CNG加气站储气瓶组的容量选择和气体利用率的分析Word格式文档下载.doc
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1.1CNG压缩机多为往复式压缩机,工作时气体的压力波动很大,增加了储气瓶组,既可以对压缩机的冲击气流起到缓冲作用,保证输出气流的稳定性。
1.2增大储气瓶组的容量,可在不改变加气站供气能力的条件下适当减小压缩机的排气量,降低加气站的投资额。
国外的经验表明其费用比不带储气瓶组的直接充气式加气站降低30%左右。
1.3配备了储气瓶组,可使压缩机在系统工作时有停机的机会。
当储气瓶组充满气体时,先由储气瓶组给汽车加气,储气瓶组的气体不够时,再起动压缩机。
这样可缩短压缩机的工作时间,减小设备磨损,延长使用寿命。
储气瓶组的容积适当大一些,其作用就更明显。
1.4和加注燃油相比,加气站给汽车加注压缩天然气的速度很慢。
要是给加气站的压缩机配备若干储气瓶组,就可使加气速度得到提高。
但是,由于靠气压差加气,气压平衡后就无法流动加气,所以该储气瓶组的气体总也用不完,最低时仅能用9%左右。
这无疑造成了资源的浪费。
经过长期试验,终于找到了一种比较好的方法。
将储气瓶组按一定的比例分成几组后,既可提高储气瓶组的气体利用率,又可使加气速度得到进一步的提高。
1.5配备适当容量的储气瓶组,其缓冲作用可使压缩机的脉动冲击气流引起的振动大大降低,管路阀门仪表之间的连接不易松动,甚至破裂,由此引起的易燃气体的泄漏现象大大减少,系统的安全可靠性得到明显提高。
1.6当压缩机排量保持不变,加气站要想保证用双枪或者四枪(两台售气机)同时加气时的加气速度,并保证加满时,就必须配置较大容量的储器瓶组。
否则汽车气瓶的压力可能达不到20MPa。
2储气瓶组的气体利用率
储气瓶组气体利用率,有些技术资料中也称“气瓶容积利用率、储气系统取气率、气体回收率等”,它是储气瓶组的一个重要技术指标。
在进行加气站尤其是储气系统设计和设备配置时,必须予以认真考虑。
若选取不当,既提高了加气站的投资成本,又会造成资源的浪费,得不偿失。
因此有必要结合实际对储气瓶组气体利用率的问题进行分析研究。
2.1气体利用率的测算方法
虽然储气瓶组气体利用率的术语称谓不同,但其含义应是相同的,应等于由储气瓶组中充入汽车气瓶内的CNG标准体积与储气瓶组可储存的CNG总标准体积之比的百分数。
即:
气体利用率=
在实际应用中,为了方便,不同的企业可能采用不同的测试和计算方法,得出的数值结果必然不尽相同,但是进行定性分析是没有问题的。
(1)美国CPI公司的测算方法和示例
依据加气时手工抄录的每个储气瓶的最终压力值,对照试验数据表“压力一标准体积值”,得到对应的储气瓶内所剩余气体的体积数,再从该瓶组在25MPa(3600psig)压力下的总存储气体体积数中减去,所得到的差值就是充入汽车气瓶内的CNG的标准体积。
代入上述公式即可得到该气瓶的气体利用率。
各个储气瓶的气体利用率之和的平均值就是该储气瓶组的总气体利用率。
当然也可将全部充满的钢瓶总气量与储气瓶组的总储气量带入公式求得总气体利用率,结果一样。
下面就是CPI公司的大型储气钢瓶的测试结果:
(这种方法基于试验数据,比较准确)
①储气瓶组压力:
25MPa(3600psig);
汽车瓶压:
20MPa(3000psig);
储气瓶组总储气量:
1163.7Nm3;
汽车钢瓶储气量:
28.3Nm3;
汽车钢瓶数量:
17
各储气瓶的利用率:
73.4%38.4%12.5%
总气体利用率:
41.4%
②储气瓶组压力:
34.5MPa(5000psig);
1030Nm3;
18
81.2%49.8%17.2%
49.5%
测试说明:
1)储气瓶组是由3个相同容量的大型储气瓶所组成,其配比为l:
1:
1。
2)充气前汽车钢瓶全部为空瓶。
3)充装的方法是一次只用一个储气瓶向汽车钢瓶内充装CNG。
当第一个储气瓶的压力低于汽车钢瓶所需的压力时,使用第二个储气瓶将汽车钢瓶充到所需的压力。
有时需要三个储气瓶才能完成全部钢瓶的充装。
4)上述数据是根据手工操作的充装系统得出.每充完一个汽车钢瓶(并不一定充满到20MPa,只是由于二者气压平衡充不进去。
而且每充完一次气后,每个钢瓶的气体数量和压力都不一样,呈递减状态)纪录一个压力数据(数据纪录表略)。
5)如果所有钢瓶上的阀门同时打开充气,一个储气瓶只能充装六个钢瓶,且每个钢瓶的气体数量和压力都相等。
如果继续给其它钢瓶充气,那么气体利用率还可以进一步提高,只是由于三个储气瓶的压力都已≤20MPa,所以钢瓶都将充不满。
6)如果将上述储气瓶组由3个增加到6个,总储气量达到2327.4Nm3,分组配比结构改为1:
2:
3,充气的方法仍然同上,那么可充气钢瓶将增加到51个,气体利用率将超过60%。
(2)美国ANGI公司的测算方法和示例
①方法和示例一
现场测定每一次(或每辆车)充气后储气瓶组的压力,然后依据气态方程求出充气消耗掉的气量,再将其和总储气量带入上述公式,得到储气瓶组的气体利用率。
示例如下:
储气瓶组的瓶数:
40支
配比结构:
l:
3
每瓶水容积:
52L
储气瓶压力:
25MPa
总储气量:
520Nm3
第一辆汽车充气后,各组气瓶的气体压力分别为:
低压瓶组2100psi(14.5MPa)
中压瓶组2850psi(19.6MPa)
高压瓶组3000psi(20.7MPa)
可计算得储气瓶组气体利用率:
28.8%
第二辆汽车充气后,各组气瓶的气体压力分别为:
低压瓶组1350psi(9.3MPa)
中压瓶组2100psi(14.5MPa)
高压瓶组2760psi(19.0MPa)
46.6%。
测算说明:
1)充气前汽车钢瓶内剩余气体的压力假定为600psi(4.1MPa).
2)为了简化计算,在用气态方程计算时未考虑天然气的压缩系数。
3)计算中未考虑汽车钢瓶的容气量(大约150Nm3),只管到不能继续充气为止,实际上第二辆车还未充满,压力仅有19.0MPa(充满应为20MPa).
②方法和示例二
这种方法主要考查,当加气车辆数和每辆车加气量不变的情况下,不同的充气系统和储气瓶组的配置对储气瓶组气体利用率的影响。
例如:
每天加气车辆为50辆,每辆车可充压缩天然气10GGE(压缩天然气的汽油当量值,1GGE≈120scf“标准立方英尺”),且经测定用某单一储气瓶组为汽车充气时,每充1GGE压缩天然气,则该储气瓶组必须有1000scf(标准立方英尺)的储气量(因为压力平衡而停止充气):
而储气瓶为分组式的配置时,每充1GGE压缩天然气,该储气瓶组则只需350scf(标准立方英尺)的储气量。
不带储气瓶组的慢加气系统
压缩机排量:
42GGE/h(84scfm)
充气软管50条,50辆车同时充气,每辆车充满10GGE天然气,大约需要12h。
不存在储气瓶组的气体利用率。
带一储气瓶组的快充气系统
100GGE/h(200scfm)
储气瓶组储气量:
10000scl(从上知要保证给一辆车充满1OGGE天然气所需储气量)用压缩机充满储气瓶组约需50min。
快速充气软管:
2条
储气瓶组气体利用率:
10GGE/10000scf=1200scf/10000scl=0.12=12%
储气瓶分组的快充气系统
压缩机排量;
33GGE/h(66scfm)
36000scf(从上知可供汽车充满103GGE的压缩天然气所需储气量)用压缩机充满储气瓶组约需9h。
103GGE/36000scf=12360scf/36000scf=0.343=34.3%
快慢结合式充气系统(假定慢加气系统充装50%的车辆)
21GGE/h(42scfm)
13500scf(从上知可供汽车充满38GGE的压缩天然气所需储气量)用压缩机充满储气瓶组约需5.3h。
1条;
慢充气软管:
25条(供25台车充气)
38GGE/13500scf=4560scf/13500scf=0.338=33.8%。
1)该示例中所提供的压缩机排气量对于测算储气瓶组的气体利用率没有意义。
只是说明设置了储气瓶组时,压缩机的排气量就可以选小一些。
2)由于储气瓶组的配置结构不同,储气瓶组可供充气量与储气量之间的定量关系,在如上所述的三种充气系统中是不相等的。
3)用储气瓶组向汽车充气时,不管是否充满,只管气压平衡停止充气为止。
③方法和示例三
依据储气瓶内气体压力的变化来测算气体利用率。
随着给汽车充气的进行,储气瓶组内气体的减少,使气体压力降低。
这样瓶内储存的气量和气压之间有一个对应的近似比例关系。
因此,可利用压力的测量值间接求得气体利用率。
如假定瓶内的气压为3600psi(25MPa)时,储存的气体为100%,那么,当瓶内压力降为1800psi(12.5MPa)时,所储气体的气量则为50%,如此等等。
当第—辆车充完气后:
高压瓶组压力降为 3300psi
中压瓶组压力降为 2800psi
低压瓶组压力降为 2200psi
这三个储气瓶组的气体利用率则为:
高压瓶组:
(3600—3300)/3600=9%
中压瓶组:
(3600—2800)/3600=22.2%
低压瓶组:
(3600—2200)/3600=38.9%
三组储气瓶组的总气体利用率平均为:
(9%十22.2%+38.9%)/3=23%
当第二辆车充完气后:
高压瓶组压力降为 3000psi
中压瓶组压力降为 2100psi
低压瓶组压力降为 1400psi
(3600—3000)/3600=16.7%
(3600—2100)/3600=41.7%
低压瓶组;
(3600—1400)/3600=61.1%
(16.7%+41.7%+61.1%)/3=39.8%
1)由于天然气在不同的压力下的压缩系数是不同的,而且气量的变化也带来了气体密度的变化,所以储气瓶中的气量(体积)和压力的比例关系只能是近似的。
2)在
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