ГАЗОРАЗДАТОЧНАЯ СТАНЦИЯ ЗАПРАВКИ БАЛЛОНОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ КОМПРИМИРОВАННЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ Российский патент 2003 года по МПК F17C5/06 

Изобретение относится к области использования компримированного природного газа на транспортных средствах в качестве моторного топлива.

Известна автомобильная газонаполнительная компрессорная станция (АГНКС), содержащая компрессор с приводом, линию подачи газа из магистрального трубопровода в компрессор, устройство предварительной очистки и замера расхода газа, адсорберную установку осушки газа под давлением нагнетания компрессора, аккумулятор для хранения газа и соединенные с ним газозаправочные колонки [1].

Создание газозаправочной сети из таких станций является процессом весьма долговременным и дорогостоящим, особенно с учетом удаленных от АГНКС мест базирования транспортных средств. Кроме того, радиус действия транспортных средств, работающих на газе, становится зависимым от расстояния между АГНКС и местом их базирования. В результате транспортные средства теряют много времени, совершая "холостой" пробег на заправку, а также значительную (до 20%) часть топлива. При расстояниях более 10-15 км между АГНКС и местом базирования транспорта поездка на АГНКС для заправки газом становится нерентабельной. Особенно это наглядно на примере сельхозтехники, удаленной от АГНКС до 100 и более километров.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является передвижная газонаполнительная установка для заправки баллонов и сосудов компримированным природным газом, включающая установленные на автотранспортном средстве газораспределительный блок и газобаллонную или газоемкостную установку, состоящую из нескольких секций газовых баллонов или емкостей, соединенных трубопроводами с газораспределительным блоком [2].

Реализация с помощью такой станции двухступенчатой заправки транспортных средств вначале бескомпрессорым способом путем передавливания газа из газобаллонной установки газовоза с начальным давлением до 25 МПа в баллоны автомобилей до давления 20 МПа позволяет разрядить газовоз в лучшем случае на 50%, а затем с помощью дожимного компрессора, всасывающего газ из газобаллонной установки газовоза под остаточным давлением и нагнетающего в баллоны транспортных средств также до давления 20 МПа, увеличивает степень опорожнения газобаллонной установки газовоза до 90%.

Такая газораздаточная станция в сравнении с бескомпрессорными передвижными газозаправщиками на давление газа до 25 МПа обеспечивает большую степень опорожнения газобаллонной установки (90% против 50%). Однако экономически это выгодно при значительных расстояниях от АГНКС до мест заправки транспорта (30 и более километров). При этом следует учитывать, что общее время разрядки газовоза с компрессорной установкой при двухступенчатой схеме заправки транспортных средств и стоимость такой станции в 1,5-2 раза превышает аналогичные показатели бескомпрессорных автогазозаправщиков. Поэтому в городских условиях со сравнительно небольшими расстояниями от АГНКС до мест базирования транспорта (5-10 км) газораздаточные станции описанного типа в подавляющем большинстве случаев менее эффективны в сравнении со станциями, реализующими бескомпрессорный способ заправки транспортных средств компримированным природным газом.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении, является повышение эффективности за счет совершенствования конструктивно-технологических параметров оборудования газораздаточной станции, использующей бескомпрессорный способ заправки транспортных средств компримированным природным газом. В основу решения данной задачи заложены новые технические требования по увеличению давления газа в газобаллонной установке газовоза с 25 до 32 МПа, по обеспечению редуцирования газа с 32 до 20 МПа (давление заправки автомобилей) без гидратообразования, по определению оптимального числа и соотношения объемов баллоных секций газобаллонной установки газовоза.

Поставленная задача решается тем, что газораздаточная станция заправки баллонов транспортных средств компримированным природным газом, включающая газовоз с бескомпрессорной подачей газа из установленной на нем секционной газобаллонной установки и газозаправочную колонку для заправки газом транспортных средств, согласно изобретению дополнительно снабжена выполненным в составе газовоза или в газозаправочной колонке устройством регулирования и формирования газового потока высокого давления перед заправкой транспортных средств, содержащим редуктор, понижающий давление газа до давления заправки транспортных средств, предохранительный клапан, манометр, термометр, и соединенным через гибкий рукав с каждой из секций газобаллонной установки, выполненных из баллонов, по прочности превышающих прочность заправляемых баллонов транспортных средств по меньшей мере в 1,25 раза, последовательно уменьшающимися от первой наибольшей, с которой начинают заправку баллонов, до последней наименьшей по объему, определяемому количеством равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции с учетом числа секций равенством:
K_n=[N-(n-2)]•K,
где К_n - количество равнообъемных баллонов или сосудов в n-й секции;
N - общее количество секций в газобаллонной установке;
k - коэффициент кратного увеличения числа равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции, равный 1, 2, 3...i,
n - порядковый номер секции.

На чертеже изображена схема предлагаемой газораздаточной станции заправки баллонов транспортных средств компримированным природным газом бескомпрессорным способом.

Секция содержит газовоз 1 с бескомпрессорным отбором газа из установленной на нем газобаллонной установки 2, выполненной из секций 3-8 баллонов на давление газа 32 МПа. Каждая баллонная секция оснащена предохранительным клапаном 9, манометром 10 и запорным клапаном 11. Секции попарно соединены между собой через трехходовые краны 12-12а, б и объединены общим трубопроводом 13 с трехходовым краном 14. Газовоз гибким рукавом 15 соединен с дополнительным устройством станции, содержащим редуктор 16, понижающий давление газа с 32 до 20 МПа, предохранительный клапан 17, манометр 18 и термометр 19, соединенные общим трубопроводом 20 с газозаправочной колонкой 21. Дополнительно устройство может быть установлено как в составе газовоза, так и в газозаправочной колонке. Для исключения гидратообразования в редукторе 16 при дросселировании газа с 32 до 20 МПа редуктор выполнен проточным и снабжен обогревательным устройством. Все баллоны, обвязка и арматура газовоза выполнены по прочности на рабочее давление 32 МПа. Для достижения максимальной степени опорожненения баллонных секций газовоза при бескомпрессорном способе заправки транспортных средств секции от первой наибольшей, с которой начинают заправку баллонов или сосудов, до последней наименьшей выполнены последовательно уменьшающимися по объему, определяемому количеством равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции с учетом числа секций равенством:
K_n=[N-(n-2)]•K,
где К_n - количество равнообъемных баллонов или сосудов в n-й секции;
N - общее количество секций в газобаллонной установке;
k - коэффициент кратного увеличения числа равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции, равный 1, 2, 3...i;
n - порядковый номер секции.

После заправки газом на АГНКС газовоз 1 перемещается на место заправки газобаллонных автомобилей, например в автотранспортное предприятие. Перед заправкой автомобилей трехходовой кран 12 поворачивают в положение, соединяющее первую секцию баллонов с трубопроводом 13. Затем соединяют рукав 22 с баллоном автомобиля и открытием крана 14 осуществляют заправку автомобиля газом до давления 20 МПа, после чего кран 14 закрывают, газ из рукава 22 стравливают на свечу и рукав 22 отсоединяют от автомобиля. Таким образом, процесс заправки автомобилей до 20 МПа (одноступенчатая заправка) повторяется до тех пор, пока давление в первой секции не снизится, например, до 21-22 МПа и заправить следующий автомобиль до 20 МПа не представляется возможным. Тогда этот автомобиль заправляют из первой секции до максимально возможного давления (например, 18 МПа), после чего кран 12 переводят в положение, соединяющее вторую секцию с трубопроводом 13, и из этой секции дозаправляют автомобиль до 20 МПа (двухступенчатая заправка). Так процесс последовательной заправки автомобилей из двух секций продолжается до тех пор, пока давление и во второй секции станет недостаточным для заправки очередного автомобиля до 20 МПа. После этого в работу с помощью крана 12а (по аналогии с краном 12) включается третья секция (трехступенчатая заправка), а затем по аналогии и четвертая (четырехступенчатая заправка) и т.д. На этом заправку автомобилей до давления 20 МПа прекращают и автогазозаправщик возвращается на АГНКС для очередной заправки газом до 32 МПа.

Экспериментальная проверка данной технологии заправки автомобилей до 20 МПа с 32 МПа с четырьмя разнообъемными секциями и предлагаемым соотношением объемов баллонных секций в газонаполнительной установке показала следующее:
- из первой секции заправили 2 автомобиля ЗИЛ 130;
- из первой и второй секций заправили 7 автомобилей ЗИЛ 130;
- из первой, второй и третьей секций заправили 7 автомобилей ЗИЛ 130;
- из первой, второй, третьей и четвертой секций заправили 6 автомобилей ЗИЛ 130.

Всего заправили 22 автомобиля ЗИЛ 130. Коэффициент опорожнения газобаллонной установки составил 71,9%, что подтвердило наши расчеты и справедливость предлагаемого соотношения по определению оптимального объема газобаллонных секций.

Предлагаемое технико-технологическое решение станции позволило существенно (на 22%) увеличить степень опорожнения газобаллонной установки газовоза с бескомпрессорным отбором газа и довести ее до 72%, что лишь на 18% меньше, чем при сложном и дорогостоящем отборе газа с помощью компрессора, одновременно вдвое снизить стоимость газораздаточной станции и обеспечить ее бесперебойное снабжение с помощью газовозов компримированным природным газом.

Источники информации
1. Заявка RU 96102221, кл. F 04 В 41/00, 1998.

2. Патент RU 2185974, кл. В 60 S 5/02, 2002.

Газораздаточная станция заправки баллонов транспортных средств компримированным природным газом включает газовоз с бескомпрессорной подачей газа из установленной на нем секционной газобаллонной установки и газораздаточную колонку для заправки газом транспортных средств. В составе газовоза или в газозаправочной колонке выполнено устройство регулирования и формирования газового потока высокого давления перед заправкой транспортных средств, содержащее регулятор, понижающий давление газа до давления заправки транспортных средств, предохранительный клапан, манометр, термометр. Устройство регулирования соединено через гибкий рукав с каждой из секций газобаллонной установки, выполненных из баллонов, по прочности превышающих прочность заправляемых баллонов транспортных средств по меньшей мере в 1,25 раза. Секции выполнены последовательно уменьшающимися по объему, определяемому количеством равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции с учетом числа секций равенством K_n=[N-(n-2)]•K, где K_n - количество равнообъемных баллонов или сосудов в n-й секции; N - общее количество секций в газобаллонной установке; k - коэффициент кратного увеличения числа равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции, равный 1, 2, 3...i; n - порядковый номер секции. Использование изобретения позволит повысить эффективность. 1 ил.

Газораздаточная станция заправки баллонов транспортных средств компримированным природным газом, включающая газовоз с бескомпрессорной подачей газа из установленной на нем секционной газобаллонной установки и газозаправочную колонку для заправки газом транспортных средств, отличающаяся тем, что станция дополнительно снабжена выполненным в составе газовоза или в газозаправочной колонке устройством регулирования и формирования газового потока высокого давления перед заправкой транспортных средств, содержащим редуктор, понижающий давление газа до давления заправки транспортных средств, предохранительный клапан, манометр, термометр, и соединенным через гибкий рукав с каждой из секций газобаллонной установки, выполненных из баллонов, по прочности превышающих прочность заправляемых баллонов транспортных средств по меньшей мере в 1,25 раза, последовательно уменьшающимися от первой наибольшей, с которой начинают заправку баллонов, до последней наименьшей по объему, определяемому количеством равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции с учетом числа секций равенством
K_n=[N-(n-2)]•K,
где K_n - количество равнообъемных баллонов или сосудов в n-й секции;
N - общее количество секций в газобаллонной установке;
k - коэффициент кратного увеличения числа равнообъемных баллонов или сосудов в каждой секции, равный 1,2,3...i;
n - порядковый номер секции.