ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЗАПРАВКИ СЖАТЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЗАПРАВКОЙ ГАЗОМ
HYDRAULIC SYSTEM FOR COMPRESSED NATURAL GAS FILLING, AND CONTROL METHOD OF GAS FILLING

Область техники
Изобретение относится к системе заправки природным газом, в частности, к гидравлической системе для заправки сжатым природным газом и к способу регулирования процесса заправки газом, осуществляемому указанной системой заправки.
Уровень техники
Природный газ, как экологически чистый вид энергии, все больше и больше используют в качестве топлива для автотранспортных средств, например, сжатый природный газ (СПГ), который является общеизвестным альтернативным топливом.
Для того чтобы заправить транспортное средство, работающее на природном газе, или пополнить имеющийся запас топлива, необходима специальная система транспортирования топлива, т.е. система заправки природным газом. Подобная система может быть сооружена вблизи магистрального трубопровода для транспортирования природного газа или, в качестве альтернативы, в месте отсутствия такого магистрального трубопровода. Указанная система, если она сооружена в месте отсутствия магистрального газового трубопровода, известна также как подстанция для заправки природным газом.
Из уровня техники известна гидравлическая система заправки сжатым природным газом, которая обычно содержит блок снабжения газом, предназначенный для хранения запаса СПГ, и гидравлический силовой блок для вытеснения СПГ из блока снабжения газом. В процессе заправки гидравлический силовой блок закачивает находящуюся под давлением гидравлическую жидкость в блок снабжения газом для вытеснения и выпуска хранимого в нем СПГ. Например, в патентном документе US 5884675 описана гидравлическая система заправки СПГ, в которой находящуюся под давлением (сжатую) гидравлическую жидкость возвращают в резервуар с нормальным (атмосферным) давлением каждый раз после вытеснения СПГ. Затем гидравлическую жидкость, находящуюся в резервуаре с нормальным давлением, сжимают с получением гидравлической жидкости высокого давления.
Другая система, представляющая собой подстанцию для заправки газом, предназначенная для транспортных средств, работающих на природном газе, описана в патентном документе Китая ZL200520133308.X. В указанной подстанции используют насос высокого давления для нагнетания гидравлической жидкости непосредственно из резервуара с нормальным давлением и осуществляют заполнение находящейся под давлением гидравлической жидкостью баллона для хранения СПГ с тем, чтобы вытеснить находящийся в ytv СПГ. Находящуюся в баллоне гидравлическую жидкость затем возвращают в резервуар с нормальным давлением за счет остаточного давления в баллоне для хранения СПГ. Насос высокого давления вновь используют для нагнетания гидравлической жидкости из резервуара с нормальным давлением и заполнения ею второго баллона для хранения СПГ. Таким образом, рабочий процесс повторяют.
В обеих описанных выше системах реализуют один и тот же рабочий процесс, согласно которому в каждом описанном выше цикле гидравлическую жидкость в гидравлической системе под давлением возвращают в резервуар с нормальным давлением, а затем вновь сжимают и направляют в блок снабжения газом для вытеснения СПГ. В процессе изменения от состояния с высоким давлением до состояния с нормальным (атмосферным) давлением энергия, которой обладает сжатая гидравлическая жидкость, не используется, а преобразуется в теплоту гидравлической жидкости, которая оказывает отрицательное влияние на функционирование системы.
Раскрытие изобретения
Одной из задач изобретения является создание гидравлической системы заправки сжатым природным газом, которая при функционировании потребляет меньшее количество энергии.
Другая задача изобретения заключается в создании способа заправки газом, осуществляемого в гидравлической системе заполнения сжатым природным газом, позволяющего снизить потребление энергии при работе указанной системы заправки газом.
В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения гидравлическая система заправки сжатым природным газом содержит по меньшей мере один блок снабжения сжатым природным газом (СПГ), гидравлический силовой блок и блок управления, предназначенный для управления работой блока снабжения СПГ и гидравлического силового блока. Указанный по меньшей мере один блок снабжения СПГ содержит: два ряда баллонов для хранения СПГ, при этом каждый ряд содержит одинаковое количество баллонов, а каждый баллон снабжен патрубком для заполнения и возврата гидравлической жидкости и выпускным патрубком; первый трубопровод для заполнения и возврата гидравлической жидкости, соединенный с патрубками заполнения и возврата гидравлической жидкости баллонов одного ряда; и второй трубопровод для заполнения и возврата гидравлической жидкости, соединенный с патрубками заполнения и возврата гидравлической жидкости баллонов другого ряда. Гидравлический силовой блок содержит: резервуар для хранения гидравлической жидкости при нормальном давлении; насос замкнутого контура для подачи гидравлической жидкости под давлением в блок снабжения СПГ, содержащий первый и второй патрубки для гидравлической жидкости и отклоняемую пластину для регулирования рабочих режимов указанных первого и второго патрубков для гидравлической жидкости; перекидной клапан для изменения положения отклоняемой пластины; питающий трубопровод, посредством которого первый и второй патрубки для гидравлической жидкости насоса замкнутого контура соединены с резервуаром; первый гидравлический трубопровод, присоединенный между первым патрубком для гидравлической жидкости и первым трубопроводом для заполнения и возврата гидравлической жидкости; и второй гидравлический трубопровод, присоединенный между вторым патрубком для гидравлической жидкости и вторым трубопроводом для заполнения и возврата гидравлической жидкости. Отклоняемая пластина может быть переключена между двумя рабочими положениями, первым и вторым, и средним положением, находящимся между этими рабочими положениями. Когда отклоняемая пластина находится в первом положении, первый патрубок для гидравлической жидкости находится под действием сжатой гидравлической жидкости, а второй патрубок является впускным для гидравлической жидкости. Когда отклоняемая пластина находится во втором положении, второй патрубок для гидравлической жидкости находится под действием сжатой гидравлической жидкости, а первый патрубок для гидравлической жидкости является впускным для гидравлической жидкости. Когда отклоняемая пластина находится в среднем положении, насос замкнутого контура не работает. Гидравлический трубопровод, соединенный с патрубком для сжатой гидравлической жидкости, работает в режиме заполнения гидравлической жидкостью для подачи ее в блок снабжения СПГ сжатой гидравлической жидкости, а гидравлический трубопровод, соединенный с впускным патрубком для гидравлической жидкости, работает в режиме возврата гидравлической жидкости, для обеспечения ее возврата из блока снабжения СПГ в гидравлический силовой блок.
Согласно другому варианту осуществления изобретения для вышеупомянутой гидравлической системы заправки СПГ создан способ регулирования процесса заправки газом. Указанный способ включает следующие этапы, на которых:
(1) устанавливают отклоняемую пластину насоса замкнутого контура в одно рабочее положение, так чтобы один из двух гидравлических трубопроводов работал в режиме заполнения гидравлической жидкостью, а другой - в режиме возврата гидравлической жидкости;
(2) осуществляют всасывание гидравлической жидкости, протекающей по гидравлическому трубопроводу, работающему в режиме возврата гидравлической жидкости, в насос замкнутого контура через его входной патрубок для гидравлической жидкости;
(3) сжимают гидравлическую жидкость, всосанную насосом замкнутого контура, до предварительно заданного давления, эквивалентного давлению СПГ, хранимого в баллоне, и выпуск сжатой гидравлической жидкости в гидравлический трубопровод, работающий в режиме заполнения гидравлической жидкостью, через патрубок для сжатой гидравлической жидкости;
(4) осуществляют операцию заполнения гидравлической жидкостью, а также одновременно операцию выпуска СПГ для одного баллона одного ряда, соединенного с гидравлическим трубопроводом, работающим в режиме заполнения рабочей жидкостью;
(5) прекращают операцию заполнения гидравлической жидкостью и операцию выпуска СПГ для баллона указанного одного ряда, когда количество жидкости, протекающей через гидравлический трубопровод, работающий в режиме заполнения гидравлической жидкостью, достигает первой предварительно заданной величины;
(6) осуществляют взаимную замену режимов заполнения и возврата для двух гидравлических трубопроводов за счет переключения рабочего положения отклоняемой пластины, чтобы осуществить возврат гидравлической жидкости для баллона указанного одного ряда, при котором находящаяся в баллоне гидравлическая жидкость возвращается в соединенный с этим баллоном гидравлический трубопровод, и осуществить заполнение гидравлической жидкостью, а также операцию выпуска СПГ для другого баллона другого ряда;
(7) повторяют вышеуказанные этапы, чтобы отвести, в свою очередь, СПГ из двух рядов баллонов блока снабжения СПГ.
В соответствии с изобретением энергия давления, которой обладает гидравлическая жидкость, возвращаемая из баллонов блока снабжения СПГ, может быть полностью использована. Гидравлическая жидкость, возвращаемая в начале операции возврата гидравлической жидкости, находится при высоком давлении. Несмотря на то, что давление возвращаемой гидравлической жидкости по мере уменьшения количества гидравлической жидкости в баллоне постепенно снижается, давление возвращаемой из баллона гидравлической жидкости всегда выше давления гидравлической жидкости в резервуаре с нормальным давлением. Следует понимать, что произведенная гидравлической системой работа является функцией разности давлений гидравлической жидкости, всасываемой и нагнетаемой гидравлическим насосом, причем, чем больше эта разность давлений, тем больше совершенная работа. В изобретении с пользой используется энергия высокого давления гидравлической жидкости, возвращаемой из баллонов, что позволяет улучшить энергообеспечение системы, значительно уменьшить потребление энергии при функционировании системы заправки СПГ, и устранить неблагоприятное воздействие на систему заправки СПГ теплоты, в которую превращается часть энергии высокого давления.
Кроме того, при работе насоса замкнутого контура можно регулировать положение отклоняемой пластины перекидным клапаном, при этом насос может не только поддерживать давление гидравлической жидкости в предварительно заданном интервале, но и регулировать также расход и направление течения гидравлической жидкости в обоих гидравлических трубопроводах. В результате при осуществлении операции выпуска СПГ можно избежать частого включения и выключения насоса замкнутого контура, что позволяет увеличить срок службы насоса замкнутого контура и уменьшить потребление энергии.
Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на чертежи и конкретные примеры его осуществления.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показана принципиальная блок-схема гидравлической системы заполнения сжатым природным газом согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 схематично показана гидравлическая схема гидравлической системы заполнения сжатым природным газом согласно настоящему изобретению;
на фиг.3 схематично показан способ управления процессом заправки согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Особенности и преимущества настоящего изобретения далее будут раскрыты с помощью укомплектованной системы, расположенной в направлении ширины нестандартного контейнера. Следует, однако, понимать, что укомплектованная система, соответствующая изобретению, может быть также расположена в направлении длины контейнеров.
Как показано на фиг.1, гидравлическая система 10 для заправки СПГ в соответствии с изобретением в основном содержит по меньшей мере один блок 100 снабжения СПГ, гидравлический силовой блок 200 и блок 300 управления.
Как показано на фиг.2, блок 100 снабжения СПГ содержит два ряда баллонов для хранения СПГ, при этом первый ряд 101 и второй ряд 102 содержат одинаковое количество баллонов. Каждый баллон 130 снабжен на одном конце патрубком 132 для заполнения и возврата гидравлической жидкости, через который протекает гидравлическая жидкость, а на другом конце - выпускным патрубком 134 для СПГ, через который выходит СПГ. Блок 100 снабжения СПГ содержит также первый трубопровод 110 и второй трубопровод 120 для заполнения и возврата гидравлической жидкости, каждый из которых соединен с патрубками 132 для заполнения и возврата гидравлической жидкости одного ряда баллонов. Каждый из патрубков 132 для заполнения и возврата гидравлической жидкости снабжен клапаном для управления его открытием и закрытием.
Гидравлический силовой блок 200 содержит: резервуар 210, гидравлический насос 220 замкнутого контура (далее для сокращения называемый насосом замкнутого контура), перекидной клапан 230, питающий трубопровод 240 и первый и второй гидравлические трубопроводы 250 и 260. Гидравлическая жидкость (например, текучая среда, такая как нефть) находится в резервуаре 210 при нормальном давлении. Насос 220 замкнутого контура предназначен для подачи в блок 100 снабжения СПГ сжатой гидравлической жидкости, при этом насос имеет первый патрубок 221 и второй патрубок 222 для гидравлической жидкости, а также отклоняемую пластину для регулирования рабочих режимов двух указанных патрубков для гидравлической жидкости. Отклоняемая пластина может быть переключена между первым положением, вторым положением и средним положением, находящимся между первым и вторым положениями. Когда отклоняемая пластина находится в первом положении, первый патрубок 221 используется для сжатой гидравлической жидкости, а торой патрубок 222 - в качестве впускного для гидравлической жидкости (т.е. патрубок для всасывания гидравлической жидкости). Когда отклоняемая пластина находится во втором положении, второй патрубок 222 используется для сжатой гидравлической жидкости, а первый патрубок 221 - в качестве впускного патрубка для гидравлической жидкости. Когда отклоняемая пластина находится в среднем положении, насос 220 замкнутого контура находится в нерабочем состоянии (т.е. бездействует). Первое и второе положения пластины называются также рабочими положениями. Когда отклоняемая пластина находится в рабочем положении, гидравлическая жидкость всасывается через впускной патрубок для гидравлической жидкости в насос 220 замкнутого контура и после сжатия отводится через патрубок для сжатой гидравлической жидкости. Для переключения положения отклоняемой пластины используется перекидной клапан 230. Предпочтительно используют перекидной клапан 230 типа взрывозащищенного перекидного клапана с электрическим приводом. Предпочтительно перекидной клапан 230 представляет собой перекидной клапан с регулируемыми положениями, который может не только изменять положение отклоняемой пластины, но также регулировать угол ее отклонения относительно среднего положения, когда отклоненная пластина находится в рабочем положении. Чем больше указанный угол, на который отклоняемая пластина отклоняется от среднего положения, тем больше расход гидравлической жидкости, выходящей из патрубка для сжатой гидравлической жидкости насоса замкнутого контура.
Оба патрубка 221 и 222 для гидравлической жидкости насоса 220 замкнутого контура соединены с резервуаром 210 посредством питающего трубопровода 240. Кроме того, первый патрубок 221 соединен с первым трубопроводом 110 для заполнения и возврата гидравлической жидкости блока 110 снабжения СПГ посредством первого гидравлического трубопровода 250, а второй патрубок 222 для гидравлической жидкости соединен со вторым трубопроводом 120 для заполнения и возврата гидравлической жидкости блока 100 снабжения СПГ посредством второго гидравлического трубопровода 260. Когда патрубок 221 или 222 для гидравлической жидкости используется для сжатой гидравлической жидкости, соединенный с ним гидравлический трубопровод 250 или 260, соответственно, работает в режиме заполнения гидравлической жидкостью, для того, чтобы сжатая гидравлическая жидкость могла быть направлена в блок 100 снабжения СПГ через соответствующий гидравлический трубопровод 250 или 260. Когда патрубок 221 или 222 для гидравлической жидкости используется как впускной, соединенный с ним гидравлический трубопровод 250 или 260, соответственно, работает в режиме возврата гидравлической жидкости так, чтобы гидравлическая жидкость могла быть возвращена из блока 100 снабжения СПГ в гидравлический силовой блок 200.
Расположение насоса 220 замкнутого контура обеспечивает поступление гидравлической жидкости в указанный насос непосредственно из гидравлического трубопровода, который работает в режиме возврата гидравлической жидкости, и возможность ее направления вновь в другой гидравлический трубопровод, который работает в режиме заполнения гидравлической жидкостью после сжатия гидравлической жидкости до предварительно заданной величины. Следует отметить, что возвращаемая гидравлическая жидкость имеет относительно высокое давление, которое немного отличается от давления гидравлической жидкости для заполнения баллона или даже эквивалентно этому давлению. За счет этого насос замкнутого контура функционирует с очень малой нагрузкой или даже вообще не работает. Таким образом, энергия давления возвращаемой гидравлической жидкости, имеющей высокое давление, используется полностью, что снижает потребление электроэнергии и позволяет избежать нежелательного выделения тепла, в которое преобразуется энергия давления, когда сжатую гидравлическую жидкость возвращают в резервуар с нормальным давлением. Следует понимать, что гидравлическую жидкость из резервуара 210 необходимо подавать по питающему трубопроводу 240, когда насос 220 замкнутого контура работает в первом рабочем цикле. Однако в последующих циклах необходимость подачи гидравлической жидкости из резервуара 210 к насосу 220 замкнутого контура отсутствует.
Блок 300 управления используют для управления операциями, осуществляемыми в блоке 100 снабжения СПГ и гидравлическом силовом блоке 200, причем управление может осуществляться с помощью контроллера ПЛК (программируемого логического контроллера), или тому подобного устройства, или даже с помощью компьютера.
Первый и второй гидравлические трубопроводы 250, 260 присоединены к первому и второму патрубкам 221, 222 для гидравлической жидкости, соответственно, через соответствующие регулирующие клапаны 251, 261. Блок 300 управления электрически связан с каждым из регулирующих клапанов 251, 261 для управления их открытием и закрытием. Предпочтительно между каждым регулирующим клапаном 251, 261 и соответствующим патрубком 221, 222 для гидравлической жидкости размещен сливной клапан 255, 265 для предотвращения избыточной нагрузки гидравлического трубопровода.
Предпочтительно в первом и втором гидравлических трубопроводах 250, 260 установлены датчики 252, 262 для измерения давления гидравлической жидкости в соответствующих гидравлических трубопроводах. По результатам измерений блок 300 управления может управлять открытием и закрытием соответствующего регулирующего клапана, обеспечивая надежное функционирование гидравлического трубопровода и насоса замкнутого контура.
В частности, если давление в гидравлическом трубопроводе 250, 260, работающем в режиме заполнения гидравлической жидкостью, превышает верхний предел давления (например, 22 МПа), блок 300 управления переключает с помощью перекидного клапана 230 отклоняемую пластину насоса замкнутого контура от ее текущего рабочего положения к среднему положению и закрывает регулирующий клапан 251, 261 соответствующего гидравлического трубопровода 250, 260, работающего в режиме заполнения гидравлической жидкостью, до тех пор, пока давление в указанном трубопроводе не снизиться до величины, меньшей нижнего предела давления (например, 20 МПа). По истечении предварительно заданного периода времени с момента, когда отклоняемая пластина насоса 220 замкнутого контура была переключена в среднее положение, в том случае, если давление в гидравлическом трубопроводе, работающем изначально в режиме заполнения гидравлической жидкостью, все еще остается выше верхней предельной величины, насос 220 замкнутого контура будет отключен и не будет повторно включен до тех пор, пока давление не снизиться до величины, меньшей нижнего предела. После этого отклоняемую пластину 230 возвращают с помощью перекидного клапана 230 в предыдущее рабочее положение, а регулирующий клапан для гидравлического трубопровода, работающего в режиме заполнения рабочей жидкостью, открывается вновь. Верхняя и нижняя предельные величины давления могут быть определены опытным путем, при этом верхняя предельная величина давления не должна быть меньше нижней.
В предпочтительном варианте осуществления способа угол, на который отклоняемая пластина в рабочем положении смещена относительно среднего положения, может регулироваться в зависимости от скорости истечения СПГ из системы заправки СПГ, так чтобы расход сжатой гидравлической жидкости, поступающей из гидравлического силового блока 200 в блок 100 снабжения СПГ, соответствовал расходу СПГ, выходящего из блока 100 снабжения СПГ. В частности, расчетную величину расхода сжатой гидравлической жидкости, который необходимо обеспечить с помощью насоса 220 замкнутого контура, может быть определен в соответствии с расходом отводимого СПГ. Отклоняемая пластина может быть установлена в рабочее положение со смещением от среднего положения на предварительно заданный угол с помощью перекидного и позиционирующего клапана 230 в соответствии с расчетной величиной расхода. Таким образом, за счет незамедлительного изменения расхода, осуществляемого насосом замкнутого контура, вполне можно обеспечить, чтобы давление гидравлической жидкости в гидравлическом трубопроводе, работающем в режиме заполнения гидравлической жидкостью, не превышало верхний предел величины давления. Если выпуск СПГ не осуществляют, отклоняемая пластина находится в среднем положении.
Предпочтительно в первом и втором гидравлических трубопроводах 250, 260 могут быть установлены расходомеры 253 и 263, соответственно, для измерения расхода или количества гидравлической жидкости, проходящей через соответствующий гидравлический трубопровод, которые передают результаты измерений расхода в блок 300 управления. Предпочтительно расходомеры 253, 263 являются расходомерами высокого давления.
Предпочтительно в первом и втором гидравлическом трубопроводах 250 и 260 могут быть установлены электромагнитные клапаны 254 и 264, соответственно, для возврата гидравлической жидкости. Электромагнитный клапан 254, 264 для возврата гидравлической жидкости присоединен одним концом между расходометром 253, 263 и регулирующим клапаном 251, 261 соответствующего гидравлического трубопровода, а другим концом сообщен с резервуаром 210. Когда электромагнитный клапан 254, 264 для возврата гидравлической жидкости открыт, находящаяся в баллоне гидравлическая жидкость может быть возвращена обратно непосредственно в резервуар 210 по соответствующему гидравлическому трубопроводу 250, 260. Блок 300 управления электрически соединен с каждым из электромагнитных клапанов для возврата гидравлической жидкости для управления их открытием и закрытием. Предпочтительно в резервуаре 210 для измерения давления находящейся в нем гидравлической жидкости установлено дифференциальное реле 212 давления. Если давление гидравлической жидкости в резервуаре 210 слишком велико, блок 300 управления может закрыть соответствующий электромагнитный клапан 254, 264 для возврата гидравлической жидкости, чтобы обеспечить безопасность системы.
Предпочтительно в первом и втором гидравлических трубопроводах 250, 260 могут быть установлены радиаторы 257, 267, соответственно, для отвода теплоты. Блок 300 управления электрически соединен с каждым из радиаторов для соответствующего регулирования их рабочих состояний. Например, в гидравлических трубопроводах 250, 260 могут быть установлены датчики 258, 268 температуры, соответственно, для измерения температуры гидравлической жидкости в соответствующих гидравлических трубопроводах. Если измеренная температура превышает верхний предел значения температуры, блок 300 управления включает радиатор в соответствующем гидравлическом трубопроводе для рассеивания теплоты. В то же время, если измеренная температура ниже нижнего предельного значения, блок 300 управления отключает соответствующий радиатор для сохранения тепловой энергии. Верхняя предельная величина температуры не может быть меньше нижней предельной величины температуры
Предпочтительно первый и второй патрубки 221, 222 для гидравлической жидкости соединены с питающим трубопроводом 240 через обратные клапаны 256, 266, соответственно, так что гидравлическая жидкость может протекать в одном направлении от питающего трубопровода 240 к соответствующим первому и второму патрубкам 221, 222 для гидравлической жидкости и не может протекать в обратном направлении. Между резервуаром 210 и питающим трубопроводом 240 установлен подающий насос 270, предназначенный для предварительного повышения давления и подачи находящейся в резервуаре 210 гидравлической жидкости в питающий трубопровод 240. Предпочтительно в питающем трубопроводе 240 может быть установлен датчик 241 для измерения давления протекающей по нему гидравлической жидкости.
При запуске насоса 220 замкнутого контура отклоняемую пластину устанавливают в среднее положение. После выхода насоса на установившийся режим отклоняемая пластина может быть переключена в одно из рабочих положений, при этом регулирующий клапан 251, 261 гидравлического трубопровода 250, 260 может быть открыт. Предпочтительно перед запуском насоса замкнутого контура регулирующие клапаны 252 и 261 закрывают. Поступающую из резервуара 210 гидравлическую жидкость предварительно сжимают посредством подающего насоса 270, а затем подают в питающий трубопровод 240. Насос замкнутого контура не приводят в действие до тех пор, пока давление, измеряемое датчиком 241, не достигнет предварительно заданной величины.
Предпочтительно в питающем трубопроводе 240 установлен двухкамерный фильтр 242 для фильтрования гидравлической жидкости в питающем трубопроводе 240. Указанный фильтр 242, имеющий две камеры, может быть снабжен трансмиттером 243 для связи с блоком 300 управления. Когда объем двухкамерного фильтра 242 забивается, трансмиттер 243 передает на блок 300 управления предупреждающий сигнал.
Предпочтительно между питающим трубопроводом 240 и резервуаром 210 параллельно установлен обратный клапан 245 для обеспечения подачи гидравлической жидкости таким образом, чтобы она могла протекать из резервуара 210 в питающий трубопровод 240 только через этот обратный клапан 245. Когда происходит какое-либо нарушение функционирования питающего трубопровода 240, обратный клапан 245 оказывает защитное воздействие и предотвращает всасывание гидравлической жидкости насосом 220 замкнутого контура. Предпочтительно параллельно обратному клапану 245 между питающим трубопроводом 240 и резервуаром 210 включен обратный клапан 246 для поддержания такого давления, чтобы гидравлическая жидкость могла протекать от питающего трубопровода 240 к резервуару 210 только через указанный обратный клапан 246. Обратный клапан 246 для поддержания давления в питающем трубопроводе 240 снабжен пружиной.
Когда СПГ контактирует с гидравлической жидкостью, он может незначительно растворяться в ней. Растворенный природный газ, который имеет тенденцию к переходу в газообразное состояние, будет содержаться в гидравлической жидкости в виде пузырьков газа. Указанные пузырьки в гидравлической жидкости будут повреждать насос 220 замкнутого контура. Чтобы избежать повреждения насоса замкнутого контура пузырьками газа, в первом и втором гидравлических трубопроводах 250, 260 могут быть дополнительно размещены устройства 259, 269 для удаления пузырьков.
Далее со ссылкой на фиг.3 будет подробно описан вариант осуществления способа управления процессом заправки газом согласно изобретению. Отклоняемая пластина 220 установлена в первом положении, так что первый гидравлический трубопровод 250 работает в режиме заполнения гидравлической жидкостью, а второй гидравлический трубопровод 260 работает в режиме возврата гидравлической жидкости.
При работе насоса 220 замкнутого контура гидравлическая жидкость, протекающая в одном гидравлическом трубопроводе, работающем в режиме возврата гидравлической жидкости, т.е. гидравлическом трубопроводе 260, будет всасываться в насос 220 замкнутого контура через впускной патрубок для всасывания гидравлической жидкости (этап S10).
Затем насос 220 замкнутого контура сжимает всасываемую гидравлическую жидкость до предварительно заданной величины давления и нагнетает эту сжатую гидравлическую жидкость через патрубок для сжатой гидравлической жидкости в другой гидравлический трубопровод, работающий в режиме заполнения гидравлической жидкостью, т.е. в гидравлический трубопровод 250 (этап S20). Предварительно заданная величина давления по существу равна давлению запасенного в баллоне СПГ.
После этого операцию заполнения гидравлической жидкостью, а также операцию отвода СПГ осуществляют для одного из баллонов 130 ряда 101, соответствующего гидравлическому трубопроводу, работающему в режиме заполнения гидравлической жидкостью, т.е. гидравлическому трубопроводу 250 (этап S30). Операция заполнения гидравлической жидкостью включает: открытие патрубка 132 заполнения и возврата гидравлической жидкости баллона и заполнение указанного баллона сжатой гидравлической жидкостью, протекающей по трубопроводу 110 заполнения гидравлической жидкостью, через его патрубок 132 для заполнения и возврата гидравлической жидкости. Операция выпуска СПГ включает: открытие выпускного патрубка 134 баллона для выпуска СПГ и вытеснение находящегося в баллоне СПГ заполняемой гидравлической жидкостью через выпускной патрубок 134 для СПГ.
Если количество гидравлической жидкости, протекающей по гидравлическому трубопроводу, работающему в режиме заполнения гидравлической жидкостью, т.е. по гидравлическому трубопроводу 250, достигает предварительно заданной величины (например, 95% от объема баллона), выпускной патрубок 134 для СПГ соответствующего баллона закрывают, операцию выпуска СПГ для указанного баллона прекращают, и режимы заполнения и возврата гидравлической жидкости в двух указанных гидравлических трубопроводах 250 и 260 взаимно изменяют посредством установления отклоняемой пластины так, чтобы изменить проводимую с баллоном операцию от его заполнения гидравлической жидкостью на возврат гидравлической жидкости (этап S40). При проведении указанной операции возврата гидравлической жидкости находящаяся в баллоне гидравлическая жидкость возвращается в гидравлический трубопровод, относящийся к этому баллону (здесь - гидравлический трубопровод 250, который теперь работает в режиме возврата). После завершения операции возврата гидравлической жидкости патрубок баллона, предназначенный для заполнения и возврата гидравлической жидкости, закрывают.
Следует отметить, что после переключения положения отклоняемой пластины первый гидравлический трубопровод 250 работает в режиме возврата гидравлической жидкости, а второй гидравлический трубопровод 260 работает в режиме заполнения гидравлической жидкостью. В это время вышеупомянутые стадии могут быть повторены, чтобы осуществить операцию по заполнению гидравлической жидкостью и операцию по выпуску СПГ для другого баллона 130 другого ряда 102, относящегося к гидравлическому трубопроводу 260, работающему в данное время в режиме заполнения гидравлической жидкостью. Таким образом, природный газ может быть получен последовательно из двух рядов баллонов 101, 102 блока 100 снабжения СПГ.
Далее операция возврата гидравлической жидкости будет описана подробно с использованием в качестве примера операции возврата гидравлической жидкости для баллона 130 первого ряда 101. В этом случае первый гидравлический трубопровод 250 работает в режиме возврата гидравлической жидкости, а второй гидравлический трубопровод 260 работает в режиме заполнения гидравлической жидкостью для осуществления операции заполнения гидравлической жидкостью одного баллона 130 первого ряда 101.
Если количество гидравлической жидкости, протекающей по гидравлическому трубопроводу, работающему в режиме возврата гидравлической жидкости (т.е. по трубопроводу 250), достигает второй предварительно заданной величины, которая меньше первой предварительно заданной величины (составляет, например, 90% от объема баллона), блок 300 управления закрывает регулирующий клапан 251, установленный в гидравлическом трубопроводе 250, и открывает установленный в этом трубопроводе электромагнитный клапан 254 для возврата гидравлической жидкости, что позволяет оставшейся в гидравлическом трубопроводе 250 гидравлической жидкости возвращаться в резервуар 210 с прохождением через электромагнитный клапан 254 для возврата гидравлической жидкости. Поскольку регулирующий клапан 251 в гидравлическом трубопроводе, работающем в режиме возврата гидравлической жидкости (т.е. в трубопроводе 250), закрыт, гидравлическая жидкость к насосу 220 замкнутого контура поступает из питающего трубопровода 240 для продолжения операции заполнения гидравлической жидкостью указанного другого баллона.
Когда количество гидравлической жидкости, протекающей через гидравлический трубопровод 260, работающий в режиме заполнения гидравлической жидкостью, достигает предварительно заданной величины, электромагнитный клапан 254 для возврата гидравлической жидкости, установленный в гидравлическом трубопроводе 250, работающем в режиме возврата гидравлической жидкости, закрывается для окончания текущей операции возврата гидравлической жидкости, подготавливая взаимную замену режимов заполнения и возврата гидравлической жидкости в двух гидравлических трубопроводах. Перед осуществлением взаимной замены режимов двух гидравлических трубопроводов, необходимо повернуть регулирующий клапан 251 гидравлического трубопровода 250, работающего в данное время в режиме возврата гидравлической жидкости.
Операция возврата гидравлической жидкости для баллона 130 второго ряда 102 подобна указанной операции для баллона первого ряда и не будет подробно описана. Предпочтительно в процессе возврата гидравлической жидкости в резервуар 210 через электромагнитный клапан 254, 264 обычно неоднократно измеряют давление гидравлической жидкости в резервуаре 210. Если измеренное давление превышает предварительно заданную величину, необходимо, чтобы соответствующий электромагнитный клапан был закрыт.
Предпочтительно, когда операцию заполнения гидравлической жидкостью последнего баллона блока 100 снабжения СПГ осуществляют посредством питающего трубопровода 240, начиная от указанного последнего баллона для каждого из баллонов, которые принадлежат другому ряду, не содержащему последний баллон, может быть произведена вторая операция возврата гидравлической жидкости. Вторая операция возврата гидравлической жидкости далее будет описана подробно на примере, в котором последний баллон принадлежит второму ряду 102. В этом случае первый гидравлический трубопровод 250 работает в режиме возврата, в котором установленный в нем регулирующий клапан 251 закрыт, а второй гидравлический трубопровод 260 работает в режиме заполнения гидравлической жидкостью. После открытия электромагнитного клапана 254 для возврата гидравлической жидкости гидравлического трубопровода 250 вторая операция возврата гидравлической жидкости может быть осуществлена для баллонов первого ряда 101 в той же последовательности, в которой осуществлялись операции отвода из них СПГ.
Вторая операция возврата гидравлической жидкости включает: открытие патрубка 132 для заполнения и возврата гидравлической жидкости соответствующего баллона; осуществление возврата оставшейся в указанном баллоне гидравлической жидкости в резервуар 210 по гидравлическому трубопроводу 250; и закрытие патрубка 132 заполнения и возврата гидравлической жидкости указанного баллона после полного возврата находящейся в нем гидравлической жидкости.
Для непрерывной подачи СПГ из системы его заправки необходимо осуществлять операцию замены блока снабжения СПГ перед тем, как последний баллон действующего блока снабжения СПГ будет опорожнен от СПГ. При проведении этой операции действующий (первый из двух) блок снабжения СПГ заменяют следующим (вторым) блоком снабжения СПГ, который заполнен СПГ. Указанная операция замены блока снабжения СПГ включает две стадии. На первой стадии электромагнитный клапан 254 для возврата гидравлической жидкости гидравлического трубопровода 250 закрывают после завершения вторых операций возврата гидравлической жидкости для всех баллонов первого ряда 101. После этого гидравлический трубопровод 250 (который работал в режиме возврата гидравлической жидкости) и соответствующие управляемые с помощью сжатого воздуха линии отсоединяют от действующего блока снабжения СПГ и подключают к одному трубопроводу для заполнения и возврата гидравлической жидкости и линиям для, например, первого ряда баллонов следующего блока снабжения СПГ для окончания первой стадии операции замены блока снабжения СПГ. На второй стадии после завершения операции заполнения гидравлической жидкостью последнего баллона действующего блока снабжения СПГ отклоняемую пластину переключают в другое рабочее положение для взаимного изменения режимов заполнения и возврата гидравлической жидкости в двух гидравлических трубопроводах 250 и 260. Таким образом, операция заполнения гидравлической жидкостью может быть осуществлена для первого баллона следующего второго блока снабжения СПГ, в то же время осуществляют операцию возврата гидравлической жидкости для последнего баллона первого блока снабжения СПГ. В это время гидравлическую жидкость, находящуюся в последнем баллоне первого блока снабжения СПГ, возвращают и сжимают с помощью насоса замкнутого контура и затем подают в первый баллон второго блока снабжения СПГ.
После окончания операции возврата гидравлической жидкости из последнего баллона первого блока снабжения СПГ электромагнитный клапан для возврата гидравлической жидкости (т.е. клапан 264) в гидравлическом трубопроводе, работающем в режиме возврата гидравлической жидкости (т.е. в трубопроводе 260) может быть открыт для осуществления последовательно вторых операций возврата гидравлической жидкости для второго ряда баллонов первого блока. Вторые операции возврата гидравлической жидкости для второго ряда баллонов подобны описанным для первого ряда и не будут подробно поясняться.
После полного завершения вторых операций возврата гидравлической жидкости для второго ряда баллонов электромагнитный клапан 264 для возврата гидравлической жидкости гидравлического трубопровода 260 (который работал в режиме возврата гидравлической жидкости) закрывают. После этого гидравлический трубопровод 260 и соответствующие линии пневматического регулирования отсоединяют от первого блока снабжения СПГ и подсоединяют к другому трубопроводу для заполнения и возврата гидравлической жидкости второго блока снабжения СПГ, чтобы завершить вторую стадию операции замены блока снабжения СПГ.
В соответствии с настоящим изобретением каждый из элементов системы: насос 220 замкнутого контура, перекидной клапан 230, регулирующие клапаны 251, 261, электромагнитные клапаны 254 и 264 для возврата гидравлической жидкости, сливные клапаны 255 и 265, обратные клапаны 256 и 266, датчики 258 и 268 температуры, устройства 259 и 269 для удаления газовых пузырьков и подающий насос 270 могут управляться соответствующим образом с помощью блока 300 управления, осуществляя автоматический процесс заправки СПГ.
Несмотря на то, что описаны различные предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, оно может быть использовано и в системах с другими схемами. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что настоящее изобретение может иметь много других вариантов его осуществления, в которые могут быть внесены различные изменения и модификации без выхода за пределы изобретения, охарактеризованного признаками, приведенными в формуле изобретения и их эквивалентами.