王云德，郭麗萍，劉剛

（沈陽燃氣有限公司，遼寧　沈陽　110000）

1 概述

天然氣是國家支持發(fā)展的新型能源，其重要成分是甲烷（含量在95%以上），另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。天然氣已廣泛使用在居民家庭用氣，鍋爐采暖，交通燃料等方面。其應用方式也多種多樣：常壓天然氣、高壓天然氣、CNG（壓縮天然氣）、LNG（液化天然氣）等。CNG是一種最理想的車用替代能源，它具有成本低，效益高，無污染，使用安全便捷等特點，正日益顯示出強大的發(fā)展?jié)摿ΑＷ陨鲜兰o80年代我國引進了部分CNG加氣站設備，在四川建立了我國第一座CNG加氣站開始[1]，全國各地的CNG加氣站猶如雨后春筍般紛紛拔地而起。

沈陽作為東北第一大城市，CNG使用量也正逐年提高。目前沈陽機動車保有量為110萬輛，其中1.7萬輛的出租車，5000多輛的公交車和越來越多的私家車改用CNG作為原料，CNG日使用量約30萬m3，沈陽燃氣集團為滿足日益增長的CNG市場需求，近三年CNG母站項目建設見表1:

表1 近三年CNG母站項目建設一覽表

2 汽車儲氣罐充氣過程

（1）從加氣柱槍盒上卻下快速接頭，將加氣槍嘴插入汽車儲氣罐上的加氣接口，可靠連接；（2）關閉加氣柱上的放空球閥，打開汽車儲氣罐上的球閥，此時可從加氣柱上的放空壓力表讀出汽車儲氣罐的殘余壓力；（3）打開加氣柱上的加氣球閥。然后按“加氣”鍵開始加氣，當達到設定值時自動結(jié)束加氣，如果汽車不需要加足氣，也可以按“停止”鍵手動停止加氣；（4）關閉汽車儲氣罐上的球閥；

（5）關閉加氣柱的加氣球閥，打開放空球閥排除汽車儲氣罐上的球閥至加氣柱的加氣球閥之間的管道中的高壓氣體；（6）從汽車儲氣罐取下快速接頭放回加氣柱槍盒內(nèi)，結(jié)束加氣。

3 CNG加氣柱排空回收技術

3.1 基本思路

每次給汽車儲氣罐加氣結(jié)束都需要將長約3米的加氣軟管內(nèi)殘余氣體排空后才能去下軟管連接，為了減少排空過程中造成的資源浪費，避免排空氣體形成安全隱患，研究出一套行之有效的方法和裝置[2]，對排空天然氣減壓、回收，進而再次利用，以實現(xiàn)加氣過程中“零排放”、“零污染”。

3.2 具體過程

實現(xiàn)的具體方式是在加氣柱排空口加一個控制閥門，并增加一路余氣減壓回收裝置，將原來直接排入大氣的天然氣通過該裝置回收入燃氣氣柜。以單臺CNG加氣柱型號JQF-A90B為例，在排空口焊接上DN15球閥后通過管線將殘余CNG排到集氣緩沖罐中，再通過天然氣回收降壓裝置存入燃氣氣柜，實現(xiàn)再利用。

改造后對CNG槽車加氣操作過程完全一樣并無增加操作難度和工作量，且具有防止排空氣體聚集形成爆炸源，提高了操作的安全性，降低了對大氣的污染。此外針對CNG壓縮機填料密封漏氣和安全閥排空天然氣進行改造，改造方式與CNG加氣柱放散回收結(jié)構(gòu)類似，將原本直接排向大氣的氣體出口改造成帶有天然氣氣體減壓回收裝置，幾乎實現(xiàn)了整個CNG生產(chǎn)和出廠過程中的“零損耗”，大大削弱了CNG生產(chǎn)過程中的資源浪費，提高了經(jīng)濟效益。

3.3 排空回收改造后的經(jīng)濟性

沈陽燃氣集團每天CNG槽車約60輛，單臺加氣機每次排空天然氣約0.5 m3，天然氣排空回收改造后每年回收天然氣超10000 m3；另外CNG加氣柱本體或前端管道進行維修需要排空時也可以利用改造后的裝置進行回收[3]，此項每年回收天然氣約500 m3；還有對CNG壓縮機填料密封漏氣和安全閥排空天然氣回收改造每年回收天然氣約5000 m3。此兩處裝置每年回收氣體總量約15500 m3，為公司每年節(jié)約資金8萬余元。

4 充車方式研究

（1）我站共有4臺CNG壓縮機可以滿足4臺加氣柱重啟，即4打4。以每臺車能裝3500m3計算，需要1小時45分鐘。并且中間換車時，需要將壓縮機停止（停壓縮機需要5分鐘），拆地線，拆安全繩，拔管，關車門（需要5分鐘），引領下一臺車入位，接地線，開車門，接管，接安全繩（部分車需要接空氣接頭）需要10分鐘，再次啟動壓縮機（需要5分鐘）。所以一臺車在如此情況下從進站開始到結(jié)束離站，最快也要2小時10分鐘。以上4打4方式，有很多缺點：①充車浪費的時間長；②充車結(jié)束后需要停壓縮機，再次充車需要再次啟動。造成啟停壓縮機頻繁，再次浪費時間；③員工操作任務重，增加了誤操作的機率；④壓縮機啟停頻繁，對電機造成損害?？偨Y(jié)以上經(jīng)驗，時間浪費在換車時，每車共計浪費25分鐘。如果壓縮機不停，以上浪費的時間可以縮短甚至沒有中間過程，那么充車效率將大大加快。針對以上要求特制定方案：充車方式2臺壓縮機給1個加氣柱打氣，這樣就有2臺車在充氣，2臺車在等待，既2打1。以每臺車能裝3500m3計算，需要50-55分鐘。充氣過程中等待的車輛可以先把準備工作做好，即接地線，開車門，接管，接安全繩（部分車需要接空氣接頭），把這部分時間統(tǒng)籌到充氣的時間中。當充氣車充滿時，利用卸車臺連通閥門將氣立即導入等待的車中，實現(xiàn)了壓縮機不停，連續(xù)供氣，又消除了啟停壓縮機所需要的時間。2充2等的優(yōu)點：①消除的中間環(huán)節(jié)的時間浪費；②減少了壓縮機的啟停頻次，可以實現(xiàn)連續(xù)運行；③操作簡便，易懂。減少了誤操作的機率；④充車效率提高。

（2）充車時間受多種因素影響。如進站壓力，調(diào)壓器調(diào)壓后壓力，溫度，壓縮機運行情況，來車壓力，溫度等，本次研究只針對[4]，壓縮機運行正常，溫度一定時只對壓力進行的研究。經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的采集如表2：

表2 充車時間多種因素影響

通過對數(shù)據(jù)的分析,得出以下結(jié)論：①最長等車時間：3小時左右；②充車時間受減壓撬出口壓力影響，壓力越高，充車用時越短；③減壓撬出口壓力從1.8Mpa提到1.95Mpa充車用時提高約5分鐘。

一期加氣站CNG壓縮機充車用時在1小時10分至1小時20分之間。因為一期加氣站為一打一，所以一期加氣站仍然有頻繁起停壓縮機和拆卸管等浪費時間的問題，時間浪費在換車時，每車共計浪費25分鐘。這樣充車總時間將達到1小時45分鐘。操作上也比二期任務要重，誤操作機率也比較高。

除去以上因素，還需要進一步提高效率，實現(xiàn)多充，那么我們就要想進一步從車上找方法，降溫就是其中之一，建造槽車噴淋系統(tǒng)。具體如下：

水箱1→水泵1→涼水塔→水箱2→水泵2→噴淋系統(tǒng)→過濾裝置→水箱1

噴淋系統(tǒng)只在夏季運行，冬季由于氣溫較低，本身就會多充一些，夏季由于溫度較高，噴淋后車體降溫，進而實現(xiàn)槽車內(nèi)氣體降溫，壓力降低實現(xiàn)多充。我站已經(jīng)對CNG充氣母站進行改造[5-7]，加設噴淋系統(tǒng)，經(jīng)過夏季運行情況理想。

5 結(jié)語

中國汽車需求量和保有量的快速增長加重了石油資源短缺和環(huán)境污染的嚴峻形勢，近年來中國大中城市霧霾天氣次數(shù)逐年攀升，燃油汽車尾氣排放是其重要形成原因之一，發(fā)展CNG汽車將成為解決能源問題和環(huán)境問題的重要途徑。合理高效使用天然氣，對改善大氣污染，降低用車燃料成本，尤其在氣源緊張的東部地區(qū)顯得至關重要。CNG汽車用戶群是中國最具發(fā)展?jié)摿Φ奶烊粴馐袌?，在未來的中國以CNG為主打的天然氣汽車，無論是在技術、市場[8-10]，還是產(chǎn)業(yè)上，都會有一個前所未有的發(fā)展前景。CNG母站如何根據(jù)自己的實際情況高效安全的完成CNG充裝，也是為祖國能源事業(yè)貢獻了一份自己的量。

參考文獻：

[1]郇慶金,王守震.淺析車用CNG的發(fā)展前景[J].現(xiàn)代經(jīng)濟信息,2010,(02):212-213.

[2]劉道信.中國天然氣市場研究[J].中國市場,2009(01).

[3]周怡沛,周志斌.中國車用CNG市場發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢與策略[J].國際石油經(jīng)濟,2009,(10):295-302.

[4]李樹旺,羅東曉.CNG加氣槍排空天然氣的回收技術[J].中國燃氣,2012,(05):7-9.

[5]喬國發(fā),張孔明,李多金,等.撬裝式LNG/CNG汽車加氣站[J].天然氣工業(yè),2005,25,(3):148-150.

[6]GB 50156-2002中華人民共和國國家標準汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范.

[7]崔雁清,尤琦,湯傳琦,楊富斌,張紅光. 基于雙有機朗肯循環(huán)的CNG發(fā)動機余熱回收系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化及工質(zhì)選擇[J]. 車用發(fā)動機,2016,(05):61-68.

[8]王貴勇,胡海龍,畢玉華,申立中,王偉超. 基于瞬時轉(zhuǎn)速的CNG-柴油雙燃料單缸機判缸策略[J]. 農(nóng)業(yè)機械學報,2014,45(10):34-38+21.

[9]張欣,許健,侯效森,王濤,鄭士卓. CNG/CO_2氣體發(fā)動機湍流火焰結(jié)構(gòu)的大渦模擬[J]. 內(nèi)燃機學報,2014,32(05):448-453.

[10]吳昊,游向東,張志遠,王小雷. 一種新型CNG加氣機中的Modus協(xié)議的研究和實現(xiàn)[J]. 軟件,2014,35(04):138-140.