專利名稱：天然氣子站系統及其壓縮機調壓跳級節能控制方法
技術領域：
本發明屬于天然氣技術領域，尤其涉及一種設置在城市無天然氣管網處的天然氣子站系統，還涉及一種應用到該天然氣子站中的壓縮機調壓跳級節能控制方法。
背景技術：
當城市無天然氣管網但要設立為汽車加氣的加氣站時，一般采用子站、母站的方式加以解決，實際上這包括了母站和子站兩種結構。母站是在城市門站附近或天然氣主管道附近設立的天然氣加壓站，它將該管道內的天然氣進行壓縮后儲存在轉運車槽罐內，然后再運輸到無氣源的地方，子站就利用儲存于轉運車槽罐內的天然氣向汽車供氣。
按照規定，運輸用壓力槽罐內的壓力不能超過20MPa，而加氣站應將汽車的儲氣瓶加至最高壓力20MPa，顯然子站必須另設增壓設備。轉運槽車將天然氣以20MPa的壓力從母站運往子站，子站壓縮機啟動，將天然氣壓縮至25MPa并儲存在現場儲氣庫中，從而可以對汽車進行兩級加氣，即先由轉運槽車作為低壓瓶組對車輛進行加氣，然后由現場儲氣庫作高壓瓶組對車輛進行加氣，當轉運槽車的天然氣壓力降到3MPa時，轉運槽車開往母站進行加氣。由于壓縮機一級氣缸進氣壓力適用范圍的限制，無法滿足3MPa至20MPa這樣寬的范圍，因此，現有技術中使用最多的方法是將高壓氣體全減壓至一定的數值，然后再統一經由壓縮機的一級和二級氣缸逐級將其升壓至25MPa。以COOPER二級壓縮機SA200為例，實際控制過程中是將7MPa至20MPa的天然氣全減壓至6. 5MPa，然后再進行兩級壓縮逐級提升氣壓至25MPa，將3MPa至7MPa的天然氣直接進行兩級壓縮。由壓縮機的功率排量關系可知，采用這種方法時壓縮機一直采用較高的功率運行(最高功率75KW，此時70. 1KW)，并且排量也一直較低(最高排量2522Nm3/h，此時排量1588Nm3/h)，使整個子站的加氣效率處于較低的狀態。

發明內容
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種節能且高效的天然氣子站系統。本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是天然氣子站系統包括壓縮機、冷卻器及控制管路，在連接至天然氣入口的管路上依次設有帶有壓力變送器的第一管路節點和第二管路節點，所述兩個管路節點之間設有氣動球閥，其中，—條管路直接連接至第一管路節點構成低壓輸出管，與售氣機的低壓管口連接；所述兩個管路節點之間設有調壓管路，所述調壓管路包括氣動球閥和調壓器；所述第二管路節點經氣動球閥和冷卻器一級冷卻連接至所述壓縮機二級氣缸的入口，同時所述壓縮機一級氣缸的出口連接至該氣動球閥和冷卻器之間的管路上；所述第二管路節點還連接至所述壓縮機一級氣缸的入口，后經氣動球閥連接至壓縮機二級氣缸的出口，最后經冷卻器二級冷卻連接至高壓輸出管和中壓輸出管，所述高壓輸出管和中壓輸出管的管口均設有氣動球閥；還包括連接至所述低壓輸出管的氣源管路，該管路通過調壓器為上述各氣動球閥提供動力氣源；還包括控制上述各氣動球閥的電磁閥組，所述電磁閥組接收所述兩個管路節點處、所述壓縮機一級氣缸出口和二級氣缸出口處以及高壓輸出管和中壓輸出管處的壓力變送器傳送的控制信號，控制各氣動球閥的氣源的開關。優選地所述調壓管路為并列的兩條，在同一個氣動球閥后設置兩條并列的調壓器支路，每條支路上均設有用于開啟或者關閉本條支路的手動球閥，所述手動球閥設于氣動球閥和調壓器之間，通過該手動球閥的切換實現調壓器的一用一備。優選地還包括用于收集各支路產生的多余氣體并進行集中排放的放空管路。優選地還包括為所述壓縮機機體的潤滑油系統進行放空的主機放空管路，所述主機放空管路的入口連接至所述壓縮機的各級氣缸的相應放空接口，其出口連接至所述放空管路。優選地還設有連接至所述壓縮機一級氣缸出口的第一安全閥和連接至二級氣缸 出口的第二安全閥，用以泄放多余氣體使壓力保持在設定值，所述第一安全閥和第二安全閥的出口連接至所述放空管路。優選地在所述天然氣入口與第一管路節點之間、所述冷卻器與所述壓縮機二級氣缸入口之間以及二級冷卻輸出管路上均設有過濾器。優選地在所述兩個管路節點處、所述壓縮機一級氣缸出口和二級氣缸出口處以及高壓輸出管和中壓輸出管上均設有用于進行信號上傳的壓力變送器，還設有進行現場壓力顯示的壓力表。優選地所述高壓輸出管及中壓輸出管均連接至氣瓶，用以存儲系統升壓后的天然氣。優選地還包括用于在系統停機時儲存管路中天然氣的儲氣瓶組，所述儲氣瓶組的入口經氣動球閥連接至所述第二管路節點后的管路上，其出口經手動球閥連接至所述放空管路。本發明的另一個目的是提供一種能耗低、排量高的天然氣子站壓縮機調壓跳級節能控制方法。本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是其通過以下控制流程實現，所述天然氣入口的氣體壓力小于3MPa時，系統停機；所述天然氣入口的氣體壓力大于等于3MPa且小于7MPa時，通過電磁閥組控制各氣動球閥，使天然氣先后進入壓縮機的一級氣缸和二級氣缸，得到兩次壓縮；所述天然氣入口的氣體壓力大于等于7MPa且小于13MPa時，通過電磁閥組控制各氣動球閥，使天然氣進入調壓管路減壓至6. 5MPa，之后先后進入壓縮機的一級氣缸和二級氣缸，得到兩次壓縮；所述天然氣入口的氣體壓力大于等于13MPa且小于等于20MPa時，通過電磁閥組控制各氣動球閥，使天然氣進入壓縮機的二級氣缸，得到一次壓縮。本發明具有的優點和積極效果是由于采用了上述設計，本發明的天然氣子站系統提供了一種讓壓縮機節能高效運行的系統結構。分布于各支路中的壓力變送器將壓力值作為控制信號輸出給電磁閥組，電磁閥組控制分布于各支路中的氣動球閥，使從天然氣入口處進入的、壓力一直處于變化中的天然氣分別經過不同的通路，得到不同步驟的壓縮處理，最終達到能夠為車輛進行加氣的壓力值。與現有技術相比，本發明充分利用了壓縮機的特性，使之運行既節能又高效。


圖I是本發明的天然氣子站系統圖；圖2是天然氣子站的進氣壓力一排量曲線圖；圖3是天然氣子站的進氣壓力一功率曲線圖。圖中1、主機放空管路；2、第一安全閥；3、放空管路；4、第二安全閥；5、天然氣入口 ；6、壓力變送器；7、壓縮機；8、過濾器；9、調壓管路；10、高壓輸出管；11、中壓輸出管；12、冷卻器；13、低壓輸出管；14、儲氣瓶組；15、電磁閥組。
具體實施方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參見圖1，天然氣子站系統包括壓縮機7、冷卻器12及控制管路，本實施例中，壓縮機7為COOPER 二級壓縮機SA200，功率為75KW。在連接至天然氣入口 5的管路上依次設有帶有壓力變送器6的第一管路節點和第二管路節點，兩個管路節點之間設有氣動球閥。其中，一條管路直接連接至第一管路節點構成低壓輸出管13。兩個管路節點之間設有調壓管路9，該調壓管路9包括氣動球閥和調壓器，為了提升系統的可靠性，將調壓管路9設置為并列的兩條，在同一個氣動球閥后設置兩條并列的調壓器支路以實現一用一備，每條支路上均設有用于開啟或者關閉本條支路的手動球閥，其中手動球閥設于氣動球閥和調壓器之間。第二管路節點經氣動球閥和冷卻器12的一級冷卻連接至壓縮機7 二級氣缸的入口，同時壓縮機7 —級氣缸的出口連接至該氣動球閥和冷卻器12之間的管路上。第二管路節點還連接至壓縮機7 —級氣缸的入口，后經氣動球閥連接至壓縮機7 二級氣缸的出口，最后經冷卻器12的二級冷卻連接至高壓輸出管10和中壓輸出管11，所述高壓輸出管10和中壓輸出管11的管口處均設有氣動球閥。上述的各氣動球閥的氣源來源于連接至低壓輸出管13的氣動球閥氣源管路，該管路通過調壓器為上述各氣動球閥提供動力氣源，此處的調壓器將低壓輸出管13中的天然氣調壓至O. SMPa0還包括控制上述各氣動球閥的電磁閥組15，該電磁閥組15接收兩個管路節點處、壓縮機7—級氣缸出口和二級氣缸出口處以及高壓輸出管10和中壓輸出管11處的壓力變送器6傳送的控制信號，控制各氣動球閥的開關。本發明的天然氣子站系統設置了放空管路3，用于收集各支路產生的多余氣體并進行集中排放。還包括為壓縮機7的潤滑油系統進行放空的主機放空管路1，該主機放空管路I的入口連接至壓縮機7的各級氣缸的相應放空接口，其出口連接至放空管路3。還設有連接至壓縮機7 —級氣缸出口的第一安全閥2和和連接至二級氣缸出口的第二安全閥4，用以泄放多余氣體使壓力保持在設定值，該第一安全閥2和第二安全閥4的出口連接至放空管路3。由于天然氣中經?；煊懈鞣N雜質，為保障子站系統穩定運行，在天然氣入口 5與第一管路節點之間、冷卻器12與壓縮機7 二級氣缸入口之間以及二級冷卻輸出管路上均設有過濾器8。在兩個管路節點處、壓縮機7 —級氣缸出口和二級氣缸出口處以及高壓輸出管10和中壓輸出管11上均設有用于進行信號上傳的壓力變送器6，還設有進行現場壓力顯示的壓力表。本實施例中，子站系統中包含兩個儲氣瓶組14。第一儲氣瓶組14為連接至高壓輸出管10及中壓輸出管11的氣瓶，用以存 儲系統升壓后的天然氣，車輛來加氣時可直接由相應的氣瓶中輸出。另一儲氣瓶組14為用于在系統停機時儲存管路中天然氣的儲氣瓶組14，該儲氣瓶組14的入口經氣動球閥連接至第二管路節點后的管路上，其出口經氣動球閥連接至放空管路3。圖2和圖3是天然氣子站的進氣壓力一排量曲線圖和進氣壓力一軸功率曲線圖，對應于表I的第一列、第三列和第四列。現有技術的控制方法是當進氣壓力大于3MPa且小于7MPa時，然后經歷兩級壓縮；當進氣壓力大于等于7MPa且小于等于20MPa時，經調壓管路9統一調壓至6. 5MPa，然后經歷兩級壓縮。從圖中和表中可以看出，現有技術中采用統一減壓至6. 5MPa再統一經歷壓縮機7的兩級壓縮的方法時，排量為1588Nm3/h，總功率為70. 1KW，可見此時整個子站系統的功率較高而排量較低，處于低效高耗能工作狀態。本發明提供了解決這一問題的方法，即從子站系統的進氣壓力與排量和功率的關系出發，將進氣壓力即3MPa至20MPa的壓力范圍進行具體劃分，分為小于3MPa、大于等于3MPa且小于7MPa、大于等于7MPa且小于13MPa、大于等于13MPa且小于20MPa幾個段，每段均有不同的升壓流程，表I的后兩列寫明了該控制方法(I)當天然氣入口的氣體壓力小于3MPa時，系統停機；(2)當天然氣入口的氣體壓力大于等于3MPa且小于7MPa時，通過電磁閥組15控制各氣動球閥，使天然氣先后進入壓縮機7的一級氣缸和二級氣缸，得到兩次壓縮；(3)當天然氣入口的氣體壓力大于等于7MPa且小于13MPa時，通過電磁閥組15控制各氣動球閥，使天然氣進入調壓管路9減壓至6. 5MPa，之后先后進入壓縮機7的一級氣缸和二級氣缸，得到兩次壓縮；(4)當天然氣入口的氣體壓力大于等于13MPa且小于等于20MPa時，通過電磁閥組15控制各氣動球閥，使天然氣進入壓縮機7的二級氣缸，得到一次壓縮。表I SA200型75KW天然氣子站的功率排量列表以及壓縮機調壓跳級控制列表
權利要求
1.一種天然氣子站系統，包括壓縮機、冷卻器及控制管路，其特征在于在連接至天然氣入口的管路上依次設有帶有壓力變送器的第一管路節點和第二管路節點，所述兩個管路節點之間設有氣動球閥，其中， 一條管路直接連接至第一管路節點構成低壓輸出管，與售氣機的低壓管口連接； 所述兩個管路節點之間設有調壓管路，所述調壓管路包括氣動球閥和調壓器； 所述第二管路節點經氣動球閥和冷卻器一級冷卻連接至所述壓縮機二級氣缸的入口，同時所述壓縮機一級氣缸的出口連接至該氣動球閥和冷卻器之間的管路上； 所述第二管路節點還連接至所述壓縮機一級氣缸的入口，后經氣動球閥連接至壓縮機二級氣缸的出口，最后經冷卻器二級冷卻連接至高壓輸出管和中壓輸出管，所述高壓輸出管和中壓輸出管的管口均設有氣動球閥； 還包括連接至所述低壓輸出管的氣源管路，該管路通過調壓器為上述各氣動球閥提供動力氣源； 還包括控制上述各氣動球閥的電磁閥組，所述電磁閥組接收所述兩個管路節點處、所述壓縮機一級氣缸出口和二級氣缸出口處以及高壓輸出管和中壓輸出管處的壓力變送器傳送的控制信號，控制各氣動球閥的氣源的開關。
2.按照權利要求I所述的天然氣子站系統，其特征在于所述調壓管路為并列的兩條，在同一個氣動球閥后設置兩條并列的調壓器支路，每條支路上均設有用于開啟或者關閉本條支路的手動球閥，所述手動球閥設于氣動球閥和調壓器之間，通過該手動球閥的切換實現調壓器的一用一備。
3.按照權利要求I所述的天然氣子站系統，其特征在于還包括用于收集各支路產生的多余氣體并進行集中排放的放空管路。
4.按照權利要求3所述的天然氣子站系統，其特征在于還包括為所述壓縮機機體的潤滑油系統進行放空的主機放空管路，所述主機放空管路的入口連接至所述壓縮機的各級氣缸的相應放空接口，其出口連接至所述放空管路。
5.按照權利要求3所述的天然氣子站系統，其特征在于還設有連接至所述壓縮機一級氣缸出口的第一安全閥和連接至二級氣缸出口的第二安全閥，用以泄放多余氣體使壓力保持在設定值，所述第一安全閥和第二安全閥的出口連接至所述放空管路。
6.按照權利要求I所述的天然氣子站系統，其特征在于在所述天然氣入口與第一管路節點之間、所述冷卻器與所述壓縮機二級氣缸入口之間以及二級冷卻輸出管路上均設有過濾器。
7.按照權利要求I所述的天然氣子站系統，其特征在于在所述兩個管路節點處、所述壓縮機一級氣缸出口和二級氣缸出口處以及高壓輸出管和中壓輸出管上均設有用于進行信號上傳的壓力變送器，還設有進行現場壓力顯示的壓力表。
8.按照權利要求I所述的天然氣子站系統，其特征在于所述高壓輸出管及中壓輸出管均連接至氣瓶，用以存儲系統升壓后的天然氣。
9.按照權利要求I所述的天然氣子站系統，其特征在于還包括用于在系統停機時儲存管路中天然氣的儲氣瓶組，所述儲氣瓶組的入口經氣動球閥連接至所述第二管路節點后的管路上，其出口經手動球閥連接至所述放空管路。
10.一種如權利要求I至9任一項所述的天然氣子站系統的壓縮機調壓跳級節能控制方法，其特征在于通過以下控制流程實現， 所述天然氣入口的氣體壓力小于3MPa時，系統停機； 所述天然氣入口的氣體壓力大于等于3MPa且小于7MPa時，通過電磁閥組控制各氣動球閥，使天然氣先后進入壓縮機的一級氣缸和二級氣缸，得到兩次壓縮； 所述天然氣入口的氣體壓力大于等于7MPa且小于13MPa時，通過電磁閥組控制各氣動球閥，使天然氣進入調壓管路減壓至6. 5MPa，之后先后進入壓縮機的一級氣缸和二級氣缸，得到兩次壓縮； 所述天然氣入口的氣體壓力大于等于13MPa且小于等于20MPa時，通過電磁閥組控制各氣動球閥，使天然氣進入壓縮機的二級氣缸，得到一次壓縮。
全文摘要
本發明屬于天然氣技術領域，尤其涉及一種天然氣子站系統及其壓縮機調壓跳級節能控制方法。天然氣子站系統包括壓縮機、冷卻器及控制管路，通過電磁閥組對控制管路中的氣動球閥進行控制，能夠接通不同的天然氣通路，使來自天然氣入口的、壓力處于變化中的天然氣經歷不同的壓縮處理過程最終均達到能夠為車輛進行加氣的壓力要求。由于改進了現有技術中統一減壓再統一進行兩級升壓的方法相比，本發明的天然氣子站系統及控制方法明顯發揮了壓縮機的特性，使之排量增大的同時保持較低的功率，運行節能且高效。
文檔編號F17D3/01GK102878427SQ20121034686
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者劉文芳 申請人:諾威爾(天津)能源裝備股份有限公司