Способ заправки и разгрузки баллонов для хранения компримированного природного газа
METHOD OF REFILLING AND UNLOADING CYLINDERS FOR STORAGE OF COMPRESSED NATURAL GAS

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано для принятия, сохранения и раздачи компримированного природного газа (далее - КПГ) из блока аккумуляторов газа (далее - БАГ) потребителю в баллоны транспортных средств (далее - ТС) или другие баллоны. Также может быть использовано для заправки ТС компримированным природным газом в качестве моторного топлива.
Способ предназначен для повышения эффективности использования баллонного объема БАГ путем снижения остаточного давления газа. БАГ может быть построен по однолинейной, трехлинейной или многолинейной схеме раздачи газа. Трехлинейная схема предполагает наличие в БАГ трех разделенных объемов газа, находящихся в трех несоединенных между собой баллонных секциях хранения газа, имеющих между собой различный приоритет раздачи газа на потребителя. Таким образом, при пассивной безкомпрессорной раздаче газа в баллоны ТС в зависимости от остаточного давления в последнем (величины разрядки баллона ТС) сначала подключается баллонная секция высокого приоритета и путем передавливания наполняет баллон ТС газом до момента выравнивания давления между баллоном ТС и баллонной секцией высокого приоритета. Затем подключается баллонная секция среднего приоритета. При достижении равенства давлений баллонной секции среднего приоритета и баллона ТС подключается баллонная секция низкого приоритета и наполняет баллон ТС до требуемой величины давления, соответствующей давлению максимальной заправки баллона ТС. При достижении в баллонной секции низкого приоритета давления, равного давлению максимальной заправки баллона ТС, считается, что БАГ достиг состояния «разряжен» и не может участвовать в дальнейших раздачах газа. Учитывая различный приоритет раздачи газа из баллонных секций БАГ в ходе расходования газа баллонные секции высокого приоритета будут иметь наименьшее давление, баллонные секции среднего приоритета будут обладать промежуточным значением величины давления между баллонными секциями низшего приоритета и высокого приоритета, а баллонные секции низшего приоритета будут иметь максимальное давление, соответствующее давлению максимальной заправки баллона ТС. Аналогичная ситуация складывается с расходом газа из однолинейного БАГ, при этом остаточное давление в однолинейном БАГ получается выше, чем в трехлинейном БАГ, и оно соответствует величине остаточного давления баллонной секции низкого приоритета трехлинейной схемы раздачи газа, что при равенстве объемов баллонного пространства делает однолинейный БАГ менее эффективным по использованию баллонного объема.
Известно устройство для заправки транспорта сжатым природным газом в качестве моторного топлива, а именно передвижной газозаправщик, содержащий газобаллонную установку из нескольких секций двухгорловых баллонов, к одной стороне которых присоединены трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой для заправки самих баллонов, а также для опорожнения их внешними потребителями. Устройство обеспечивает бескомпрессорный способ заправки автомобилей природным газом (Боксерман Ю.И., Мкртычан Я.С., Чириков К.Ю. "Перевод транспорта на газовое топливо", 1988 г., стр. 134, стр. 150-155).
Недостатком способа является низкая эффективность, связанная с тем, что в результате пассивной разгрузки баллонов в секциях БАГ неиспользованным остается значительное количество КПГ, давление которого не позволяет производить дальнейшую заправку ТС.
Известен способ эксплуатации передвижного газозаправщика (патент РФ №2147531, МПК В60Р 3/22, опубликовано 20.04.2000 г.), включающий бескомпрессорную заправку автотранспорта сжатым природным газом путем опорожнения баллонов, сгруппированных в секции большого, малого и среднего по значению объемов, а по достижении минимально возможного давления в баллонах включают компрессор и перекачивают газ из секций большого и промежуточного объемов в секцию малого объема. Недостатком данного способа является отсутствие возможности полного опорожнения баллонов и вследствие этого неэффективное использование баллонного объема для хранения КПГ.
Известен способ заправки транспорта сжатым природным газом (патент РФ №2305224, МПК F17D 1/04, опубликовано 27.08.2007 г.), включающий опорожнение предварительно заполненных сжатым природным газом баллонов высокого давления, сгруппированных в первую, вторую и третью секции блока аккумуляторов с давлением 20 МПа, 25 МПа и 40 МПа. После транспортировки баллоны опорожняют до тех пор, пока давление в них не упадет до минимальной величины, необходимой для заправки, после опорожнения баллонов всех секций до минимально возможного давления включают компрессор и начинают перекачку природного газа в автомобильный баллон до полного опорожнения баллонов высокого давления в емкости потребителя.
Недостатком способа является использование металлических баллонов с давлением 40 МПа, ввиду чего сильно увеличиваются габариты и вес блока аккумуляторов газа.
Задачей, решаемой данным изобретением, является разработка способа заправки и разгрузки баллонов КПГ, обеспечивающего хранение большего количества газа при снижении габаритов БАГ.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности разгрузки баллонов в БАГ благодаря полному использованию КПГ в них при заправке ТС.
Указанный технический результат достигается способом заправки и разгрузки баллонов для хранения компримированного природного газа, при котором газ подают через компрессорную установку на три баллонных секции как минимум одного блока аккумуляторов газа, причем подачу осуществляют с различным приоритетом раздачи газа потребителю из каждой баллонной секции таким образом, что сначала подключают баллонную секцию высокого приоритета и путем передавливания наполняют баллон транспортного средства газом до момента выравнивания давления между ними, затем подключают баллонную секцию среднего приоритета, и при достижении равенства давлений в ней и баллоне транспортного средства подключают баллонную секцию низкого приоритета, наполняя баллон транспортного средства до величины давления, соответствующей его максимальной загрузке, после чего блок аккумуляторов газа считают разряженным, затем посредством компрессорной установки газ из баллонной секции высокого приоритета перекачивают в баллонную секцию низкого приоритета, а при достижении минимально возможного для работы компрессора давления в баллонной секции высокого приоритета компримирование в баллонную секцию низкого приоритета продолжают из баллонной секции среднего приоритета до достижения максимального давления в баллонной секции низкого приоритета, после этого обеспечивают пассивную раздачу газа из блока аккумуляторов газа, при которой сначала раздают газ из баллонной секции среднего приоритета до величины остаточного давления, затем раздают газ из баллонной секции низкого приоритета до давления максимальной заправки баллона транспортного средства, и при достижении в баллонной секции низкого приоритета давления, равного давлению максимальной заправки баллона транспортного средства, продолжают процесс компрессорной перекачки газа из баллонной секции среднего приоритета в баллонную секцию низкого приоритета либо до момента снижения давления в баллонных секциях среднего приоритета до минимально возможного для компрессора давления, либо до максимально допустимого давления в баллонных секциях низкого приоритета, причем процесс перекачки продолжают до установления в баллонных секциях высокого и среднего приоритетов минимально возможного давления, а в баллонной секции низкого приоритета - давления, равного давлению максимальной заправки баллона транспортного средства, после чего блок аккумуляторов газа считают полностью разряженным.
Согласно изобретению газ через компрессорную установку можно подавать на два блока аккумуляторов газа, каждый из которых состоит из трех баллонных секций и имеет разные приоритеты раздачи газа, при этом по мере раздачи газа сначала включают в работу блок высокого приоритета, а после достижения им состояния «разряжен» включают в работу блок низкого приоритета.
Согласно изобретению при достижении блоком аккумуляторов высокого приоритета состояния «разряжен» можно осуществлять компрессорную перекачку газа из его баллонной секции низкого приоритета в баллонную секцию высокого приоритета блока аккумуляторов низкого приоритета до момента снижения давления в баллонной секции низкого приоритета блока аккумуляторов высокого приоритета до минимально возможного для компрессора давления.
Суть изобретения заключается в снижении остаточного давления газа в баллонных секциях БАГ всех приоритетов путем использования компрессора, который предназначен для перекачки газа из баллонных секций высших приоритетов в низший. При этом использование баллонного объема БАГ, в котором газ последовательно перекачивается компрессором по приоритетам, происходит более эффективно по сравнению с пассивной раздачей газа без трехлинейной схемы БАГ. Повышенная эффективность использования баллонного объема позволяет хранить большее количество газа, сокращать количество баллонов хранения, снижает вес и габариты БАГ.
Для практического применения способа целесообразно хранилище сжатого газа организовать не в виде единого трехлинейного БАГ, а в виде двух трехлинейных БАГ с таким же суммарным объемом баллонного пространства. Это необходимо для того, чтобы не останавливать процесс раздачи газа, т.к. в момент перекачки газа из баллонных секций разных приоритетов одного БАГ требуется время для работы компрессора, и в момент перекачки газа его раздача в баллоны ТС затруднительна или невозможна.
Раздача газа из двух БАГ ведется согласно приоритетности БАГ, поскольку есть БАГ высокого приоритета и БАГ низкого приоритета. В момент полной заправки баллонные секции всех БАГ находятся под максимальным давлением, по мере раздачи газа в работе находится БАГ высокого приоритета. При достижении состояния «разряжен» БАГ высокого приоритета в работу вступает БАГ низкого приоритета. При достижении состояния «разряжен» БАГ низкого приоритета компрессор перекачивает газ из баллонной секции низкого приоритета БАГ высокого приоритета в баллонную секцию низкого приоритета БАГ низкого приоритета. Таким образом, в БАГ высокого приоритета все баллонные секции будут иметь остаточное давление, минимально допустимое для обеспечения работы компрессора, а в БАГ низкого приоритета баллонные секции высокого, среднего приоритетов будут иметь остаточное давление, минимально допустимое для обеспечения работы компрессора, а баллонная секция низшего приоритета будет иметь остаточное давление, равное и меньшее, чем давление полной заправки баллона ТС. Согласно предложенному способу баллонный объем хранилища КПГ используется максимально эффективно ввиду того, что максимальное количество баллонов разряжаются до одинакового минимального давления.
Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой процесса заправки и разгрузки баллонов КПГ.
На схеме обозначено: компрессорная установка 1; первый и второй блоки аккумуляторов газа (БАГ), соответственно 2 и 3, состоящие из баллонных секций высокого приоритета 4 и 5, среднего приоритета 6 и 7 и низкого приоритета 8 и 9; газораздаточная колонка (ГК) 10; первая и вторая панели приоритетов (ПП) 11, 12; вентиль 13 для отсечения ПП 11 и вентиль 25 для отсечения ПП 12; вентили, расположенные в линиях заправки и раздачи газа с 16 по 24 для БАГ 2 и с 28 по 36 для БАГ 3; обратные клапаны 14, 15, 26 и 27; вентили для отсечения компрессорной установки 37 и 38.
Способ осуществляют следующим образом.
КПГ доставляют к автомобильной газонаполнительной компрессорной станции (АГНКС) передвижными автогазозаправщиками (ПАГЗ) и подают на вход компрессорной установки (КУ) 1, посредством которой его заправляют в БАГ 2 и 3. Заправку ТС осуществляют из БАГ 2 и 3 при помощи газораздаточной колонки ГК 10 пассивным способом (за счет перепада давления) через панели приоритетов ПП 11 и 12. Величины давлений в трубопроводах измеряются преобразователями давления (на схеме не показаны).
В начале заправки ТС в работу включается баллонная секция высокого приоритета 4 БАГ 2. В этот момент в ПП 11 вентили 13, 16, 17, 18, 20, 21, 22, 23, 24 находятся в положении «закрыто». КПГ поступает на ГК 10 через открытый вентиль 19. При выравнивании давления между баллонной секцией 4 и баллоном ТС начинается разгрузка следующей секции среднего приоритета 6 БАГ2. При этом вентиль 19 закрывается, а вентиль 20 приводится в положение «открыто». При выравнивании давления между секцией среднего приоритета 6 и баллоном ТС начинается разгрузка следующей секции низкого приоритета 8 БАГ 2. Вентиль 20 закрывается, открывается вентиль 21. При снижении давления во всех секциях БАГ 2 в работу включается БАГ 3, алгоритм работы которого аналогичен работе предыдущего БАГ 2.
Во время раздачи КПГ с БАГ 2 в БАГ 3 происходит перераспределение остаточного объема газа между секциями. Сначала из баллонной секции высокого приоритета 4 перекачивают газ в баллонную секцию низкого приоритета 8. При этом вентили 16, 17, 19, 20, 21, 22 и 23 находятся в положении «закрыто», газ посредством работы КУ 1 перекачивается через открытые вентили 24, 37, 38, 13 и 18 в секцию низкого приоритета. При достижении в секции высокого приоритета минимально допустимой для работы КУ 1 величины давления процесс наполнения секции низкого приоритета продолжается из секции среднего приоритета. При этом вентили 24 и 18 приводятся в положение «закрыто», одновременно открываются вентили 23 и 17. Процесс заполнения секции низкого приоритета останавливается либо при достижении в секции 8 максимального давления 24,5 МПа, либо при достижении в секциях 4 и 6 минимально возможного давления, необходимого для работы КУ 1. Данный способ позволяет продолжить пассивную раздачу КПГ из баллонов БАГ 2.
Перераспределение остаточного объема газа в секциях БАГ 3 производится аналогично БАГ 2.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет повысить эффективность использования баллонного объема компримированного природного газа, что обеспечивает хранение большего объема газа при сокращении количества баллонов хранения, снижение веса и габаритов БАГ.