УСТАНОВКА ДЛЯ ЗАПРАВКИ КОМПРИМИРОВАННЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ
COMPRESSED NATURAL GAS FILLING STATION

Изобретение относится к средствам для заправки потребителей, например автомобилей, тепловозов, топливных систем стационарных силовых и энергетических установок и т.п., компримированным природным газом (КПГ).
Известна мобильная газораздаточная станция по патенту РФ №2208198, содержащая газовоз, газобаллонную установку и газораздаточную колонку для заправки потребителя КПГ. Наиболее близкой по технической сути к предполагаемому изобретению является, на наш взгляд, газонаполнительная система для заправки баллонов транспортных средств КПГ по патенту РФ №2374554 - прототип. Указанная система включает устройство отбора природного газа (ПГ) из магистрального газопровода (МГ), компрессорную установку, аккумулятор для хранения КПГ, газораздаточные колонки. К недостаткам указанной системы следует отнести привязанность системы к МГ и высокую себестоимость заправки, на которую переносятся затраты по компримированию ПГ.
Технической задачей является снижение себестоимости газомоторного топлива и повышение эффективности заправки потребителя КПГ.
Технический результат достигается тем, что в установке для заправки компримированным природным газом, включающей блок для производства компримированного природного газа, аккумулятор компримированного природного газа, газораздаточные колонки, блок для производства компримированного природного газа содержит оборудованный буферной емкостью регазификатор сжиженного природного газа, криогенный насос, выполненный с возможностью соединения с изотермическим сосудом для перевозки и/или хранения сжиженного природного газа, произведенного из отобранного из магистрального газопровода сжатого природного газа путем его адиабатного расширения в соответствующем устройстве, например в детандере, причем указанный регазификатор выполнен в виде атмосферного испарителя, при этом указанная установка размещена внутри имеющей габариты стандартного двадцатифутового контейнера пространственной рамы, оборудованной узлами для закрепления на платформе транспортного средства или на площадке для заправки.
В установке криогенный насос выполнен в виде плунжерного насоса высокого давления, атмосферный испаритель содержит вертикальные испарительные трубы из аустенитной стали, оребренные алюминием, буферная емкость выполнена в виде кассеты из одинаковых баллонов.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором приняты следующие обозначения: 1 - пространственная рама, 2 - атмосферный испаритель (далее - испаритель), 3 - аккумулятор КПГ, 4 - буферная емкость (далее - емкость), 5 - газораздаточные колонки (далее - колонки), 6 - криогенный насос. В конкретном исполнении элемент 2 продублирован. Узлы 7 служат для закрепления установки на транспортном средстве (мобильный вариант) или на временном фундаменте (полустационарный и стационарный варианты). Установка соединена с изотермическим сосудом 8 (далее - резервуар) для сжиженного природного газа (СПГ) при помощи рукава 9. В данном варианте резервуар 8, установлен на полуприцепе 10. Кроме того, установка включает предохранительную и запорную арматуру, систему управления и автоматики, выносной щит электропитания, пульт дистанционного управления (не показано).
2
2
Установку применяют в следующем порядке. Для производства КПГ выносят щит электропитания и пульт дистанционного управления на безопасное расстояние от установки (не менее 9 м). Щит подключают к внешнему источнику электроснабжения, пульт подключают к щиту автоматики. Установку соединяют с резервуаром 8 при помощи рукава 9 и включают насос 6, который начинает нагнетать СПГ в испаритель 2. В установке использован криогенный плунжерный насос высокого давления, поршень которого окружен конической оболочкой, заполненной СПГ. При этом насос остается в постоянно захоложенном состоянии, а коническая форма позволяет оболочке эффективно отводить пары СПГ из полости всаса, благодаря чему исключается кавитация СПГ даже при наклонном положении плунжера, что позволяет использовать установку на площадках с уклоном. Испаритель содержит вертикальные трубы из аустенитной стали, оребренные алюминием, которые обеспечивают интенсивный теплообмен с окружающей атмосферой. В таком испарителе СПГ быстро подогревается и начинает бурно кипеть, превращаясь в КПГ, который направляют в баллонную рампу потребителя. После достижения установленного давления заправки, которое обычно равно 220-250 кгс/см, подачу КПГ потребителю прекращают, а поток КПГ перенаправляется в аккумулятор 3 установки. После достижения рабочего давления аккумулятора (в данном исполнении - 250 кгс/см) насос 6 выключают, а КПГ, полученный при испарении излишков СПГ оставшихся в испарителе 2, направляют в буферную емкость 4.
Заправку потребителя КПГ осуществляют через заправочные колонки. Колонка имеет приборы учета отпускаемого потребителю КПГ и заправочный шланг со стандартным пистолетом.
Вторую и последующие заправки КПГ в баллоны потребителя производят с помощью колонки через заправочный шланг и пистолет обычно в 3 этапа. Сначала в колонку подают КПГ из емкости 4. Так ее объем относительно невелик, давление в баллоне и в емкости вскоре выравнивается. На втором этапе в колонку подают КПГ из аккумулятора. При этом аккумулятор в целях повышения энергоэффективности может быть разбит на две секции или более. В этом случае при заправке из первой и промежуточных секций давление газа в баллоне потребителя достигает промежуточного значения. При заправке из крайней секции давление в баллоне потребителя достигает давления, близкого к желаемому (или допустимому) давлению заправки потребителя. Переключение секций аккумулятора осуществляется по командам автоматизированной системы правления с помощью распределительных клапанов заправочной колонки. На 3 этапе, если приборы показывают, что давление в баллонах потребителя все еще меньше необходимого заправочного, тогда газ в баллонах потребителя дожимают дополнительно, подавая в колонку КПГ непосредственно из испарителя, который благодаря связи с резервуаром с СПГ имеет весьма значительный ресурс КПГ.
Согласно описанной выше схеме заявителем изготовлен опытный образец установки для заправки потребителя КПГ, полученным из привозного СПГ. Испытания показали существенную экономию энергии, которая тратилась только на нагнетание малосжимаемой криогенной жидкости, какой является СПГ, до давления заправки. Как показали измерения, затраты на перекачивание СПГ почти в двадцать раз меньше затрат на компримирование эквивалентной массы ПГ при равных транспортных расходах. Таким образом, испытания подтвердили достижение технического результата с отличным экономическим эффектом. Неочевидность решения в том, что КПГ производят за счет дарового тепла окружающей атмосферы из СПГ, полученного путем адиабатного расширения ПГ, сжатого магистральной газоперекачивающей станцией (снижение себестоимости) перед подачей его в распределительные сети низкого давления.
Предлагаемая к патентованию установка имеет ряд отличий в сравнении с аналогами. Испаритель оборудован буферной емкостью, в которую сбрасывают излишки КПГ, если его давление превышает допустимое. При наличии буферной емкости предохранительный клапан в испарителе не сбрасывает в атмосферу излишки КПГ, которые используют для заправки (повышение эффективности). Вертикальное расположение труб испарителя позволяет получить наилучший теплообмен с окружающей средой даже при отсутствии ветра. Установка выполнена в виде модуля внутри пространственной рамы, соответствующей 20-футовому контейнеру, что позволяет использовать ее в разных вариантах. Установку можно агрегатировать как со стационарным резервуаром для создания стационарного комплекса (когда модуль и резервуар имеют прочную связи с землей), полустационарного заправочного комплекса (когда модуль не имеет прочной связи с грунтом и его всегда можно увезти на другую заправку), так и на полуприцепе - контейнеровозе вместе с мобильным резервуаром на автотягаче в виде передвижной автогазозаправочной станции.