CN219082789U - 一种用于cng汽车加气子站的增压输出系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于CNG汽车加气子站的增压输出系统，包括气路换向气动阀组、增压瓶组、液压直充增压式装置，气路换向气动阀组设有GD阀、GA阀、GC阀、GB阀；增压瓶组设有一号增压瓶、二号增压瓶；通过气路换向气动阀组设有4个阀控制2个增压瓶工作输入或输出气体；液压直充式增压装置包括液压油箱、液压泵，通过液压增压的方式为增压瓶组的气体增压。本实用新型通过设置气路换向气动阀组控制气体向增压瓶组中输入、输出，方便控制并切换增压瓶组工作；通过设置的增压瓶组、液压直充式增压装置实现气体的增压输送，其采用独立的增压瓶组，安全性大幅提高，避免了系统喷油、误将液压油注入CNG车辆中等安全事故的发生。

Description

一种用于CNG汽车加气子站的增压输出系统

技术领域

本实用新型涉及加气子站，确切地说是一种用于CNG汽车加气子站的增压输出系统。

背景技术

作为汽车燃料，天然气具有成本低、效益高、无污染、使用安全等特点，并且随着技术水平的不断提高，正日益显示出强大的发展潜力。

为方便天然气的储存和运输，通常把天然气压缩至10～25MPa，这种形式的天然气通常称为压缩天然气（CompressedNaturalGas，英文简称CNG）。压缩天然气具有价格低廉、安全环保、便于储运等优点，且压缩天然气汽车技术已基本成熟，压缩天然气汽车已成为城市公共交通的主力军。

目前CNG汽车加气站主要有两种基本形式。一种是CNG标准站（也称常规站）另一种为CNG母子站。CNG标准站建立在城市高中压天然气管网区域上，通过天然气管道接收原料天然气，经过脱水和脱硫等工艺，对原料气进行净化和干燥处理，再利用压缩机对天然气进行压缩，然后进入储气瓶组或储气井等储气设施进行缓冲、稳压和储存，最后通过CNG加气机给CNG汽车进行加气。可见，建设CNG标准站要受到天然气管网布局及管网压力的限制，而且加气场站的CNG压缩机往往是大功率、高能耗的设备，并且在许多地区，由于城市燃气管网的容量有限，在用气高峰时段还会面临着“短气限流”甚至是“断气”的窘境，对CNG汽车标准加气站的运营和服务带来较大的影响。CNG母子站是针对管网、征地、安全等条件限制而发展起来的一种无管网输配技术。母站一般建设在城市燃气管网接收门站、调压站或天然气主干网附近，子站建在输配管网尚未敷设的区域，远离主城区或城区中心。CNG转运车（CNG长管运输拖车）从加气母站取气，通过公路运输至各加气子站，然后再给CNG汽车进行加气。CNG汽车加气子站不需要脱硫和脱水的装置，也不要配置大功率的压缩机，所以CNG汽车加气子站的工艺流程简单、所需设备较少、占地面积比较小，特别适合于土地紧张、周围无天然气地下管网的城镇地区。子站辐射母站周围约200km的范围，通过CNG转运车将从母站运来的干燥脱硫的压缩天然气给CNG汽车加气，可以很快形成供气网络，迅速缓解加气站供气能力与天然气需求量之间的矛盾，实现城市建成区无管网“天然气化”的主要途径。特别是未来很大一部分CNG加气站将建设成为加油加气合建站，CNG汽车加气站的母子站模式具有更强的适应性和更大的发展趋势。

目前CNG汽车加气子站主要有两种类型，即，机械压缩机式CNG汽车加气子站和液压平推式CNG汽车加气子站。

机械压缩机式CNG汽车加气子站由于采用机械压缩机增压技术，加气工艺比较简单，但是系统的工艺设备较多，能耗较高，在运行过程中不但加气压力不稳定，而且加气速度较慢，取气率较低（仅为85%）。

液压平推式CNG汽车加气子站是最近十年来CNG汽车加气子站领域迅速发展起来的一项新型技术，其特点是采用液压增压系统取代天然气压缩机，无需压缩机增压和储气瓶组储气，具有加气速度快、取气率高（可达95%），占地面积小，建站投资少，且适合在城建区或已经建成的加油站进行加油加气站合建等优点。然而受制于诸多技术瓶颈的制约，目前液压平推式CNG汽车加气子站存在的主要问题有：由于液压增压装置直接向CNG长管运输拖车的储气钢瓶中充入液压油，因此需配置专用CNG长管运输拖车，该形式的运输拖车制造复杂、车体笨重，运输量小，运输成本高且与普通的CNGCNG长管运输拖车无互换性，增加了建站的投资成本；液压平推式CNG汽车加气子站需要配备大量的液压油，废油污染问题严重；液压加气子站的系统设计均比较简单、低端，功能单调，缺少有效且必要的连锁、自锁和互锁等安全防护，以及缺少运行数据的记录、存储等功能，人工干预较多，时常发生系统超压、喷油，甚至将液压油误注入CNG燃料汽车内等事故。

可见，现阶段无论采取何种CNG汽车加气子站的建站形式，投资和运行成本都很高，严重制约和阻碍了CNG加气站产业的发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于CNG汽车加气子站的增压输出系统，该系统用于组建液压直充增压式CNG汽车加气子站，通过设置的气路换向气动阀组（8）、增压瓶组、液压直充式增压装置实现气体输入、增压输送，其采用独立的增压瓶组，安全性大幅提高，避免了系统喷油、误将液压油注入CNG车辆中等安全事故的发生，能够有效的推动CNG加气子站的建设和普及。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术手段：

一种用于CNG汽车加气子站的增压输出系统，包括气路换向气动阀组、增压瓶组、液压直充增压式装置，所述的气路换向气动阀组设有GD阀、GA阀、GC阀、GB阀；增压瓶组设有一号增压瓶、二号增压瓶；气路换向气动阀组中的GD阀输入端通过管线连通CNG长管运输拖车，GD阀输出端通过管线连通一号增压瓶；气路换向气动阀组中的GC阀输入端通过管线连通CNG长管运输拖车，GC阀输出端连接二号增压瓶；一号增压瓶通过连接管线、GA阀与站用固定式CNG高压储气瓶组输入端连通；二号增压瓶通过连接管线、GB阀与站用固定式CNG高压储气瓶组输入端连通；一号增压瓶及二号增压瓶内的CNG通过液压直充增压后CNG输送至站用固定式CNG高压储气瓶组中；所述的液压直充式增压装置包括液压油箱、吸油过滤器、液压泵、供油压力调节模块、油路换向气动阀组、防爆型回油电磁阀、主液位计、副液位计；液压油箱供油一端与增压瓶组连通的增压管线上设有吸油过滤器、液压泵、供油压力调节模块、油路换向气动阀组；液压油箱回油一端通过连接管线、防爆型回油电磁阀、油路换向气动阀组与增压瓶组连通。

与现有技术相比，其突出的特点是：

第一：通过设置气路换向气动阀组，利用其控制气体向增压瓶组中输入及增压瓶组中气体增压后的输出，方便控制并切换增压瓶组工作。

第二：通过设置的增压瓶组、液压直充式增压装置实现气体的增压输送，其采用独立的增压瓶组，安全性大幅提高，避免了系统喷油、误将液压油注入CNG车辆中等安全事故的发生。

进一步的优选技术方案如下：

所述的油路换向气动阀组设有OB阀、OC阀、OA阀、OD阀；液压油箱供油一端通过连接管线、OB阀与一号增压瓶连通；液压油箱供油一端通过连接管线、OA阀与二号增压瓶连通；液压油箱回油一端通过连接管线、OC阀与一号增压瓶连通；液压油箱回油一端通过连接管线、OD阀与二号增压瓶连通。

其可以交替工作，一个进气过程中，另一个增压对外输送，使设备持续工作。

所述的气体输入管线上设有安全阀，所述的气体输出管线上设有高压油气分离过滤器。

通过设置安全阀、高压油气分离过滤器，可以提高其工作的安全性。

所述的液压泵由隔爆变频异步三相电机通过联轴器连接驱动。

通过上述设置，利用隔爆变频异步三相电机驱动液压泵。

所述的液压油箱设有防爆型油温加热器。

通过设置防爆型油温加热器，可以以低温时为液压油箱内的液压油加热，便于保证其良好的流动性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型组装成的一液压直充增压式CNG汽车加气子站系统图。

附图标记说明：1-液压油箱、2-吸油过滤器、3-液压泵、4-联轴器、5-隔爆变频异步三相电机、6-供油压力调节模块、7-油路换向气动阀组、01-OB阀、702-OC阀、703-OA阀、704-OD阀、8-气路换向气动阀组、801-GD阀、802-GA阀、803-GC阀、804-GB阀、9-增压瓶组（9）、901-一号增压瓶、902-二号增压瓶；10-快装街头、11-防爆型回油电磁阀、12-高压油气分离过滤器、13-安全阀、14-主液位计、15-副液位计、16-防爆型油温加热器、17-滤油装置。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本实用新型。

参见图1可知，本实用新型的一种用于CNG汽车加气子站的增压输出系统，由气路换向气动阀组8、增压瓶组9、液压直充增压式装置组成；所述的气路换向气动阀组8设有GD阀801、GA阀802、GC阀803、GB阀804；增压瓶组9设有一号增压瓶901、二号增压瓶902；气路换向气动阀组8中的GD阀801输入端通过管线连通CNG长管运输拖车，GD阀801输出端通过管线连通一号增压瓶901；气路换向气动阀组8中的GC阀803输入端通过管线连通CNG长管运输拖车，GC阀803输出端连接二号增压瓶902；一号增压瓶901通过连接管线、GA阀802与站用固定式CNG高压储气瓶组输入端连通；二号增压瓶902通过连接管线、GB阀804与站用固定式CNG高压储气瓶组输入端连通；一号增压瓶901及二号增压瓶902内的CNG通过液压直充增压后CNG输送至站用固定式CNG高压储气瓶组中；所述的液压直充式增压装置包括液压油箱1、吸油过滤器2、液压泵3、供油压力调节模块6、油路换向气动阀组7、防爆型回油电磁阀11、主液位计14、副液位计15；液压油箱1供油一端与增压瓶组9连通的增压管线上设有吸油过滤器2、液压泵3、供油压力调节模块6、油路换向气动阀组7；液压油箱1回油一端通过连接管线、防爆型回油电磁阀11、油路换向气动阀组7与增压瓶组9连通。

液压油箱1回油一端通过连接管线、OC阀702与一号增压瓶901连通；液压油箱1回油一端通过连接管线、OD阀704与二号增压瓶902连通；气体输入管线上设有安全阀13，气体输出管线上设有高压油气分离过滤器12；液压泵3由隔爆变频异步三相电机5通过联轴器4连接驱动；液压油箱1设有防爆型油温加热器16；通过设置防爆型油温加热器16，可以以低温时为液压油箱1内的液压油加热，便于保证其良好的流动性。

本实施例的优点是：

第一：通过设置气路换向气动阀组8，利用其控制气体向增压瓶组9中输入及增压瓶组9中气体增压后的输出，方便控制并切换增压瓶组9工作。

第二：通过设置的增压瓶组、液压直充式增压装置实现气体的增压输送，其采用独立的增压瓶组，安全性大幅提高，避免了系统喷油、误将液压油注入CNG车辆中等安全事故的发生。

参见图2，本实用新型组装的一种液压直充增压式CNG汽车加气子站系统，由CNG长管运输拖车、液压直充增压式装置、站用固定式CNG高压储气瓶组、CNG加气机和电气控制系统组成，CNG长管运输拖车为加气子站输运提供CNG；CNG长管运输拖车中的CNG利用自身的压力势能输入至增压瓶组9中，液压直充增压式装置利用液压直充增压技术，将增压瓶组9中的CNG增压并输送到站用固定式CNG高压储气瓶组中；站用固定式CNG高压储气瓶组用于储存增压后的CNG，向CNG加气机提供CNG，CNG加气机为CNG燃料汽车计量和充装天然气；电气控制系统主要通过PLC控制程序控制整个液压直充式CNG加气子站系统的自动运行和自动监控。

液压直充式增压装置由液压油箱1、吸油过滤器2、液压泵3、联轴器4、隔爆变频异步三相电机5、供油压力调节模块6、油路换向气动阀组7、气路换向气动阀组8、防爆型回油电磁阀11、主液位计14、副液位计15、防爆型油温加热器16、滤油装置17、防爆型压力传感器PT1-PT5、防爆型压差开关PE1、防爆型压差开关PE2组成。

CNG长管运输拖车中的CNG低压或中压连接管线上设有GL阀、高压油气分离过滤器12，GL阀用于控制输送、高压油气分离过滤器12用于过滤输送的CNG；CNG长管运输拖车中的CNG还通过连接管线、气路换向气动阀组8与增压瓶组9连通。CNG长管运输拖车通过气路换向气动阀组8输入到增压瓶组9进行液压直充增压，增压后增压瓶组9的CNG通过气路换向气动阀组8输入到站用固定式CNG高压储气瓶组中。

气路换向气动阀组8 设有GD阀801、GA阀802、GC阀803、GB阀804；气路换向气动阀组8中的GD阀801输入端通过管线连通CNG长管运输拖车，GD阀801输出端通过管线连通一号增压瓶901；气路换向气动阀组8中的GC阀803输入端通过管线连通CNG长管运输拖车，GC阀803输出端连接二号增压瓶902；一号增压瓶901 通过连接管线、GA阀802与站用固定式CNG高压储气瓶组输入端连通；二号增压瓶902通过连接管线、GB阀804与站用固定式CNG高压储气瓶组输入端连通；一号增压瓶901及二号增压瓶902内的CNG通过液压直充增压后CNG输送至站用固定式CNG高压储气瓶组中。

液压油箱1供油一端通过连接管线、液压泵3、供油压力调节模块6、油路换向气动阀组7与增压瓶组9连通；液压泵3由隔爆变频异步三相电机5通过联轴器4连接驱动；液压油箱1与增压瓶组9连通的连接管线上设有吸油过滤器2；液压油箱1回油一端通过连接管线、防爆型回油电磁阀11、油路换向气动阀组7与增压瓶组9连通。

供油压力调节模块6对供油压力进行调节。该模块主要由先导式溢流阀和二位四通气动滑阀组成，两者集成于一个阀块上，其主要作用是压力调节、超压保护和溢流。

油路换向气动阀组7设有OB阀701、OC阀702、OA阀703、OD阀704；液压油箱1供油一端通过连接管线、OB阀701与一号增压瓶901连通；液压油箱1供油一端通过连接管线、OA阀703与二号增压瓶902连通；液压油箱1回油一端通过连接管线、OC阀702与一号增压瓶901连通；液压油箱1回油一端通过连接管线、OD阀704与二号增压瓶902连通。

增压瓶组9的公称压力等级为25MPa。

为节省占地面积液压直充增压装置II可设计成集成橇体，内设有燃气报警传感器，与电气控制系统IV内的燃气报警控制装置互联，如果发生燃气泄漏，燃气报警传感器立即向燃气报警控制装置发出信号，控制加气子站内的配电系统切断设备的电源，并发出声光报警信号，提醒操作人员作相应处理。

本实施例的液压直充增压式CNG汽车加气子站系统加气方法，包括以下步骤：

（1）CNG长管运输拖车与液压直充式增压装置通过快装街头10连接后，CNG分为两路，一路通过低压（或中压）管线直接连接CNG加气机，具备CNG直供功能；另一路通过液压直充式增压装置的气动换向阀组8后充入增压瓶组9，经增压瓶组9增压后充入站用固定式CNG高压储气瓶组；

（2）气路气动换向阀组8中的GD阀801开启，CNG进入一号增压瓶901，当第二防爆型压力传感器压力检测值PT2等于第一防爆型压力传感器检测值PT1时，关闭GD阀801，液压直充增压装置II的隔爆变频异步三相电机5启动、控制系统向供油压力调节模块6中的二位四通气动滑阀输送压缩空气开启该阀，控制先导式溢流阀进行增压作用，油路气动换向阀组7中的OB阀701开启为一号增压瓶901注油增压，当第二防爆型压力传感器压力检测值PT2等于第四防爆型压力传感器PT4时，开启GA阀802，将增压后的CNG储存在站用固定式CNG高压储气瓶组中；

（3）系统预先根据增压瓶组9的单个增压瓶容积设置液压油箱1的主液位计14和副液位计15的液位下限，本实施例中设置为单个增压瓶容积的95%；当主液位计14或副液位计15检测到液位的下限信号后，一号增压瓶901的CNG已推出至站用固定式CNG高压储气瓶组中，此时关闭OB阀701和GA阀802，开启一号增压瓶901的回油程序；系统注油时，液位计检测到下限信号，就认定增压钢瓶中的CNG输出完毕；

（4）回油时，防爆型回油电磁阀11开启、油路气动换向阀组7中的OC阀702开启，一号增压瓶901内的液压油会在余压的作用下返回液压油箱1，直至液压油箱1上的防爆型压差开关PE1或PE2检测到气压信号后，一号增压瓶901的回油完成，然后关闭防爆型回油电磁阀11和OC阀702；回油过程中，开始进入液压油箱1中的液压油造成液压油箱1内的压力比较稳定。当回油结束时，增压瓶内的气体会进液压油箱1，使其内部压力迅速增加，防爆型压差开关PE1或PE2检测到压力迅速增加的信号后就提供信号使防爆型回油电磁阀11关闭；

（5）在一号增压瓶901的液压直充增压过程中，气路气动换向阀组8中的GC阀803开启，CNG长管运输拖车中的CNG进入增压瓶组9的二号增压瓶902，当第三防爆型压力传感器的检测值PT3等于第一防爆型压力传感器的检测值PT1时，关闭GC阀803；当一号增压瓶901回油时，注油系统重新启动，油路气动换向阀组7中的OA阀703开启，液压油箱1内的液压油进入二号增压瓶902，液压增压系统开始为二号增压瓶902内的CNG增压，当第三防爆型压力传感器的检测值PT3等于第四防爆型压力传感器的检测值PT4时，开启气路气动换向阀组8中的GB阀804，增压后的CNG进入站用固定式CNG高压储气瓶组；

（6）当主液位计14或副液位计15检测到液位下限信号后，二号增压瓶902的CNG已推出至站用高压储气瓶组III中，此时关闭OA阀703和GB阀804，并开启二号增压瓶902的回油程序；

（7）二号增压瓶902回油时，防爆型回油电磁阀11开启、OD阀704开启，二号增压瓶902内的液压油会在余压的作用下返回液压油箱1，直至液压油箱1上的压差开关PE1或PE2检测到气压信号后，二号增压瓶902回油过程完成，关闭防爆型回油电磁阀11和OD阀704；

（8）重复1~6步骤，直至CNG长管运输拖车中的CNG压力降至1~2MPa左右，CNG卸车结束，更换下一辆CNG长管运输拖车继续为CNG加气站提供CNG气源。

注油及回油过程中，一号增压瓶901注油结束后，间隔一个时间T1，一号增压瓶901回油程序启动；再间隔一个时间T2，二号增压瓶902注油程序再启动，即系统此时处于边回油边注油的状态；一般情况下系统回油速度大于系统的注油速度，但由于系统的不确定性，如在使用过程中可能回油管线中某些阀门开启程度会不足，造成回油管线堵塞，使回油速度低于注油速度，系统在边回油边注油的过程中将会出现增压瓶中的CNG还未完全排出，油箱内的液位就已到达下限，系统便认定二号增压瓶902注油结束，然后开启二号增压瓶902回油程序即为系统故障；为防止上述故障产生，所以系统在边回油边注油阶段，程序设计上有注油时间阈值T的约束，电气控制系统设置两个约束条件，一是液位计下限，为单个增压瓶容积的95%，二是注油时间阈值，注油时间阈值根据液压泵的排量和增压瓶的容积确定，T=V/nq，其中，V表示的是单个增压瓶的容积(L)，n表示的是液压泵的转速(RPM)，q表示的是液压泵每转的排量(L/Rev)。如果注油时间小于T，即使液位计出现下限信号，系统也不认为是注油结束，而是会发出故障报警信号，提示注油时间过短，回油系统有故障。

以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。

Claims (5)

1.一种用于CNG汽车加气子站的增压输出系统，包括气路换向气动阀组（8）、增压瓶组（9）、液压直充增压式装置，其特征在于：

所述的气路换向气动阀组（8）设有GD阀（801）、GA阀（802）、GC阀（803）、GB阀（804）；增压瓶组（9）设有一号增压瓶（901）、二号增压瓶（902）；气路换向气动阀组（8）中的GD阀（801）输入端通过管线连通CNG长管运输拖车，GD阀（801）输出端通过管线连通一号增压瓶（901）；气路换向气动阀组（8）中的GC阀（803）输入端通过管线连通CNG长管运输拖车，GC阀（803）输出端连接二号增压瓶（902）；一号增压瓶（901）通过连接管线、GA阀（802）与站用固定式CNG高压储气瓶组输入端连通；二号增压瓶（902）通过连接管线、GB阀（804）与站用固定式CNG高压储气瓶组输入端连通；一号增压瓶（901）及二号增压瓶（902）内的CNG通过液压直充增压后CNG输送至站用固定式CNG高压储气瓶组中；

所述的液压直充式增压装置包括液压油箱（1）、吸油过滤器（2）、液压泵（3）、供油压力调节模块（6）、油路换向气动阀组（7）、防爆型回油电磁阀（11）；液压油箱（1）供油一端与增压瓶组（9）连通的增压管线上设有吸油过滤器（2）、液压泵（3）、供油压力调节模块（6）、油路换向气动阀组（7）；液压油箱（1）回油一端通过连接管线、防爆型回油电磁阀（11）、油路换向气动阀组（7）与增压瓶组（9）连通。

2.根据权利要求1所述用于CNG汽车加气子站的增压输出系统，其特征在于：所述的油路换向气动阀组（7）设有OB阀（701）、OC阀（702）、OA阀（703）、OD阀（704）；液压油箱（1）供油一端通过连接管线、OB阀（701）与一号增压瓶（901）连通；液压油箱（1）供油一端通过连接管线、OA阀（703）与二号增压瓶（902）连通；液压油箱（1）回油一端通过连接管线、OC阀（702）与一号增压瓶（901）连通；液压油箱（1）回油一端通过连接管线、OD阀（704）与二号增压瓶（902）连通。

3.根据权利要求1所述用于CNG汽车加气子站的增压输出系统，其特征在于：所述的气路换向气动阀组（8）输入端的管线上设有安全阀（13），增压瓶组（9）与站用固定式CNG高压储气瓶组气体的管线上设有高压油气分离过滤器（12）。

4.根据权利要求1所述用于CNG汽车加气子站的增压输出系统，其特征在于：所述的液压泵（3）由隔爆变频异步三相电机（5）通过联轴器（4）连接驱动。

5.根据权利要求1所述用于CNG汽车加气子站的增压输出系统，其特征在于：所述的液压油箱（1）设有防爆型油温加热器（16）。

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