專利名稱：高效節能型大排量雙線液壓加氣子站系統的制作方法
高效節能型大排量雙線液壓加氣子站系統技術領域
本發明屬于壓縮天然氣(CNG)加氣技術領域，尤其涉及一種高效節能型大排量雙線液壓加氣子站系統。本發明不但兼容了 8管559系列和6管711系列的液壓子站CNG運輸拖車的卸氣功能，而且還具有加氣能力和加氣效率高、能耗低、系統運行穩定液壓泵使用壽命長等優點。
背景技術：
目前，現有的天然氣液壓加氣子站的排量(加氣能力)主要有IOOONmVh和 2000Nm3 /h兩種,通過配備儲氣瓶直徑為559mm,最大公稱容積為18m3,最大天然氣運輸量為 455INm3的8管液壓子站CNG運輸拖車(CNG儲運行業稱之為559系列液壓子站CNG運輸拖車)，實現了天然氣無管網化的使用。但是這兩種類型的天然氣液壓加氣子站存在加氣車輛排隊等候時間長，加氣速度慢，加氣效率低，排量小、卸氣慢等困擾用戶的難題，不但降低了用戶的經濟效益，而且無法滿足天然氣燃料車用氣量大的需求，也嚴重制約了天然氣能源的發展利用。隨著大直徑(711. 2mm)最大公稱容積為22m3，最大天然氣運輸量為5564Nm3的 6管液壓子站CNG運輸拖車(CNG儲運行業稱之為711系列液壓子站CNG運輸拖車)的入市, 目前現有的天然氣液壓子站的加氣能力已經無法滿足用戶的實際需求。
同時現有的天然氣液壓加氣子站技術中存在的缺點以及在使用過程中遇到的問題也越來越多，主要表現為液壓子站長時間連續運行后，液壓油油溫上升較快，散熱不良， 極大的影響了液壓油的使用壽命；現行的油溫檢測傳感器僅僅安裝在油箱內表面，由于隨著油溫的不斷升高，油箱內的液壓油會出現比較復雜的層流狀態，高溫液壓油流速較快，最先進入吸油泵中，而此時溫度較低的液壓油都積聚在油箱內壁法向上的一定空間內，這樣通過溫度傳感器傳輸給控制器的溫度參數就不能很精確的反映液壓泵中的實際油溫，容易造成液壓泵過熱運轉，縮短其使用壽命，情況嚴重的時候可能會造成液壓泵報廢停機；在回油時液壓油中含有氣泡，容易對泵造成氣蝕，也會縮短液壓泵的使用壽命；此外現有液壓加氣子站由于受制于加氣能力的限制，其電機和液壓泵都會長時間連續超負荷運行，不但增加了整體系統的能耗，而且還對各個重要模塊的使用壽命和穩定性都造成不良影響。發明內容
本發明的目的在于提供一種高效節能型大排量雙線液壓加氣子站系統，不但兼容了 8管559系列和6管711系列的液壓子站CNG運輸拖車的卸氣功能，而且還具有加氣能力和加氣效率高、能耗低、系統運行穩定液壓泵使用壽命長等優點。克服了目前現有的液壓加氣子站加氣能力和加氣效率低、能耗高、系統運行不穩定、液壓油油溫高、液壓泵使用壽命短等缺點。
本發明的系統結構如圖I所示，主要包括液壓子站CNG運輸拖車、液壓增壓橇體 (HPU)、電氣控制系統和加氣機四大組成部分。液壓子站CNG運輸拖車通過高壓軟管分別連接液壓增壓橇體操作臺上的液壓油路快裝接頭、排氣氣路快裝接頭以及頂升塊體快裝接頭，液壓增壓橇體的排氣管路連接到加氣機上，電氣控制系統通過電氣管路分別連接液壓子站CNG運輸拖車和液壓增壓橇體的控制模塊。液壓子站CNG運輸拖車作為液壓加氣子站系統的組成部分，不但承擔了運輸、儲存CNG的任務，而且還承擔了加氣管道的作用，使工藝管線簡單化，節約了管線，提升了效率。
液壓子站CNG運輸拖車的儲氣瓶束平均分為兩組，一組為高壓瓶組，一組為低壓瓶組，注油端和排氣端分別通過管路匯聚于液壓油路快裝接頭12和排氣氣路快裝接頭13 ； 液壓增壓橇體通過排氣氣路快裝接頭13和排氣氣路換向氣動閥組10分別連接所述加氣機的雙管路機構；低壓瓶組中的CNG通過自壓差，經氣動安全閥14、油氣分離過濾器11、排氣氣路換向氣動閥組10、加氣機低壓管路向車用CNG鋼瓶內加氣；電氣控制系統監測到加氣機流速降低到設定值時，控制器發出指令，隔爆變頻異步三相電機6、高壓液壓泵7、供油泵2開始工作，液壓油油箱I內的液壓油經油溫換熱器3、吸油過濾器4、高壓液壓泵7、供油壓力調節模塊8、液壓油路換向氣動閥組9以及液壓油路快裝接頭12向高壓瓶組儲氣瓶內充入高壓液體介質，將高壓瓶組某一儲氣瓶內的CNG經氣動安全閥14、油氣分離過濾器 11、排氣氣路換向氣動閥組10、加氣機高壓管路排出向車用CNG鋼瓶內加氣，同時始終保持高壓瓶組瓶中的壓力為20MPa ;待高壓氣瓶中CNG排出率達到95%時，控制系統啟動回油程序，高壓氣瓶中的液壓油通過液壓油路快裝接頭12、液壓油路換向氣動閥組9、回油電磁閥 18以及回油濾油器17回到油箱I ;同時所述電氣控制系統自動控制切換高壓瓶組和低壓瓶組，重復上述排氣過程，最終實現所述液壓子站CNG運輸拖車的儲氣瓶束內氣體和液體的循環加注。
液壓增壓橇體(HPU)部分包括液壓系統、動力系統、自動控制系統等，主要組成部件有液壓油箱I、供油泵2、油溫換熱器3、吸油過濾器4、油溫傳感器5、隔爆變頻異步三相電機6、液壓泵7、供油壓力調節模塊8、液壓油路換向氣動閥組9、排氣氣路換向氣動閥組10、油氣分離過濾器11、液壓油路快裝接頭12、排氣氣路快裝接頭13、氣動安全閥14、壓力表15、油溫加熱器16、回油濾油器17、回油電磁閥18、液位計19等。供油泵2置于液壓油箱I中，通過吸油管連接到油溫換熱器3上，油溫換熱器3通過法蘭盤連接液壓油箱I的出口法蘭，吸油過濾器4連接油溫換熱器3，油溫傳感器5布置于吸油過濾器4的出口管道上， 隔爆變頻異步三相電機6通過聯軸器連接液壓泵7，液壓泵7的入口端通過軟管連接吸油過濾器4的出口管道，液壓泵7的出口端通過高壓軟管連接供油壓力調節模塊8，供油壓力調節模塊8的溢流口通過高壓軟管連接液壓油箱I的溢流口法蘭，供油壓力調節模塊8的高壓油出口連接液壓油路換向氣動閥組9的進油端，液壓油路換向氣動閥組9的供油端通過高壓不銹鋼無縫鋼管連接液壓油路快裝接頭12，液壓油路換向氣動閥組9的回油端連接回油電磁閥18，回油電磁閥18連接回油濾油器17，回油濾油器17連接液壓油箱I的進油口法蘭；排氣氣路換向氣動閥組10通過高壓不銹鋼無縫鋼管連接油氣分離過濾器11，油氣分離過濾器11連接氣動安全閥14，氣動安全閥14連接排氣氣路路快裝接頭12 ;油溫加熱器 16和液位計19通過法蘭分別連接到液壓油箱I上；壓力表15通過壓力表線分別連接氣路和油路上。
本發明的主要作用是在自動控制系統的控制下，通過橇體中的液壓系統，將液壓子站CNG運輸拖車上儲氣管束中的CNG以平穩的壓力和速度推出，經油氣分離、過濾輸送到加氣機，再由加氣機給CNG燃料汽車加氣。電氣控制系統主要包含PLC可編程控制器、觸摸屏、軟啟動器、隔離柵、按扭、電磁閥和空氣斷路器、電機軟啟動器等主要部件。通過PLC控制程序控制整個液壓加氣子站系統的自動運行和自動監控，并在面板上實時顯示設備的工作單元、工作的壓力、溫度、電機電流等動態工作參數。此外還在電氣控制系統中設計不同的控制策略，實現6管711系列液壓子站CNG運輸拖車和8管559系列液壓子站CNG運輸拖車的無縫兼容，更好的滿足了用戶的需求。液壓增壓橇體(HPU)內設有燃氣報警傳感器， 與電氣控制系統內的燃氣報警控制裝置相連，如果橇體內泄漏的燃氣達到一定的報警濃度 (一般設定為10%v/v左右)，燃氣報警傳感器立即向燃氣報警控制裝置發出信號，由控制裝置發出聲光報警信號，提醒操作人員作相應處理；如果橇體內泄漏的燃氣達到一定的設計濃度(一般設定為20%v/v左右)，控制裝置在發出聲光報警信號的同時，向加氣站內提供開關信號，由站內配電系統斷開設備的電源，停止站內設備的運行。
該系統的動力部分配備變頻調速的雙機雙泵，額定排氣量為3400m3/h，由于采用變頻調速，液壓增壓橇體的排氣能力可以實現大范圍(1700 4080 m3/h)的無級調節，滿足不同加氣工況的需求。在排氣管路系統上采用雙線設計，在加氣機加氣過程中低壓管路可以有效的利用CNG運輸拖車儲氣瓶中的自然壓差，減少了電機和液壓泵的頻繁啟動，降低了能耗。此外，為進一步節約能源，降低能耗，在液壓油箱中安裝供油泵，作為附加液壓動力源，不但減小了液壓主泵的負載，而且還提高了液壓主泵的使用壽命。本發明在吸油管路上增加了油溫換熱器和油溫傳感器，不但可以將精確的油溫參數傳遞給控制系統，而且還大大降低了工作過程中液壓油的溫度，保證整個系統穩定、連續、長時間運行。另外，為了實現快速回油，液壓子站自動控制系統中設定液壓子站CNG運輸拖車的每支儲氣瓶總會剩余5% 左右的氣量，據此本發明取消了現有液壓加氣子站系統中的緩沖瓶，完全靠液壓子站CNG 運輸拖車上的大直徑儲氣瓶中剩余的氣量空間作為臨時緩沖區域，因此不但增加了 HPU橇體的內部操作空間，而且減小了 HPU橇體的重量。
與現有液壓加氣子站技術相比，本發明主要有如下技術優勢
I)本發明的動力部分配備變頻調速的雙機雙泵，額定排氣量為3400m3/h，由于采用變頻調速，整套系統的排氣能力可以實現大范圍(170(T4080 m3/h)的無級調節，滿足不同加氣工況的需求，不但有效的節約的能源，而且還提高了液壓加氣子站加氣能力和加氣效率。
2)本發明在排氣管路系統上采用雙線設計，在加氣機加氣過程中低壓管路可以有效的利用CNG運輸拖車儲氣瓶中的自然壓差，減少了電機和液壓泵的頻繁啟動，降低了能耗。
3)本發明在液壓油箱中安裝供油泵，作為附加液壓動力源，不但減小了液壓主泵的負載，而且還提高了液壓主泵的使用壽命。
4)本發明在吸油管路上增加了油溫換熱器和油溫傳感器，不但可以將精確的油溫參數傳遞給控制系統，而且還大大降低了工作過程中液壓油的溫度，保證整個系統穩定、連續、長時間運行。
5)本發明取消了現有液壓加氣子站系統中的緩沖瓶，完全靠液壓子站CNG運輸拖車上的大直徑儲氣瓶中剩余的氣量空間作為臨時緩沖區域，不但增加了 HPU橇體的內部操作空間，減小了 HPU橇體的重量，而且還節約的成本，減少了燃氣泄漏點。
6)本發明在電氣控制系統中設計不同的控制策略，實現6管711系列液壓子站CNG運輸拖車和8管559系列液壓子站CNG運輸拖車的無縫兼容，更好的滿足了用戶的需求。


圖I為高效節能型大排量雙線液壓加氣子站系統的結構原理圖。其中，液壓油箱I、供油泵2、油溫換熱器3、吸油過濾器4、油溫傳感器5、隔爆變頻異步三相電機6、液壓泵7、供油壓力調節模塊8、液壓油路換向氣動閥組9、排氣氣路換向氣動閥組IO、油氣分離過濾器11、液壓油路快裝接頭12、排氣氣路快裝接頭13、氣動安全閥14、壓力表15、油溫加熱器16、回油濾油器17、回油電磁閥18、液位計19。
具體實施方式
圖I為本發明的具體實施方式
原理圖，以配備6管711系列液壓子站CNG運輸拖車為例進一步說明如下本發明主要包括6管711系列液壓子站CNG運輸拖車、液壓增壓橇體(HPU)、電氣控制系統和加氣機四大組成部分。液壓子站CNG運輸拖車作為液壓加氣子站系統的組成部分，不但承擔了運輸、儲存CNG的任務，而且還承擔了加氣管道的作用，使工藝管線簡單化，節約了管線，提升了效率。液壓增壓橇體(HPU)部分由液壓系統、動力系統、 自動控制系統等構成，主要組成部件有液壓油箱I、供油泵2、油溫換熱器3、吸油過濾器4、 油溫傳感器5、隔爆變頻異步三相電機6、液壓泵7、供油壓力調節模塊8、液壓油路換向氣動閥組9、排氣氣路換向氣動閥組10、油氣分離過濾器11、液壓油路快裝接頭12、排氣氣路快裝接頭13、氣動安全閥14、壓力表15、油溫加熱器16、回油濾油器17、回油電磁閥18、液位計19等。其動力系統配備變頻調速的雙機雙泵，額定排氣量為3400m3/h，由于采用變頻調速，整套系統的排氣能力可以實現大范圍(170(T4080 m3/h)的無級調節，滿足不同加氣工況的需求，提高了液壓加氣子站加氣能力和加氣效率；在液壓油箱中安裝供油泵2，作為附加液壓動力源，不但減小了液壓主泵7的負載，而且還提高了液壓主泵7的使用壽命；在吸油管路上增加了油溫換熱器3和油溫傳感器5，不但可以將精確的油溫參數傳遞給控制系統，而且還大大降低了工作過程中液壓油的溫度，保證整個系統穩定、連續、長時間運行。電氣控制系統主要包含PLC可編程控制器、觸摸屏、軟啟動器、隔離柵、按扭、電磁閥和空氣斷路器、電機軟啟動器等主要部件。通過PLC控制程序控制整個液壓加氣子站系統的自動運行和自動監控，并在面板上實時顯示設備的工作單元、工作的壓力、溫度、電機電流等動態工作參數。此外還在控制系統中設計不同的控制策略，實現6管711系列液壓子站CNG運輸拖車和8管559系列液壓子站CNG運輸拖車的無縫兼容，更好的滿足了用戶的需求。液壓增壓橇體(HPU)內設有燃氣報警傳感器，與電氣控制系統內的燃氣報警控制裝置相連，如果橇體內泄漏的燃氣達到一定的報警濃度(一般設定為10%v/v左右)，燃氣報警傳感器立即向燃氣報警控制裝置發出信號，由控制裝置發出聲光報警信號，提醒操作人員作相應處理; 如果橇體內泄漏的燃氣達到一定的設計濃度(一般設定為20%v/v左右)，控制裝置在發出聲光報警信號的同時，向加氣站內提供開關信號，由站內配電系統斷開設備的電源，停止站內設備的運行。
本發明所述的液壓子站系統中設備在運彳丁時由控制系統的PLC自動控制。系統中的所有自控閥門都由氣動執行器負責打開和關閉，而氣動執行器的動作也是由PLC控制的。本發明在排氣管路系統上采用雙線設計，當載滿氣的液壓子站CNG運輸拖車來到子站7后，停到相應的停車位置，分別連接液壓油高壓管路、壓縮空氣控制管路、CNG高壓管路等， 打開相應的控制閥門，關閉放空閥門，檢查無誤后即可開啟增壓系統，開始給加氣機供氣。 在整個供氣過程中，將液壓子站CNG運輸拖車上的儲氣瓶管束分為兩組，1#、2#、3#瓶為I 組，4#、5#、6#瓶為II組，工作時，I組作為低壓瓶組靠自身壓差向加氣車輛補氣，II組作為高壓瓶組靠液壓泵保持高壓補壓，兩組儲氣瓶可以互相切換。當系統開始啟動時，通過圖I 所示的雙管路機構，I組作為低壓瓶組，其中的CNG開始通過自壓差，經氣動安全閥14、油氣分離過濾器11、排氣氣路換向氣動閥組10、加氣機低壓管路等向車用CNG鋼瓶內加氣，以充分利用鋼瓶內的20MPa初始壓力自動加氣；當PLC控制系統監測到加氣機流速降低到設定值時，PLC控制器發出指令，隔爆變頻異步三相電機6、高壓液壓泵7、供油泵2開始工作， 液壓油油箱I內的液壓油經油溫換熱器3、吸油過濾器4、高壓液壓泵7、供油壓力調節模塊8、液壓油路換向氣動閥組9以及液壓油路快裝接頭12向CNG高壓瓶組儲氣瓶瓶內充入高壓液體介質，先是將II組4#鋼瓶內的CNG經氣動安全閥14、油氣分離過濾器11、排氣氣路換向氣動閥組10、加氣機高壓管路等向車用CNG鋼瓶內加氣，同時始終保持II組瓶中的壓力為20MPa。待4#儲氣瓶中CNG排出率達到95%時，PLC啟動回油程序，4#儲氣瓶中的液壓油通過液壓油路快裝接頭12、液壓油路換向氣動閥組9、回油電磁閥18以及回油濾油器17 回到油箱；同時PLC自動控制切換I組為高壓瓶組，II組為低壓瓶組，重復上述排氣過程， 高壓泵向1#儲氣瓶注高壓油，最終實現1#飛#儲氣瓶內氣體和液體的循環加注。通過雙線氣路實現全部鋼瓶的自然壓差的有效利用，降低了系統的能耗。
權利要求
1.一種高效節能型大排量雙線液壓加氣子站系統，包括液壓子站CNG運輸拖車、液壓增壓橇體、電氣控制系統和加氣機四部分，其特征在于液壓子站CNG運輸拖車通過高壓軟管分別連接液壓增壓橇體操作臺上的液壓油路快裝接頭、排氣氣路快裝接頭以及頂升塊體快裝接頭，液壓增壓橇體的排氣管路連接到加氣機上，電氣控制系統通過電氣管路分別連接液壓子站CNG運輸拖車和液壓增壓橇體的控制模塊；所述的液壓子站CNG運輸拖車的儲氣瓶束平均分為兩組，一組為高壓瓶組，一組為低壓瓶組，注油端和排氣端分別通過管路匯聚于液壓油路快裝接頭(12)和排氣氣路快裝接頭(13);所述的液壓增壓橇體通過排氣氣路快裝接頭(13)和排氣氣路換向氣動閥組(10)分別連接所述加氣機的雙管路機構；所述的低壓瓶組中的CNG通過自壓差，經氣動安全閥(14)、油氣分離過濾器(11)、排氣氣路換向氣動閥組(10)、加氣機低壓管路向車用CNG鋼瓶內加氣；所述的電氣控制系統監測到加氣機流速降低到設定值時，控制器發出指令，隔爆變頻異步三相電機(6)、高壓液壓泵(7)、供油泵(2)開始工作，液壓油油箱(I)內的液壓油經油溫換熱器(3)、吸油過濾器(4)、高壓液壓泵(7)、供油壓力調節模塊(8)、液壓油路換向氣動閥組(9)以及液壓油路快裝接頭(12)向高壓瓶組儲氣瓶內充入高壓液體介質，將高壓瓶組某一儲氣瓶內的CNG經氣動安全閥(14)、油氣分離過濾器(11)、排氣氣路換向氣動閥組(10)、加氣機高壓管路排出向車用CNG鋼瓶內加氣，同時始終保持高壓瓶組瓶中的壓力為20MPa ;待所述的高壓氣瓶中CNG排出率達到95%時，控制系統啟動回油程序，所述高壓氣瓶中的液壓油通過液壓油路快裝接頭(12)、液壓油路換向氣動閥組(9)、回油電磁閥(18)以及回油濾油器(17)回到油箱(I);同時所述電氣控制系統自動控制切換高壓瓶組和低壓瓶組，重復上述排氣過程，最終實現所述液壓子站CNG運輸拖車的儲氣瓶束內氣體和液體的循環加注。
2.根據權利要求I所述的液壓加氣子站系統，其特征在于液壓增壓橇體包括液壓油箱、供油泵、油溫換熱器、吸油過濾器、油溫傳感器、隔爆變頻異步三相電機、液壓泵、供油壓力調節模塊、液壓油路換向氣動閥組、排氣氣路換向氣動閥組、油氣分離過濾器、液壓油路快裝接頭、排氣氣路快裝接頭、氣動安全閥、壓力表、油溫加熱器、回油濾油器、回油電磁閥、液位計；供油泵(2)置于液壓油箱(I)中，通過吸油管連接到油溫換熱器(3)上，油溫換熱器(3)通過法蘭盤連接液壓油箱(I)的出口法蘭，吸油過濾器(4)連接油溫換熱器(3)，油溫傳感器(5)布置于吸油過濾器(4)的出口管道上，隔爆變頻異步三相電機(6)通過聯軸器連接液壓泵(7)，液壓泵(7)的入口端通過軟管連接吸油過濾器(4)的出口管道，液壓泵(7)的出口端通過高壓軟管連接供油壓力調節模塊(8)，供油壓力調節模塊(8)的溢流口通過高壓軟管連接液壓油箱(I)的溢流口法蘭，供油壓力調節模塊(8)的高壓油出口連接液壓油路換向氣動閥組9的進油端，液壓油路換向氣動閥組(9)的供油端通過高壓不銹鋼無縫鋼管連接液壓油路快裝接頭(12)，液壓油路換向氣動閥組(9)的回油端連接回油電磁閥(18)，回油電磁閥(18)連接回油濾油器(17)，回油濾油器(17)連接液壓油箱(I)的進油口法蘭；排氣氣路換向氣動閥組(10)通過高壓不銹鋼無縫鋼管連接油氣分離過濾器(11)，油氣分離過濾器(11)連接氣動安全閥(14)，氣動安全閥(14)連接排氣氣路路快裝接頭(12);油溫加熱器(16)和液位計(19)通過法蘭分別連接到液壓油箱⑴上；壓力表(15)通過壓力表線分別連接氣路和油路上。
3.根據權利要求I所述的液壓加氣子站系統，其特征在于所述液壓增壓橇體的動力部分配備變頻調速的雙機雙泵，額定排氣量為3400m3/h，采用變頻調速，液壓增壓橇體的排氣能力實現170(T4080 m3/h的無級調節。
4.根據權利要求I所述的液壓加氣子站系統，其特征在于所述的電氣控制系統設計兼容8管559系列和6管711系列的液壓子站CNG運輸拖車卸氣功能的控制程序。
全文摘要
一種高效節能型大排量雙線液壓加氣子站系統，屬于壓縮天然氣加氣技術領域。包括液壓子站CNG運輸拖車、液壓增壓橇體、電氣控制系統和加氣機四部分，液壓子站CNG運輸拖車通過高壓軟管分別連接液壓增壓橇體操作臺上的液壓油路快裝接頭、排氣氣路快裝接頭以及頂升塊體快裝接頭，液壓增壓橇體的排氣管路連接到加氣機上，電氣控制系統通過電氣管路分別連接液壓子站CNG運輸拖車和液壓增壓橇體的控制模塊。優點在于，高效、節能、加氣能力大、運行穩定；可以實現大范圍1700~4080 m3/h的無級調節并兼容8管559系列和6管711系列的液壓子站CNG運輸拖車的卸氣功能。
文檔編號F17C13/02GK102927437SQ20121049477
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者袁清華, 黃重國, 張蘭江, 靳舜堯, 張紅彬, 林威 申請人:盛澤能源技術有限公司