一種便捷的CNG汽車(chē)全自動(dòng)加氣設(shè)備

摘 要

摘要：介紹了一種便捷的壓縮天然氣汽車(chē)全自動(dòng)加氣設(shè)備，簡(jiǎn)述了設(shè)備的組成、主要特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)、工作原理、加氣過(guò)程、安全性能、安裝與使用情況。關(guān)鍵詞：CNG汽車(chē)；加氣設(shè)備；全自動(dòng)C
摘要：介紹了一種便捷的壓縮天然氣汽車(chē)全自動(dòng)加氣設(shè)備，簡(jiǎn)述了設(shè)備的組成、主要特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)、工作原理、加氣過(guò)程、安全性能、安裝與使用情況。
關(guān)鍵詞：CNG汽車(chē)；加氣設(shè)備；全自動(dòng)
Convenient Full Automatic Filling Equipment for CNG Vehicles
ZHANG Xiu-qin，LUO Dong-xiao
Abstract：A convenient fully automatic filling equipment for CNG vehicles is introduced. The equipment components，main characteristics，technical parameters，working principle，gas filling process，safety performance，installation and use are described.
Key words：CNG vehicle；gas filling equipment；full automaticity
隨著天然氣工業(yè)和汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，近年來(lái)，壓縮天然氣(CNG)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)外獲得長(zhǎng)足的進(jìn)步，CNG加氣新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)。國(guó)外某公司最近推出了一款為天然氣汽車(chē)或CNG瓶組加氣的設(shè)備——全自動(dòng)CNG加氣設(shè)備，它作為常規(guī)加氣站的一種有效補(bǔ)充，安裝在鄰近用戶(hù)的單位大院、公共道路、家庭院落等位置，無(wú)須專(zhuān)人值守，能夠?yàn)橛脩?hù)提供高效、低成本、便捷、安全的加氣服務(wù)，是一種很有前景的壓縮天然氣加氣新技術(shù)。
1 設(shè)備組成與特點(diǎn)
   ① 設(shè)備組成與類(lèi)別
   該加氣設(shè)備一般由壓縮模塊、電子模塊、控制模塊、干燥模塊組成。按照服務(wù)對(duì)象及安裝場(chǎng)所不同，其分為企事業(yè)單位內(nèi)部加氣設(shè)備、工廠車(chē)間內(nèi)加氣設(shè)備(用于叉車(chē)等)、公共加氣設(shè)備(停車(chē)場(chǎng)、社區(qū))、家庭加氣設(shè)備等多種類(lèi)型。其中，應(yīng)用比較普遍的家庭加氣設(shè)備的外形見(jiàn)圖1，其設(shè)備體積小于0.1m3，質(zhì)量只有40kg左右。
 

    a. 壓縮模塊：包括1臺(tái)電驅(qū)動(dòng)空冷式壓縮機(jī)、1臺(tái)單速電動(dòng)機(jī)。電源為220V交流電，壓縮機(jī)為4級(jí)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)。電動(dòng)機(jī)的啟停由控制模塊控制。
    b. 電子模塊：包括燃?xì)鈾z測(cè)、溫度與壓力檢測(cè)、溫壓補(bǔ)償、與電動(dòng)機(jī)控制相關(guān)的電子控制線路與部件。
    c. 控制模塊：控制各個(gè)參數(shù)的組件。
    d. 干燥模塊：采用半導(dǎo)體制冷方式將天然氣中的水蒸氣冷凝，然后通過(guò)半透膜蒸發(fā)到空氣中。干燥模塊具有再生功能，可長(zhǎng)期循環(huán)使用。
   ② 主要特點(diǎn)
   全自動(dòng)CNG加氣設(shè)備最顯著的特點(diǎn)是就地加氣，能夠?qū)崿F(xiàn)一站式加氣功能，為用戶(hù)提供便捷的“上門(mén)”服務(wù)，周到且安全。它利用車(chē)輛停運(yùn)的閑暇時(shí)間，即在夜間或車(chē)輛閑置時(shí)，見(jiàn)縫插針地及時(shí)對(duì)車(chē)輛就地加氣，省去了用戶(hù)在加氣站排隊(duì)等候的過(guò)程，既方便了用戶(hù)，又可節(jié)省來(lái)往加氣站路途上的燃料消耗，產(chǎn)生多重經(jīng)濟(jì)效益。
    根據(jù)用戶(hù)性質(zhì)及不同需要，這種加氣設(shè)備有快速和慢速加氣模式供用戶(hù)自主選擇。此外，還設(shè)置了定時(shí)加氣功能?？伸`活采用定時(shí)加氣、快速加氣、慢速加氣、定時(shí)快慢組合等多種加氣方式。其主要特點(diǎn)如下：
    a. 加氣設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)須派人值守。
    b. 采用模塊化設(shè)計(jì)，無(wú)須用戶(hù)維護(hù)，可靠性高。
    c. 屬于家用燃?xì)庥镁哳?lèi)產(chǎn)品，能夠安裝在公共停車(chē)場(chǎng)、車(chē)庫(kù)、室內(nèi)、屋頂、社區(qū)等位置，也可以安裝在對(duì)噪聲敏感的區(qū)域。
    d. 采取自動(dòng)保護(hù)措施，安全性能良好。
    e. 方便、靈活，占地面積小，運(yùn)行噪聲低。
    f. 設(shè)備入口采用低壓天然氣，可就近接入低壓燃?xì)夤艿?，選擇余地較大。
    g. 是大型CNG加氣站的補(bǔ)充，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
   h. 設(shè)備緊湊，工藝流程簡(jiǎn)捷優(yōu)化。
   ③ 主要技術(shù)參數(shù)
   全自動(dòng)CNG加氣裝置的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 全自動(dòng)CNG加氣裝置的主要技術(shù)參數(shù)
燃?xì)忸~定流量/(m3·h-1)
最大加氣壓力/MPa
進(jìn)氣壓力/kPa
電源
質(zhì)量/kg
環(huán)境溫度/℃
平均電力消耗/(kW·h·m-1)
1.5～15.0
20.7
1.7～8.6
220V，50Hz
40～280
40～45
0.3～0.5
    以一款家用型產(chǎn)品為例，其燃?xì)忸~定流量為1.5m3/h，滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)電流為4.0A，電力消耗功率為760W，設(shè)備外形尺寸為762mm×356mm×330mm.質(zhì)量為43.2kg。用其對(duì)普通的家用CNG轎車(chē)加氣，快充模式下需8～9h將車(chē)輛氣瓶充滿(mǎn)，可供車(chē)輛連續(xù)行駛160km。如果用其他額定流量較大的加氣設(shè)備，則加氣時(shí)間可以相應(yīng)縮短。
2 工作原理與加氣過(guò)程
   ① 工作原理
   全自動(dòng)CNG加氣裝置工作原理見(jiàn)圖2。
 
    當(dāng)加氣裝置各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)值均處于正常范圍時(shí)，進(jìn)氣控制閥門(mén)打開(kāi)，低壓天然氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器，進(jìn)入裝置內(nèi)的一個(gè)容器中。此時(shí)，壓縮機(jī)啟動(dòng)，容器內(nèi)的低壓天然氣經(jīng)過(guò)4級(jí)無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)加壓，壓力升至20.7MPa后進(jìn)入干燥裝置進(jìn)行干燥處理，除去高壓天然氣中的水分，確保高壓天然氣含水量符合要求。經(jīng)過(guò)干燥裝置處理后質(zhì)量合格的壓縮天然氣通過(guò)加氣槍給汽車(chē)的車(chē)載儲(chǔ)氣瓶或CNG瓶組加氣。
    當(dāng)汽車(chē)車(chē)載儲(chǔ)氣瓶或CNG瓶組內(nèi)的天然氣被加滿(mǎn)后，壓縮機(jī)斷電停運(yùn)，加氣軟管內(nèi)的高壓天然氣釋放回流至容器內(nèi)，使軟管內(nèi)壓力降低至0.4MPa以下。之后，相應(yīng)的閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉。
    若容器內(nèi)天然氣壓力高于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)設(shè)置的安全閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)泄壓。此外，加氣裝置還安裝有一個(gè)隨時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)的小型風(fēng)扇，用于設(shè)備的通風(fēng)，能夠及時(shí)將外泄的天然氣驅(qū)散。
    該設(shè)備工作過(guò)程中，如出現(xiàn)天然氣進(jìn)氣壓力過(guò)高或過(guò)低、出氣壓力過(guò)高、天然氣泄漏、設(shè)備過(guò)載、溫度高等異常情況，加氣設(shè)備的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)都會(huì)動(dòng)作，確保設(shè)備處于安全狀態(tài)。
   ② 加氣過(guò)程
   全自動(dòng)CNG加氣裝置的加氣過(guò)程如下：
   a. 預(yù)備過(guò)程：10s，用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行自檢查。
   b. 試加氣過(guò)程：20s，設(shè)備開(kāi)始試運(yùn)行。
   c. 第1次泄漏檢查：10s，停止加氣，設(shè)備自動(dòng)檢查加氣軟管系統(tǒng)有無(wú)泄漏。若無(wú)泄漏，則進(jìn)行下一個(gè)步驟。
    d. 正式加氣：2h，壓縮機(jī)、干燥器等持續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行CNG加氣。
   e. 第2次泄漏檢查：10s，暫停加氣，自動(dòng)對(duì)加氣軟管系統(tǒng)進(jìn)行第2次檢查，若無(wú)泄漏，則繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)步驟。并且每加氣2 h后，必須對(duì)加氣軟管再進(jìn)行1次泄漏檢查。
    f. 循環(huán)4次，也就是累計(jì)加氣8h后，則干燥器模塊的干燥劑須進(jìn)行1次耗時(shí)30min的再生過(guò)程，確保干燥劑具有良好的吸附性能。接著，再繼續(xù)上述步驟，直到CNG車(chē)載儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)壓力達(dá)到20.0MPa時(shí)，再一次對(duì)加氣軟管系統(tǒng)進(jìn)行泄漏檢查。10s后繼續(xù)加氣，CNG車(chē)載儲(chǔ)氣瓶?jī)?nèi)壓力達(dá)到20.7MPa時(shí)，壓縮機(jī)停止運(yùn)行。
   g. 加氣過(guò)程結(jié)束。
3 設(shè)備的安全性能
    該全自動(dòng)CNG加氣裝置現(xiàn)已通過(guò)了多個(gè)國(guó)家的權(quán)威機(jī)構(gòu)比如歐盟的CE和加拿大標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)CSA(Canadian Standards Association)的認(rèn)證。
    該加氣裝置的另一項(xiàng)重要的安全技術(shù)是加氣軟管防泄漏和防拉斷事故措施——自動(dòng)分離裝置，一旦加氣過(guò)程中加氣軟管出現(xiàn)泄漏和拉斷事故，加氣設(shè)備將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，避免天然氣外泄。
    美國(guó)國(guó)家可更新能源實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該設(shè)備可靠性極高，非違規(guī)操作條件下出現(xiàn)危險(xiǎn)的概率只有1.43×10-8；被雷電擊中的可能性幾乎沒(méi)有。
4 設(shè)備的安裝與使用
    該設(shè)備被國(guó)外相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)歸為家用燃?xì)庥镁哳?lèi)產(chǎn)品。因此，可以依照規(guī)定安裝在室內(nèi)或室外相應(yīng)的區(qū)域。比如，家用型加氣設(shè)備可以安裝在車(chē)庫(kù)內(nèi)，也可以安裝在雜物間，見(jiàn)圖3、4。

    國(guó)外使用這種全自動(dòng)CNG加氣裝置的用戶(hù)較多，以歐美國(guó)家、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家較為常見(jiàn)。比如，本田汽車(chē)公司、多倫多水力發(fā)電廠、洛杉磯港口等就使用了多套用于企事業(yè)單位內(nèi)部的全自動(dòng)CNG加氣裝置。在中國(guó)，香港中華煤氣有限公司也很早就使用了這種CNG加氣裝置。此外，這種裝置還很受大型工廠和物流公司的歡迎，被用于對(duì)其內(nèi)部車(chē)輛(如叉車(chē)、配送車(chē)隊(duì)等)加氣。
    出于保護(hù)環(huán)境的需要，有些國(guó)家還出臺(tái)了推廣這種加氣裝置的激勵(lì)政策，極大地促進(jìn)了當(dāng)?shù)靥烊粴馄?chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
 
(本文作者：張秀琴1 羅東曉2、3 1.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院 天津 300074；2.新奧燃?xì)饪毓捎邢薰?河北廊坊 065001；3.中山大學(xué) 廣東廣州 520275)