天然氣充裝方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種天然氣充裝方法，包括將天然氣充裝到車載氣瓶之前對通過冷卻裝置對天然氣進(jìn)行冷卻處理，天然氣溫度的冷卻處理范圍在低于環(huán)境溫度40℃到0℃之間。通過充裝前降低天然氣溫度，提高車載氣瓶的有效容積利用率，使車輛增加行駛里程，減少充裝次數(shù),以及減少空駛里程和往返加氣站的時間，減少壓縮機(jī)壓力補(bǔ)償加壓時過度動力消耗，從而達(dá)到節(jié)能和增加經(jīng)濟(jì)效益的有益效果。
【專利說明】
天然氣^充裝方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于天然氣充裝方法的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種天然氣充裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] CNG即壓縮天然氣（Compressed Natural Gas,簡稱CNG)是天然氣加壓并以氣態(tài) 儲存在容器中。壓縮天然氣除了可以用油田及天然氣田里的天然氣外，還可以人工制造生 物沼氣（主要成分是甲烷）。CNG可作為車輛燃料使用。是一種理想的車用替代能源，其應(yīng) 用技術(shù)經(jīng)數(shù)十年發(fā)展已日趨成熟。具有成本低，效益高，無污染，使用安全便捷等特點(diǎn)，正日 益顯示出強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003] CNG加氣站是指以壓縮天然氣形式向天然氣汽車和大型CNG子站車提供燃料的場 所。目前國內(nèi)外天然氣加氣站充裝工藝流程依次包括常溫高壓、壓力補(bǔ)償、快速充裝（高流 速），天然氣經(jīng)管道或撬裝氣瓶組送至加氣站，再經(jīng)管道輸送，壓縮機(jī)加壓到20mp后，脫水 除油，高于環(huán)境溫度15°C冷卻處理，送至儲氣井或加氣機(jī)計(jì)量，最后充裝到車載儲氣瓶。目 前加氣站采用的氣體充裝質(zhì)量指標(biāo)有：充裝壓力為20°C 20MP (國家安全規(guī)定強(qiáng)制執(zhí)行）； 氣體含水率為-40°C露點(diǎn)溫度（國家規(guī)定）；充裝氣體溫度不得高于環(huán)境溫度15°C以上（壓 縮機(jī)生產(chǎn)廠指標(biāo)）；氣體充裝流速為慢充時不得小于〇.25m 3/min，不得大于8m3/min，目前采 用的充裝方法流速達(dá)到7. 5m3/min。
[0004] 目前通用的充裝方法，加氣時壓縮機(jī)溫度高于環(huán)境溫度15°c，加氣機(jī)快速充裝時 流速過大使得氣體進(jìn)入氣瓶內(nèi)重新快速壓縮過程產(chǎn)生大量氣流摩擦生熱，因此氣瓶內(nèi)的 氣體溫度在充裝完成后瓶內(nèi)氣體溫度超過環(huán)境溫度25°C至40°C，之后氣瓶內(nèi)氣體溫度逐 漸與環(huán)境溫度達(dá)到平衡，內(nèi)外溫度平衡后，氣瓶內(nèi)氣體壓力也隨之從50°C、20MPa下降到 15°C、14MPa，而標(biāo)準(zhǔn)充裝壓力應(yīng)達(dá)到15°C、17. 8MP，因此實(shí)際充裝天然氣降幅達(dá)27%。因此 存在著車載氣瓶的有效容積利用率低的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣充裝方法，通過充裝前 降低天然氣溫度，提高車載氣瓶的有效容積利用率，使車輛增加行駛里程，減少充裝次數(shù)， 減少壓縮機(jī)壓力補(bǔ)償加壓時過度動力消耗，從而達(dá)到節(jié)能和增加經(jīng)濟(jì)效益的有益效果。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種天然氣充裝方法，包括將天然氣充裝到車載氣瓶之前通過冷卻裝置對天然氣 進(jìn)行冷卻處理，天然氣溫度的冷卻處理范圍在低于環(huán)境溫度40°C到0°C之間。
[0008] 優(yōu)選地，所述冷卻裝置包括冷卻器，所述冷卻器為1:20~30大長徑比單槍盤管冷 卻組合式冷卻器。
[0009] 優(yōu)選地，所述冷卻裝置還包括制冷機(jī)和循環(huán)栗。
[0010] 優(yōu)選地，所述冷卻處理過程包括對天然氣溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以及對工況溫度進(jìn) 行實(shí)時監(jiān)測。
[0011] 優(yōu)選地，所述方法包括冷卻處理后充裝到車載氣瓶中的天然氣溫度為-10°C~ 40 cC 〇
[0012] 優(yōu)選地，所述方法包括在冷卻處理過程中對冷卻裝置進(jìn)行溫度設(shè)置，對冷卻溫度 進(jìn)行自動調(diào)整。
[0013] 本發(fā)明提供的天然氣充裝方法是在傳統(tǒng)方法采用常溫、高壓、壓力補(bǔ)償、快速充裝 的基礎(chǔ)上增加溫度補(bǔ)償?shù)墓に嚵鞒?，通過對充裝到車載氣瓶內(nèi)的天然氣在充裝前進(jìn)行冷卻 處理，抵消了天然氣充裝進(jìn)氣瓶時因摩擦熱升高的溫度，提高車載氣瓶的空間利用率，較現(xiàn) 有技術(shù)增加27%，進(jìn)而使車輛增加行駛里程，減少充裝次數(shù)，以及減少空駛里程和往返加氣 站的時間，減少壓縮機(jī)壓力補(bǔ)償加壓時過度動力消耗，從而達(dá)到節(jié)能和增加經(jīng)濟(jì)效益的有 ?效果。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例天然氣充裝方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
[0016] 實(shí)施例1
[0017] 如圖1所示，一種天然氣充裝方法，
[0018] (1)天然氣經(jīng)管道或撬裝氣瓶組送至加氣站；
[0019] (2)天然氣經(jīng)管道進(jìn)入壓縮機(jī)，加壓到20Mpa的充裝壓力；
[0020] (3)對天然氣進(jìn)行脫水除油處理；
[0021] (4)對天然氣進(jìn)行冷卻處理，冷卻后天然氣溫度不高于環(huán)境溫度15°C，即T天然氣 < T環(huán)境+15 C，其中T天然氣為冷卻后天然氣溫度，T環(huán)境為環(huán)境溫度；
[0022] (5)天然氣輸送至儲氣井或加氣機(jī)，計(jì)量；
[0023] (6)天然氣通過冷卻裝置進(jìn)行冷卻處理后充裝到車載氣瓶中，冷卻處理過程使天 然氣溫度范圍在低于環(huán)境溫度40°C到低于環(huán)境溫度0°C之間，即冷卻能力在降低溫度為 0~40 °C的范圍內(nèi)。如環(huán)境溫度為30 °C時，冷卻處理過程將天然氣溫度降低至-10 °C~ 〇°C，則降低溫度范圍為30~40°C;若環(huán)境溫度為20°C時，冷卻處理過程將天然氣溫度降低 至-10 °C~10 °C，則降低溫度范圍為10~30 °C;若環(huán)境溫度為10 °C時，冷卻處理過程將天然 氣溫度降低至-l〇°C~KTC，則降低溫度范圍為0~20°C ;優(yōu)選的，充裝到車載氣瓶內(nèi)的天 然氣溫度在-KTC~40°C范圍內(nèi)；進(jìn)一步優(yōu)選充裝到車載氣瓶內(nèi)的天然氣溫度在-KTC~ 15°C范圍內(nèi)。
[0024] 充裝到車載氣瓶的天然氣充裝前經(jīng)上述步驟（6)冷卻處理后，使得車載氣瓶內(nèi)的 天然氣溫度維持在與環(huán)境溫度溫差5 tC以內(nèi)，即±5tC，其中Tjffirt為車載氣瓶內(nèi)溫度；優(yōu) 選將車載氣瓶內(nèi)的天然氣溫度精確控制精度在與環(huán)境溫度溫差1°C以內(nèi)，即±1°C。
[0025] 本實(shí)施例中所述冷卻裝置包括冷卻器，所述冷卻器為安裝在加氣機(jī)上層空間的 1:20~30大長徑比單槍盤管冷卻組合式冷卻器，即冷卻器內(nèi)部為多條單槍盤管組合在一 起，所述單槍盤管的直徑與長度比為1:20~30,本發(fā)明采用冷卻器的冷卻效果更好、冷卻 效率高、成本低。本發(fā)明方法中所述冷卻裝置還包括制冷機(jī)和循環(huán)栗，冷卻器和制冷機(jī)、循 環(huán)栗等設(shè)備組成一套制冷系統(tǒng)同步運(yùn)行。本實(shí)施例步驟(6)中在冷卻處理過程中對天然氣 進(jìn)行實(shí)時的溫度監(jiān)測，同時檢測環(huán)境溫度，根據(jù)監(jiān)測到的天然氣溫度和環(huán)境溫度，以及預(yù)先 對冷卻系統(tǒng)設(shè)置溫度范圍，進(jìn)而使冷卻器自動調(diào)整冷卻溫度，使得天然氣充裝到車載氣瓶 中的溫度趨近于環(huán)境溫度。還包括對工況溫度進(jìn)行實(shí)時的溫度監(jiān)測，提高冷卻處理過程溫 度控制的精度。
[0026] 本實(shí)施例所述方法有效提高了車載氣瓶的空間利用率，具體說明如下：
[0027] 設(shè)在氣瓶的水容積為75L，在2min時間內(nèi)充裝至20Mpa的壓力而且可以認(rèn)為壓 縮過程氣體終狀態(tài)的溫升與壓縮機(jī)儲氣裝置來氣初狀態(tài)無關(guān)。若環(huán)境溫度為15°C表壓為 〇mp，充氣量為Om 3;終狀態(tài)瓶內(nèi)氣體溫度50°C，表壓為20Mpa，此時應(yīng)用狀態(tài)方程PV = mRT， 求出充氣量為17. lm3。經(jīng)一段時間，最終瓶內(nèi)氣溫與環(huán)境溫度（15°C )趨于平衡，瓶內(nèi)表壓 為14Mpa，充氣量仍為17. Im3 (出自《天然氣輸配技術(shù)》，嚴(yán)銘卿等，化學(xué)工業(yè)出版社，第234 頁）。如下表1所示國家永久氣體在不同充裝溫度下的最高充裝壓力標(biāo)準(zhǔn)，甲烷氣體15°C 條件下最高充裝壓力應(yīng)為17. 8Mpa(出自《氣體充裝安全技術(shù)》，黃河水利出版社，張建新， 第89頁），根據(jù)對比態(tài)原理（出自《天然氣輸配技術(shù)》，第5頁），
[0028] Pr = P/Pc
[0029] Tr = T/Tc
[0030] Pr= P / P c
[0031] 15°C、14MPa下的天然氣體積與50°C、20MPa下的天然氣質(zhì)量相等，壓力變化差 為：17. 8Mpa_14Mpa = 3. 8Mpa，每單位壓力下氣體體積為 17. lm3/14MPa = I. 2214m3/MPa， 那么此壓力差下可充裝氣體體積為3. 8MpaX I. 2214m3= 4. 64m3,所以由此可知應(yīng)用本發(fā) 明在充裝方法在上述條件下可以增加天然氣的充裝體積為4. 64m3,即提高氣瓶有效用氣 4. 64m3/17. Im3= 27%。本發(fā)明實(shí)驗(yàn)性充裝數(shù)據(jù)也和上述計(jì)算相符。
[0032] 表1國家永久氣體在不同充裝溫度下的最高充裝壓力標(biāo)準(zhǔn)（摘要）
[0033]
[0034] 在以上的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是以上描述僅是 本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本 發(fā)明不受上面公開的具體實(shí)施的限制。同時任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù) 方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的 變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種天然氣充裝方法，其特征在于，所述方法包括將天然氣充裝到車載氣瓶之前通 過冷卻裝置對天然氣進(jìn)行冷卻處理，天然氣溫度的冷卻處理范圍在低于環(huán)境溫度40°C到 o°c之間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣充裝方法，其特征在于，所述冷卻裝置包括冷卻器，所 述冷卻器為1:20~30大長徑比單槍盤管冷卻組合式冷卻器。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的天然氣充裝方法，其特征在于，所述冷卻裝置還包括制冷機(jī) 和循環(huán)栗。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣充裝方法，其特征在于，所述冷卻處理過程包括對天 然氣溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以及對工況溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的天然氣充裝方法，其特征在于，所述方法包括冷卻處理后充 裝到車載氣瓶中的天然氣溫度為-l〇°C~40°C。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的天然氣充裝方法，其特征在于，所述方法包括在冷卻 處理過程中對冷卻裝置進(jìn)行溫度設(shè)置，對冷卻溫度進(jìn)行自動調(diào)整。
【文檔編號】F17C5/06GK105987275SQ201510058308
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月4日
【發(fā)明人】江林言
【申請人】江林言