNG低温储罐1通过入口管路与LNG潜液泵2的入口连通。LNG潜液泵2通过入口管路将LNG低温储罐1内的液化天然气泵入到LNG潜液泵2中。
具体在本实施方式中，入口压力变送器3与入口连通。入口压力变送器3用于监测LNG潜液泵2的入口处的压力。入口压力变送器3与入口管路连通。入口压力变送器3包括测压元件传感器。入口压力变送器3利用其测压元件传感器感受到的液化天然气的物理压力参数，并转变成标准的电信号，得到入口压力值的测量值。
并且，出口压力变送器4与LNG潜液泵2的出口连通。出口压力变送器4用于监测LNG潜液泵2的出口处的压力。出口压力变送器4与出口管路连通。出口压力变送器4包括测压元件传感器。出口压力变送器4利用其测压元件传感器感受到的液化天然气的物理压力参数，并转变成标准的电信号，得到出口压力值的测量值。
LNG质量流量计5设于LNG潜液泵2的出口管路上，与出口管路连通。LNG质量流量计5用于采集出口管路内的质量流量。LNG质量流量计5的测量结果不会因为气体温度、压力的变化而受影响。具体地，质量流量计可以测量出口管路内的LNG的体积瞬时流量、质量瞬时流量、密度、温度等流量数据。LNG质量流量计5能够较为准确、快速、可靠、高效、稳定、灵活的流量测量。LNG质量流量计5通过模拟电压、电流或者串行通讯将测量值输出至控制系统6。
变频器7与LNG潜液泵2电连接。LNG潜液泵2由变频器7驱动。变频器7通过调整LNG潜液泵2的电源的电压和频率，以改变LNG潜液泵2的工作状态。
控制系统6能够实现对LNG加气站的控制。具体在本实施方式中，控制系统6包括可编程控制柜61和工业计算机62。可编程控制柜61即PLC(programmable logic controller)控制柜。PLC控制柜61与工业计算机62电连接。PLC控制柜61可以自动调整LNG潜液泵2的运行参数，使LNG潜液泵2实时保持在一个与整体运行工况高度协同的工作状态。
请参阅图3，控制系统6设有存储器63。可以理解，存储器63可以为工业计算机62内的存储设备。
变频器7的参数由工业计算机62的管理系统下发至PLC控制柜61后下达。LNG潜液泵2与变频器7之间通过USS协议，PLC控制柜61控制变频器7的运转频率，同时PLC控制柜61采集变频器7输出电压、输出电流、输出频率、电机转速、输出功率等参数，然后通过TCP/IP上传至工业计算机62。具体在本实施方式中，PLC控制柜61以西门子S7-200PLC控制柜61，变频器7为西门子M430变频器7为列进行说明。
LNG加气站还包括电参数测试仪8。电参数测试仪8与LNG潜液泵2及控制系统6电连接。电参数测试仪8用于测试LNG潜液泵2的电压、电流、功率。电参数测试仪8可以为数字电参数测试仪8。数字电参数测量仪采集LNG潜液泵2运行时的三相电压、三相电流、总功率、频率等数据。三相电压直接在变频器7输出侧进行采集；三相电流通过100/5的电流互感器采集变频器7输出侧进行采集；功率是数字电参数测量仪内部计算产生。通过TCP/IP上传至工业计算机62。
LNG质量流量计5测量与PLC控制柜61电连接。控制系统6与LNG质量流量计5电连接。控制系统6接收LNG质量流量计5测量的出口管路内的质量流量的测量值。存储器63存储有质量流量值的标准值。控制系统6根据质量流量值的测量值与标准值实时比对、分析。控制系统6根据质量流量值的标准值，通过变频器7调节LNG潜液泵2的工作状态。
入口压力变送器3与控制系统6的可编程控制柜61电连接，控制系统6的可编程控制柜61接收入口压力变送器3测量的LNG潜液泵2的入口处的入口压力的测量值。
出口压力变送器4与控制系统6的可编程控制柜61电连接，控制系统6的可编程控制柜61接收出口压力变送器4测量的LNG潜液泵2的出口处的出口压力的测量值。
控制系统6的存储器63存储有入口压力及出口压力的标准值。控制系统6根据入口压力及出口压力的测量值，分别与相应的标准值实时比对、分析，通过控制变频器7，变频器7调节LNG潜液泵2的工作状态。
具体在本实施方式中，LNG加气站还包括压力扬程测试仪9。控制柜61工业计算机62将LNG潜液泵2的入口压力变送器3和出口压力变送器4的信号接至PLC控制柜61，通过分配元件转换后，其中，一路直接接入到PLC控制柜61进行工艺控制，一路接至压力扬程测试仪9。并通过压力量程测试仪发送给工业计算机62。
工业计算机62根据接收的测量值相应做出的调整控制指令，并将该控制指令通过可编程控制柜61发送给变频器7，并通过变频器7改变LNG潜液泵2的工作。
LNG加气站还包括LNG加气机10。LNG加气机10设于LNG质量流量计5远离LNG潜液泵2的一侧，且与LNG质量流量计5连通，LNG加气机10与控制系统6的PLC控制柜61电连接。
控制系统6接收入口压力变送器3测量的LNG潜液泵2的入口处的入口压力值、出口压力变送器4测量的LNG潜液泵2的出口处的出口压力值及LNG质量流量计5测量的出口管路内的质量流量值。
控制系统6设有存储器63。存储器63存储有入口压力值、出口压力值及质量流量值的标准值。控制系统6将入口压力值、出口压力值及质量流量值的测量值与标准值实时比对、调节LNG潜液泵2的工作状态。
其中，各项参数的标准值为LNG加气站，在不同参数情况下，达到最佳运营状态时的对应的各项参数的最优值。
由于LNG潜液泵2密闭结构的特点，只能测输入功率P，LNG潜液泵2是轴功率与电机自身的损耗功率以及变频器7转换损失功率等之和，因此，实际测得LNG潜液泵2的效率即为LNG潜液泵2的效率；
η＝Pe/P，
其中，LNG潜液泵的功率通常指输入功率，即原动机传到泵轴上的功率，故又称轴功率，用P表示。
有效功率即：LNG潜液泵的扬程和质量流量及重力加速度的乘积。
Pe＝ρg QH(W)或Pe＝γQH/1000(KW)，
其中，ρ为泵输送液体的密度(kg/m3)；γ为泵输送液体的重度γ＝ρg(N/m3)；g为重力加速度(m/s2)；Q为泵的流量(m3/s)；H为泵的扬程(m)。
按上述计算公式，效率η的计算是在力控全局应用程序的脚本编辑器中的程序运行周期中进行组态计算，公式如下所示：
Pe＝ρg QH/1000(KW)，
其中，ρ为液体的密度(kg/m3)，数据来自于LNG质量流量计采集的测量值；g为重力加速度(m/s2)，数据取9.8m/s2；Q为泵的流量(m3/s)，数据来自于LNG质量流量计采集的体积流量，单位为m3/min，利用体积流量(m3/min)除以60转换成体积流量(m3/s)；H为泵的扬程(m)，来自于压力扬程测试仪；
η＝Pe/P，
其中，P为轴功率，数据来自于变频器测量的功率值。
由于各项参数之间存在相互关联，并且，对于不同的LNG加气站会有不同的具体情况。因此根据各项参数的标准值，工业计算机62的管理系统根据采集的数据进行处理，生成流量-压力(扬程)测试曲线、流量-效率测试曲线、流量-功率测试曲线，并将数据存储至存储器63上的数据库中，进行数据库操作，实现真正意义上的大数据分析。
因此，存储器63内存储有流量-扬程测试曲线、流量-效率测试曲线及流量-功率测试曲线。根据数据库存储的压力测试曲线、效率测试曲线、功率测试曲线等，对应得到各项参数的标准值。则工业计算机62根据得到的各标准值，数据下达LNG潜液泵2运行数据至PLC控制柜61，对LNG潜液泵2进行调整控制。因此，LNG加气站可以根据数据库内存储的各项标准值和测试曲线，可以得到不同情况下，各参数对应的标准值，以达到更准确的控制LNG加气站的工作状态。从而对现场设备实现驱动。并且下达显示寿命预判和故障提醒。
同时，控制系统还设有报警模块。报警模块根据各测量值与标准值之间的差值，当差值大于相应阈值的时候，报警模块用于发出警报，提醒异常状态，有利于及时维护。因此，上述LNG加气站还可以精准预判LNG潜液泵2的运行状况，提供可靠的故障提醒和维护信息，人工可以提前干预，使LNG加气站保持在最佳运营状态。并且，可以推测出潜液泵的使用寿命。
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 (10)

1.一种LNG加气站，其特征在于，包括：
LNG潜液泵，设有入口及出口，所述入口连通有入口管路，所述出口连通有出口管路；
LNG质量流量计，与所述LNG潜液泵的出口管路连通，所述LNG质量流量计用于采集所述出口管路内的质量流量的测量值；
控制系统，与所述LNG质量流量计电连接，所述控制系统接收所述LNG质量流量计测量的出口管路内的质量流量的测量值，所述控制系统设有存储器，所述存储器存储有质量流量值的标准值，所述控制系统根据所述质量流量值的测量值与所述标准值实时比对、分析；及
变频器，与所述LNG潜液泵及所述控制系统电连接，所述控制系统根据所述质量流量值的标准值，通过所述变频器，所述变频器调节所述LNG潜液泵的工作状态。
2.根据权利要求1所述的LNG加气站，其特征在于，还包括：
入口压力变送器，与所述入口连通，用于监测所述LNG潜液泵的入口处的压力，所述入口压力变送器与所述控制系统电连接，所述控制系统接收所述入口压力变送器测量的LNG潜液泵的入口处的入口压力的测量值；
出口压力变送器，与所述出口连通，用于监测所述LNG潜液泵的出口处的压力；所述出口压力变送器与所述控制系统电连接，所述控制系统接收所述出口压力变送器测量的LNG潜液泵的出口处的出口压力的测量值；
所述控制系统的存储器存储有入口压力及出口压力的标准值，所述控制系统根据所述入口压力及出口压力的测量值，分别与相应的标准值实时比对、分析，通过控制所述变频器，所述变频器调节所述LNG潜液泵的工作状态。
3.根据权利要求2所述的LNG加气站，其特征在于，还包括电参数测试仪，所述电参数测试仪与所述LNG潜液泵及所述控制系统电连接，所述电参数测试仪用于测试所述LNG潜液泵的电压、电流、功率。
4.根据权利要求3所述的LNG加气站，其特征在于，所述电参数测试仪通过互感线路及电压线路与所述LNG潜液泵电连接。
5.根据权利要求3所述的LNG加气站，其特征在于，所述控制系统包括可编程控制柜和工业计算机，所述可编程控制柜与所述工业计算机电连接，所述入口压力变送器、所述出口压力变送器、所述变频器、所述电参数测试仪均与所述可编程控制柜电连接。
6.根据权利要求5所述的LNG加气站，其特征在于，还包括压力扬程测试仪，所述压力扬程测试仪分别与所述可编程控制柜及所述工业计算机电连接，所述压力扬程测试仪用于显示所述可编程控制柜接收的所述入口压力变送器、所述出口压力变送器测量的入口压力及出口压力的测量值，并将所述入口压力及出口压力的测量值发送至所述工业计算机。
7.根据权利要求1所述的LNG加气站，其特征在于，还包括LNG加气机，所述LNG加气机设于所述LNG质量流量计远离所述LNG潜液泵的一侧，且与所述LNG质量流量计连通，所述LNG加气机与所述控制系统电连接。
8.根据权利要求1所述的LNG加气站，其特征在于，还包括LNG低温储罐，所述LNG低温储罐与所述LNG潜液泵的入口连通。
9.根据权利要求1所述的LNG加气站，其特征在于，所述控制系统还包括曲线绘制模块，所述曲线绘制模块用于根据所述测量值绘制测量曲线，并将所述测量曲线存储至所述存储器，所述控制系统根据所述测试曲线调节所述LNG潜液泵的工作状态。
10.根据权利要求9所述的LNG加气站，其特征在于，所述测量曲线包括流量-扬程测试曲线、流量-效率测试曲线及流量-功率测试曲线。
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