壓縮天然氣加氣機(jī)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

趙德亮 張新軍

【摘 要】隨著機(jī)動(dòng)車尾氣得到高效處理，壓縮天然氣作為改善尾氣污染狀況的清潔能源而得到重視。論文從壓縮天然氣加氣機(jī)出發(fā)，對(duì)其結(jié)構(gòu)原理、性能指標(biāo)以及功能展開探析，并對(duì)其應(yīng)用現(xiàn)狀加以總結(jié)，以期為推進(jìn)壓縮天然氣加氣機(jī)的高效應(yīng)用作出貢獻(xiàn)。

【Abstract】With the efficient treatment of vehicle exhaust， as a clean energy to improve the pollution of exhaust gas， the compressed natural gas has got great attention. Starting from the compressed natural gas dispenser， this paper explores its structure principle， performance index and function， and summarizes its application status， so as to provide some help for the high efficient application of compressed natural gas dispenser.

【關(guān)鍵詞】壓縮天然氣加氣機(jī);結(jié)構(gòu)原理;性能;功能;應(yīng)用

【Keywords】compressed natural gas dispenser; structure principle; performance; function; apply

【中圖分類號(hào)】TE6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）01-0150-02

1 引言

汽車工業(yè)因經(jīng)濟(jì)、科技推動(dòng)而發(fā)展迅速，現(xiàn)階段汽車儼然變?yōu)樯a(chǎn)、生活不可或缺的物品。以往汽車多是以柴油或者汽油等為動(dòng)力能源，但是會(huì)造成較多污染。而天然氣在該方面優(yōu)勢(shì)明顯，其排放量相較于汽油與柴油來說更為理想。借助天然氣能夠?qū)Υ髿馕廴疚锱欧偶右园芽?，并且降低?duì)于石油等諸多化石能源的依賴。相較于傳統(tǒng)燃料而言，以天然氣為能源的汽車費(fèi)用也更低，對(duì)推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言意義重大。同時(shí)，天然氣汽車也使加氣站等得到帶動(dòng)，后者可以分成“標(biāo)準(zhǔn)站”“母子站”兩類，而天然氣在儲(chǔ)藏形式方面則可分成壓縮、液化兩種類型。下文就壓縮天然氣（CNG）對(duì)應(yīng)的加氣機(jī)展開介紹，并就其應(yīng)用現(xiàn)狀展開探析。

2 CNG加氣機(jī)結(jié)構(gòu)與原理探析

對(duì)于加氣站而言，CNG加氣機(jī)是不可或缺的計(jì)量裝置，并且該裝置通常置于高壓與震動(dòng)的環(huán)境之中，因此，必須確保該裝置契合計(jì)量、控制的要求。計(jì)量主要是針對(duì)加氣量做到精確檢測(cè)，而控制則是對(duì)氣壓而言，從而保障相應(yīng)的加氣效率與安全。CNG加氣機(jī)通常由加氣槍、壓力傳感器、流量計(jì)、電磁閥以及電控系統(tǒng)等諸多部分構(gòu)成，圖1便是其結(jié)構(gòu)圖。

天然氣需要借助管網(wǎng)進(jìn)入到加氣站當(dāng)中，借助壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮從而形成壓縮天然氣，通常是把20MPa、15MPa與101MPa壓強(qiáng)的氣體分別儲(chǔ)藏于高、中、低三種儲(chǔ)氣瓶之中。瓶中氣體需要借助相應(yīng)的管線輸送至相匹配的加氣機(jī)當(dāng)中。隨后于加氣機(jī)當(dāng)中依靠過濾系統(tǒng)進(jìn)行過濾，并借助電控系統(tǒng)來控制不同壓強(qiáng)的電磁閥開關(guān)。氣體計(jì)量需要依靠質(zhì)量流量計(jì)來實(shí)現(xiàn)，并最終將得到計(jì)量后的氣體裝進(jìn)天然氣汽車儲(chǔ)氣瓶當(dāng)中。全程相應(yīng)的顯示或者是儲(chǔ)存流程均依靠電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，后者是通過對(duì)計(jì)量信號(hào)的控制來實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程，其過程如下：首先需要由加氣機(jī)對(duì)預(yù)設(shè)金額或者是加氣量進(jìn)行讀取，而后依靠壓力傳感器來對(duì)儲(chǔ)氣瓶中相應(yīng)數(shù)值進(jìn)行讀取，并打開對(duì)應(yīng)的電磁閥進(jìn)行氣體的壓入。當(dāng)汽車儲(chǔ)氣壓力快要達(dá)到低壓瓶壓力時(shí)，便不能繼續(xù)進(jìn)行氣體的壓入，而系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)打開壓力更高的電磁閥，直到最后加氣量契合相應(yīng)的金額。

3 CNG加氣機(jī)相應(yīng)的性能指標(biāo)

就CNG加氣機(jī)來說，其性能指標(biāo)如下所示：首先為壓力范圍，其是指加氣機(jī)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)、額定以及最大工作壓力上限，并且對(duì)于設(shè)計(jì)工作壓力來說需要≥27.5MPa，額定工作壓力則應(yīng)≥20MPa，其最大工作壓力則不應(yīng)低于25MPa。

其次，對(duì)于計(jì)量性能來說，其要求如下：加氣機(jī)需要以誤差要求為導(dǎo)向做到精確加氣，通常其準(zhǔn)確性不得小于1.0級(jí)，也就是最大誤差需要控制在±1.0%之內(nèi)。同時(shí)，顯示器相應(yīng)的金額相較于付費(fèi)金額來說差值絕對(duì)值也不得超出最小付費(fèi)變量[1]。

第三，對(duì)于流量范圍來說，加氣機(jī)需要以流量不同為導(dǎo)向分成小流量、中流量以及大流量三種加氣機(jī)。其中小流量加氣機(jī)對(duì)應(yīng)的最高流量需要低于30kg/min，而大流量加氣機(jī)對(duì)應(yīng)的最大流量則需要超過70kg/min，中流量加氣機(jī)對(duì)應(yīng)的最大流量則需要處于上述要求流量之間。

第四，對(duì)于氣密性與安全性來說，若加氣機(jī)低于20MPa，那么需要保壓10min左右，并且氣路系統(tǒng)與附件不得發(fā)生泄漏情況。此外，若加氣機(jī)處于35MPa形式的額定靜態(tài)壓力中，那么需要維持1min，并且不得出現(xiàn)變形或者是破裂情況，保證使用時(shí)沒有諸多安全隱患。就汽車儲(chǔ)氣瓶來說，若其壓力在19MPa到20MPa之間，那么加氣機(jī)便可自動(dòng)停止加氣[2]。

4 加氣機(jī)系統(tǒng)功能探析

CNG加氣機(jī)配有的管理系統(tǒng)主要是針對(duì)加氣流程展開控制，并確保計(jì)量數(shù)據(jù)得到有效存儲(chǔ)與處理，同時(shí)還應(yīng)契合相應(yīng)的擴(kuò)展需要。首先，要對(duì)電磁閥加以控制，該功能可以看作加氣機(jī)的關(guān)鍵，控制系統(tǒng)除了要對(duì)電磁閥相應(yīng)的開關(guān)做到精準(zhǔn)控制外，還需要對(duì)其順序進(jìn)行控制。其次則是對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行采集，通?？刂葡到y(tǒng)可以流量開關(guān)進(jìn)行把控，并借助A/D傳感器實(shí)現(xiàn)由流量計(jì)量向著壓力信號(hào)再到電信號(hào)的高效轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)精確記錄。第三則是輸入與輸出，CNG加氣機(jī)必須保證天然氣相應(yīng)的單價(jià)、金額等完全顯示，因此，需要借助LCD模塊進(jìn)行輸入與輸出。最后則是與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展相關(guān)。系統(tǒng)除了要契合因加氣站、操作人員、加氣機(jī)等不同帶來的復(fù)雜數(shù)據(jù)處理需要之外，還需要確保數(shù)據(jù)可以及時(shí)得到打印、查詢。此外，還應(yīng)站在戰(zhàn)略角度來對(duì)后續(xù)嵌入產(chǎn)品伴有的網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行考慮，并且配置相契合的網(wǎng)絡(luò)接口。

5 CNG加氣機(jī)在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀

國外由于在工業(yè)層面起步較早，因此環(huán)境問題也較早地顯現(xiàn)并得到各國重視。例如，美國、日本、德國等諸多國家便借助大量資金投入以及稅收等政策來推動(dòng)CNG加氣機(jī)以及相配套的加氣站的建設(shè)。21世紀(jì)初美國不僅加大力度推進(jìn)燃料汽車的研發(fā)與應(yīng)用，并且設(shè)置了相匹配的具有強(qiáng)制性的政策，為清潔性能源的推廣夯實(shí)了基礎(chǔ)。上述措施不但使天然氣汽車得到高效推廣，還為CNG加氣機(jī)以及相配套加氣站的發(fā)展提供了保障。而對(duì)于CNG加氣機(jī)來說，其最早還是源于歐洲，由于歐洲天然氣供應(yīng)網(wǎng)極為發(fā)達(dá)，促使意大利等國家相繼加快了對(duì)于天然氣汽車的研發(fā)[3]。

國內(nèi)在天然氣汽車方面研發(fā)起步較晚，最早是在2000年于淄博成功地進(jìn)行了首臺(tái)國產(chǎn)加氣機(jī)的研發(fā)，隨后逐步實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化形式的生產(chǎn)。更多公司因科技、政策等的推動(dòng)逐步投入到加氣機(jī)的研發(fā)以及生產(chǎn)之中，政府以該行業(yè)特點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行了支持政策的制定?，F(xiàn)階段，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了大量的加氣站，這對(duì)于環(huán)境保護(hù)以及能源多元利用來說意義重大，同時(shí)也為推進(jìn)汽車工業(yè)高效、環(huán)保發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。雖然國內(nèi)在CNG加氣機(jī)層面的發(fā)展較為顯著，但相較于國外技術(shù)來說仍舊存有滯后。傳統(tǒng)能源應(yīng)用隨著數(shù)量減少、環(huán)境污染等問題變得舉步維艱，因此必須依靠替代品解決。因此，從天然氣出發(fā)推進(jìn)CNG加氣機(jī)等的研發(fā)與生產(chǎn)極為關(guān)鍵，研發(fā)與投產(chǎn)必須對(duì)其具備的便利性、高效性等加以關(guān)注。此外，CNG加氣機(jī)在應(yīng)用層面也出現(xiàn)了諸多檢定問題，這多與人員操作、氣源密度等密切相關(guān)。因此，該行業(yè)必須針對(duì)操作人員提升資質(zhì)要求。例如，對(duì)加氣機(jī)實(shí)施檢定的技術(shù)人員必須經(jīng)過計(jì)量部門規(guī)定的培訓(xùn)和考核，只有具備檢定員證才可上崗。同時(shí)，還應(yīng)針對(duì)機(jī)器內(nèi)部以及外部環(huán)境等做到定期檢查，其檢定工作需要以相關(guān)檢定規(guī)程為導(dǎo)向開展，例如，其環(huán)境溫度必須控制于-20℃到50℃之間，濕度則應(yīng)控制于35%到95%。

6 結(jié)論

總之，CNG加氣機(jī)從出現(xiàn)到如今廣泛普及已經(jīng)歷經(jīng)百年發(fā)展，并且其市場(chǎng)也顯得較為成熟，未來必然也會(huì)朝著智能、多元化層面推進(jìn)。對(duì)于天然氣汽車來說，CNG加氣機(jī)出現(xiàn)起到了巨大的促進(jìn)作用，其研發(fā)與生產(chǎn)愈加成熟，同時(shí)應(yīng)用方面也更具可靠、安全性，對(duì)強(qiáng)化社會(huì)效益以及企業(yè)相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益夯實(shí)了基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】孟凡玲.壓縮天然氣加氣機(jī)及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].安徽化工，2017，43（06）：103-105.

【2】張秋萍.壓縮天然氣加氣機(jī)計(jì)量準(zhǔn)確性分析[J].儀器儀表與分析監(jiān)測(cè)，2016（04）：34-36.

【3】曾凡超，高東洋，王剛，等.壓縮天然氣加氣機(jī)在計(jì)量檢定工作中的探討[J].中外企業(yè)家，2016（12）：222.