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浅析CNG加气站储气和加气方案

2014-07-09

    天然气作为一种清洁能源,已经越来越受到世界各国的重视。随着我国CNG加气站建站规模的不断扩大,探讨如何合理的储存和充装天然气,如何提高CNG加气站的加气效率,就显得很有必要了。 
    同世界各国一样,我国的CNG加气站通常将天然气压缩并储存于 25MPa的压力下,加气站通过压力差将储存的天然气加入到汽车气瓶中(我国规定CNG汽车气瓶的最高储气压力为20 MPa)。 
    如果加气站只设置一组储气瓶组,当储气瓶组的压力与汽车气瓶中的压力相等时,就无法再给汽车加气。为了给汽车气瓶加满到20 MPa,加气站储气瓶组的压力不得低于20MPa。这就意味着一旦储气瓶中气体的压力低于20MPa,气流停止,就无法给汽车加气。此时瓶中剩余气体的压力为20MPa,用去的气体压力仅为5MPa,这时的可用储气容积与总容积比值(5/25)大约是 20%,该值就是储气瓶组的利用率。这种系统的效率相对较低,因为它只能使用大约20%的总储气容积给汽车加气,剩余的80%都得不到利用,浪费了投资。这种加气系统一般使用小容积的储气瓶组,在给汽车的加气过程中主要是由压缩机组完成工作,储气瓶组只是在开始加气的时候实现爆发性的高速快充气。这种系统对于小型站(压缩机和储气装置都不需要大的投资)或加气负荷分布比较均匀的加气站来说非常有效。但是对于大型站或加气负荷分布很不均匀的加气站,需要设置大的压缩机和储气瓶组,这样对投资来说是一种极大的浪费。 
    为使储气瓶组实现更高的利用率,同时进一步提高加气速度,我们可以采用了一种被称作“三级顺序充气策略”的系统。在这种系统中,储气瓶组被分成完全独立的三组----低压瓶组、中压瓶组、高压瓶组。这种划分不是按照容器的压力等级来划分的,当储气瓶组全部充满时,各瓶组中的压力都是25MPa。当向储气瓶组中充气时,首先向高压瓶组充气,再向中压瓶组充气,最后向低压瓶组充气。气体从储气瓶组中的取气方案是由售气机中的“顺序取气系统”来实现。售气机首先从低压瓶组中取气给汽车加气,一旦流量降低到一个设定值,售气机中的控制系统就将售气机的气源切换到中压瓶组,然后同样通过压差给汽车加气,直到流量不断降低直至设定值,然后切换到高压瓶组。最后,一旦高压瓶组的压力降低到22MPa,就启动压缩机直接给汽车加气,直到加满为止。然后压缩机再给各瓶组顺序补气。      
    如上表所示,通过三组瓶组储气方案,我们可以利用大约32.7%的总储气容积。在实际运用中,三组瓶组的储气容积可以设置成相等,也可以采用一定的配置方法将其分为大小不等的三组。为了更有效地利用储气容积,通常将低压、中压、高压瓶组的容积配置为321,这样储气利用率能提高到40%,远高于设置一组储气瓶组的20%的利用率。同时,售气机在三组瓶组之间切换时,汽车气瓶可以得到三次爆发性的高速充气,提高了加气速度,这对加气站来说是非常有益的。
    综上所述,合理的选择储存和加气方案对CNG加气站来说是非常重要的。这样不仅可以减少投资,同时能够提高加气效率。
 
                                研发部(北京)  叶建立