一种便捷的CNG汽车全自动加气设备_技术研究

摘要

摘要：介绍了一种便捷的压缩天然气汽车全自动加气设备，简述了设备的组成、主要特点、技术参数、工作原理、加气过程、安全性能、安装与使用情况。关键词：CNG汽车；加气设备；全自动C

摘要：介绍了一种便捷的压缩天然气汽车全自动加气设备，简述了设备的组成、主要特点、技术参数、工作原理、加气过程、安全性能、安装与使用情况。

关键词：CNG汽车；加气设备；全自动

Convenient Full Automatic Filling Equipment for CNG Vehicles

ZHANG Xiu-qin，LUO Dong-xiao

Abstract：A convenient fully automatic filling equipment for CNG vehicles is introduced. The equipment components，main characteristics，technical parameters，working principle，gas filling process，safety performance，installation and use are described.

Key words：CNG vehicle；gas filling equipment；full automaticity

随着天然气工业和汽车工业的飞速发展，近年来，压缩天然气(CNG)汽车产业在国内外获得长足的进步，CNG加气新技术、新工艺、新设备不断涌现。国外某公司最近推出了一款为天然气汽车或CNG瓶组加气的设备——全自动CNG加气设备，它作为常规加气站的一种有效补充，安装在邻近用户的单位大院、公共道路、家庭院落等位置，无须专人值守，能够为用户提供高效、低成本、便捷、安全的加气服务，是一种很有前景的压缩天然气加气新技术。

1 设备组成与特点

① 设备组成与类别

该加气设备一般由压缩模块、电子模块、控制模块、干燥模块组成。按照服务对象及安装场所不同，其分为企事业单位内部加气设备、工厂车间内加气设备(用于叉车等)、公共加气设备(停车场、社区)、家庭加气设备等多种类型。其中，应用比较普遍的家庭加气设备的外形见图1，其设备体积小于0.1m³，质量只有40kg左右。

a. 压缩模块：包括1台电驱动空冷式压缩机、1台单速电动机。电源为220V交流电，压缩机为4级无油润滑压缩机。电动机的启停由控制模块控制。

b. 电子模块：包括燃气检测、温度与压力检测、温压补偿、与电动机控制相关的电子控制线路与部件。

c. 控制模块：控制各个参数的组件。

d. 干燥模块：采用半导体制冷方式将天然气中的水蒸气冷凝，然后通过半透膜蒸发到空气中。干燥模块具有再生功能，可长期循环使用。

② 主要特点

全自动CNG加气设备最显著的特点是就地加气，能够实现一站式加气功能，为用户提供便捷的“上门”服务，周到且安全。它利用车辆停运的闲暇时间，即在夜间或车辆闲置时，见缝插针地及时对车辆就地加气，省去了用户在加气站排队等候的过程，既方便了用户，又可节省来往加气站路途上的燃料消耗，产生多重经济效益。

根据用户性质及不同需要，这种加气设备有快速和慢速加气模式供用户自主选择。此外，还设置了定时加气功能。可灵活采用定时加气、快速加气、慢速加气、定时快慢组合等多种加气方式。其主要特点如下：

a. 加气设备全自动运行，无须派人值守。

b. 采用模块化设计，无须用户维护，可靠性高。

c. 属于家用燃气用具类产品，能够安装在公共停车场、车库、室内、屋顶、社区等位置，也可以安装在对噪声敏感的区域。

d. 采取自动保护措施，安全性能良好。

e. 方便、灵活，占地面积小，运行噪声低。

f. 设备入口采用低压天然气，可就近接入低压燃气管道，选择余地较大。

g. 是大型CNG加气站的补充，可实现优势互补。

h. 设备紧凑，工艺流程简捷优化。

③ 主要技术参数

全自动CNG加气装置的主要技术参数见表1。

表1 全自动CNG加气装置的主要技术参数

燃气额定流量/(m³·h^-1)	最大加气压力/MPa	进气压力/kPa	电源	质量/kg	环境温度/℃	平均电力消耗/(kW·h·m^-1)
1.5～15.0	20.7	1.7～8.6	220V，50Hz	40～280	40～45	0.3～0.5

以一款家用型产品为例，其燃气额定流量为1.5m³/h，满负荷时电流为4.0A，电力消耗功率为760W，设备外形尺寸为762mm×356mm×330mm.质量为43.2kg。用其对普通的家用CNG轿车加气，快充模式下需8～9h将车辆气瓶充满，可供车辆连续行驶160km。如果用其他额定流量较大的加气设备，则加气时间可以相应缩短。

2 工作原理与加气过程

① 工作原理

全自动CNG加气装置工作原理见图2。

当加气装置各项参数的检测值均处于正常范围时，进气控制阀门打开，低压天然气经过过滤器，进入装置内的一个容器中。此时，压缩机启动，容器内的低压天然气经过4级无油润滑压缩机加压，压力升至20.7MPa后进入干燥装置进行干燥处理，除去高压天然气中的水分，确保高压天然气含水量符合要求。经过干燥装置处理后质量合格的压缩天然气通过加气枪给汽车的车载储气瓶或CNG瓶组加气。

当汽车车载储气瓶或CNG瓶组内的天然气被加满后，压缩机断电停运，加气软管内的高压天然气释放回流至容器内，使软管内压力降低至0.4MPa以下。之后，相应的阀门自动关闭。

若容器内天然气压力高于某个设定值时，系统设置的安全阀会自动打开泄压。此外，加气装置还安装有一个随时处于运行状态的小型风扇，用于设备的通风，能够及时将外泄的天然气驱散。

该设备工作过程中，如出现天然气进气压力过高或过低、出气压力过高、天然气泄漏、设备过载、温度高等异常情况，加气设备的自动保护系统都会动作，确保设备处于安全状态。

② 加气过程

全自动CNG加气装置的加气过程如下：

a. 预备过程：10s，用于对设备进行自检查。

b. 试加气过程：20s，设备开始试运行。

c. 第1次泄漏检查：10s，停止加气，设备自动检查加气软管系统有无泄漏。若无泄漏，则进行下一个步骤。

d. 正式加气：2h，压缩机、干燥器等持续运行，进行CNG加气。

e. 第2次泄漏检查：10s，暂停加气，自动对加气软管系统进行第2次检查，若无泄漏，则继续进行下一个步骤。并且每加气2 h后，必须对加气软管再进行1次泄漏检查。

f. 循环4次，也就是累计加气8h后，则干燥器模块的干燥剂须进行1次耗时30min的再生过程，确保干燥剂具有良好的吸附性能。接着，再继续上述步骤，直到CNG车载储气瓶内压力达到20.0MPa时，再一次对加气软管系统进行泄漏检查。10s后继续加气，CNG车载储气瓶内压力达到20.7MPa时，压缩机停止运行。

g. 加气过程结束。

3 设备的安全性能

该全自动CNG加气装置现已通过了多个国家的权威机构比如欧盟的CE和加拿大标准协会CSA(Canadian Standards Association)的认证。

该加气装置的另一项重要的安全技术是加气软管防泄漏和防拉断事故措施——自动分离装置，一旦加气过程中加气软管出现泄漏和拉断事故，加气设备将会自动关闭，避免天然气外泄。

美国国家可更新能源实验室的检测数据显示，该设备可靠性极高，非违规操作条件下出现危险的概率只有1.43×10^-8；被雷电击中的可能性几乎没有。

4 设备的安装与使用

该设备被国外相关权威机构归为家用燃气用具类产品。因此，可以依照规定安装在室内或室外相应的区域。比如，家用型加气设备可以安装在车库内，也可以安装在杂物间，见图3、4。

国外使用这种全自动CNG加气装置的用户较多，以欧美国家、日本等发达国家较为常见。比如，本田汽车公司、多伦多水力发电厂、洛杉矶港口等就使用了多套用于企事业单位内部的全自动CNG加气装置。在中国，香港中华煤气有限公司也很早就使用了这种CNG加气装置。此外，这种装置还很受大型工厂和物流公司的欢迎，被用于对其内部车辆(如叉车、配送车队等)加气。

出于保护环境的需要，有些国家还出台了推广这种加气装置的激励政策，极大地促进了当地天然气汽车产业的发展。

(本文作者：张秀琴¹ 罗东晓^2、3 1.中国市政工程华北设计研究总院天津 300074；2.新奥燃气控股有限公司河北廊坊 065001；3.中山大学广东广州 520275)