Способ реализации природного газа и передвижной газозаправщик

 

Способ предназначен для подготовки газа с последующей его передачей под давлением в емкости потребителя и в подвижные газораспределительные устройства. Способ включает этапы подготовки газа и его передачу под давлением в емкости потребителей. На этапе подготовки газ подают под низким давлением в компримирующую емкость, где сжатие газа выполняют путем закачки в нее жидкости, осуществляя этой операцией нагнетание газа в накопительную емкость, где проводят осушку газа. На этапе передачи газа в емкости потребителя контролируют давление в накопительной емкости, не допуская его уменьшения ниже минимального значения, для чего в накопительную емкость закачивают жидкость. Передвижной газозаправщик содержит платформу с емкостями для газа высокого давления, заправочный коллектор, соединенный с блоками приема и раздачи газа и с каждой из емкостей, компрессор, включающий гидронасос, и по меньшей мере одну из емкостей высокого давления. Вход гидронасоса соединен с баком для рабочей жидкости, а выход связан напорной магистралью через гидрозамок и трубопровод с нижней частью каждой из емкостей. Гидрозамок связан сливной магистралью с входом гидронасоса, в сливной и напорной магистрали установлены гидроуправляемые дифференциальные клапаны, соединенные с общим гидрораспределителем с возможностью работы клапанов в противофазе. В каждой емкости установлены датчики верхнего и нижнего уровня жидкости, поступающей из напорной магистрали. Технический результат - снижение энергозатрат. 2 с. и 14 з.п.ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к области промышленной реализации природного газа, а именно к способам подготовки газа с последующей его передачей под давлением в емкости потребителя и к подвижным газораспределительным устройствам, заправляемым от газовода низкого давления.

Известен способ реализации природного газа ("Природный газ как моторное топливо на транспорте", Ф. Г. Гайнулин и др., "Недра", М., 1986 г., стр. 255), заключающийся в том, что предварительно осушенный и очищенный газ нагнетают в накопительную емкость, откуда производят дозированную подачу газа в емкости потребителя, а понижение давления в накопительной емкости компенсируют дополнительным нагнетанием в нее газа.

Известный способ реализации газа является не эффективным, так как не позволяет передать весь накопленный в емкости газ потребителю по той причине, что минимальный уровень давления газа в накопительной емкости не может быть ниже давления в емкости потребителя, т.е. в накопительной емкости всегда будет остаток газа, масса которого тем больше, чем больше давления газа в полностью заправленной емкости потребителя.

Известен способ наполнения сосудов сжатым газом (PCT/RU92/00062, заявка, WO 92/20955), включающий этап подготовки газа, состоящий в том, что газ низкого давления, например, от природного источника сжимают в компримирующей емкости и нагнетают в накопительную емкость до достижения в ней заданного давления и этап передачи газа в емкости потребителя, на котором путем дозированного отбора газа из накопительной емкости производят заполнение емкостей потребителя, причем понижение давления в накопительной емкости компенсируют как дополнительным нагнетанием газа, так и закачкой в нее жидкости.

В отличие от предыдущего аналога описанный способ более эффективен. Во-первых, он позволяет производить заправку газом емкостей потребителя при стабилизированном уровне давления в накопительной емкости, что уменьшает нагрузку на действующий в компримирующей емкости механизм сжатия газа и одновременно улучшает условия заполняемости газом емкостей потребителя. Во-вторых, он позволяет избежать образования остатка газа в накопительной емкости при передаче всего газа потребителю за счет полного вытеснения накопленного газа жидкостью.

Недостаток способа состоит в том, что сжатие газа в компримирующей емкости и закачка жидкости в накопительную емкость осуществляются от разных источников механической энергии при разных путях ее передачи рабочему телу. Это приводит к непроизводительным потерям накопленной рабочим телом энергии. Так, при сливе жидкости из накопительной емкости после полного вытеснения из нее газа в емкости потребителя напрасно теряется потенциальная энергия, накопленная жидкостью в процессе ее закачки в емкость. Также не используется внутренняя энергия газа, сжатого в компримирующей емкости при его нагнетании в накопительную емкость. Применение различных источников механической энергии для сжатия газа и закачке жидкости усложняет реализацию способа и предопределяет использование разных механизмов ее передачи, что обуславливает отмеченный выше недостаток способа.

Актуальным вопросом в технике промышленной реализации природного газа является доставка его потребителю. В настоящее время это осуществляется, например, с помощью передвижных автогазозаправщиков, представляющих собой транспортное средство, выполненное на базе грузового автомобиля с прицепом, с установленными на платформе прицепа емкостями для газа высокого давления, сообщенными газовой магистралью, подсоединенной к источнику низкого давления (Ю.И. Боксерман и др., "Перевод транспорта на газовое топливо", М., "Недра", 1988, стр. 143-145, 150-151, рис. 51). Указанное устройство позволяет осуществлять заправку газа в его емкости до высокого уровня давления от магистрали природного газа низкого давления, а также транспортировать газ потребителю. Однако такая заправка возможна только с помощью автогазонаполнительных компрессорных станций, позволяющих посредством дожимных компрессоров получить высокое давление в емкостях заправщика, превышающее давление в заправочной магистрали.

Использование передвижного газозаправщика, доставляющего потребителю природный газ от автогазозаполнительных компрессорных станций, в силу их малочисленности, большой территориальной рассредоточенности и отсутствия на большей части заправочных станций дожимных компрессоров ограничивают применение существующих газозаправщиков и снижают их эффективность.

Задачей изобретения является создание эффективного способа реализации природного газа, обеспечивающего снижение энергозатрат на этапах его подготовки и передачи газа в емкости потребителя. В задачу изобретения также входит такое усовершенствование конструкции передвижного газозаправщика, которое обеспечило бы ему автономность, т.е. способность, не прибегая к помощи автогазонаполнительных компрессорных станций, самозаправляться газом от источника низкого давления (газопровода) до получения в емкостях газозаправщика давления газа, превышающего, например, эксплуатационное давление в баках автомобилей, работающих на газовом топливе, что позволяло бы полностью передавать газ потребителю.

Указанная задача решается тем, что в известном способе реализации природного газа, включающем этапы подготовки газа и его передачи под давлением в емкости потребителя, когда на этапе подготовки газ подают под низким давлением в компримирующую емкость, где его сжимают и нагнетают в накопительную емкость, проводят осушку газа, а на этапе передачи газа в емкости потребителя контролируют давление в накопительной емкости, не допуская его уменьшения ниже минимального значения, для чего в накопительную емкость закачивают жидкость, согласно изобретению газ низкого давления одновременно подают во все емкости, сжатие газа в компримирующей емкости осуществляют путем закачки в нее жидкости, осуществляя этой операцией нагнетание газа в накопительную емкость, и если давление газа в ней не достигло заданного уровня, производят слив жидкости из компримирующей емкости и процесс подачи газа низкого давления и последующую закачку жидкости в компримирующую емкость продолжают, а этап передачи газа в емкости потребителя начинают по достижении заданного давления в накопительной емкости и прекращении нагнетания в нее газа.

Осушку газа целесообразно осуществлять в накопительной емкости посредством улавливания водяного пара, конденсирующегося в результате повышения давления газа, слоем предварительно налитой в емкость жидкости, имеющей плотность ниже плотности воды.

В процессе передачи газа в емкость потребителя, по результатам контроля давления в накопительной емкости, жидкость в нее может подаваться из компримирующей емкости.

Одновременно могут использоваться несколько накопительных емкостей, и в этом случае при передаче газа в емкость потребителя, по результату контроля давления газа в системе накопительных емкостей, жидкость последовательно перекачивают в другие накопительные емкости.

Для нагнетания газа в накопительные емкости могут использоваться две сообщенные между собой компримирующие емкости, при этом процесс накопления газа осуществляют за счет попеременой подачи из каждой компримирующей емкости газа, вытесняемого из этой емкости жидкостью, забираемой из другой компримирующей емкости. При этом процесс перекачивания жидкости из одной емкости в другую целесообразно выполнять, подавая жидкость из откачиваемой емкости на вход насоса и одновременно заполняя эту емкость газом низкого давления.

В процессе заполнения жидкостью любой из емкостей в случае недостижения жидкостью верхнего контролируемого уровня в эту емкость подают дополнительный объем жидкости. При этом верхний и нижний уровни жидкости в емкости устанавливают из условия, при котором отношение минимального объема газовой полости в емкости к объему между верхним и нижним уровнем жидкости составляло 1/20 - 1/25.

В качестве рабочей жидкости может использоваться смазочное масло или его смесь с дизельным топливом вязкостью 20-200 ед. Задача изобретения решается также тем, что передвижной газозаправщик, содержащий платформу с установленными на ней емкостями для газа высокого давления, блок приема газа, блок раздачи, включающий редуктор и контрольно-измерительную аппаратуру, узлы подсоединения к источнику газа и потребителю, заправочный коллектор, соединенный с блоками приема и раздачи газа и с каждой из емкостей, согласно изобретению снабжен компрессором, включающим гидронасос и по меньшей мере одну из установленных на платформе емкостей высокого давления, выполняющую функцию компримирующей емкости, причем остальные емкости функционируют в качестве накопительных. Вход гидронасоса соединен с баком для рабочей жидкости, а выход связан напорной магистралью через гидрозамок и трубопровод с нижней частью каждой из емкостей, при этом гидрозамок связан сливной магистралью с входом гидронасоса, в сливной и напорной магистрали установлены гидроуправляемые дифференциальные клапаны, соединенные с общим гидрораспределителем с возможностью работы клапанов в противофазе, заправочный коллектор выполнен в виде газовой магистрали низкого давления и сообщен с верхней частью каждой из емкостей газоводами, перед которыми в проточном тракте коллектора установлены обратные клапаны, выход коллектора подсоединен к датчику давления контрольно-измерительной аппаратуры блока раздачи газа, в каждой емкости установлены датчики верхнего и нижнего уровня жидкости, поступающей из напорной магистрали, причем датчики посредством управляющего устройства электрически связаны с общим гидрораспределителем клапанов напорной и сливной магистралей, гидрораспределителем гидрозамка и гидронасосом компрессора с возможностью осуществления процесса попеременного нагнетания жидкости в компримирующую емкость и слива из нее жидкости на этапе подготовки газа и последующей подачи жидкости из компримирующей емкости в первую по ходу потока газа накопительную емкость и из нее в последующие емкости на этапе передачи газа в емкости потребителя и автоматического отключения гидронасоса при достижении необходимого давления в накопительных емкостях.

При использовании в компрессоре двух первых по ходу заправки газа емкостей в качестве компримирующих, параллельно заправочному коллектору должны быть подключены два газопровода, при этом один подключен на участке между обратным клапаном перед первой компримирующей емкостью и обратным клапаном за первой накопительной емкостью, а второй газопровод подключен между входом газа в коллектор и обратным клапаном перед второй компримирующей емкостью, причем коллектор между узлом подсоединения к нему первой емкости и обратным клапаном перед второй емкостью целесообразно снабдить запорным органом, при этом электрическая связь датчиков каждой из емкостей с гидрораспределителями клапанов и гидрозамков компрессора должна допускать возможность осуществления процесса попеременного нагнетания жидкости из одной компримирующей емкости в другую и обратно на этапе накопления газа и из компримирующей емкости в первую по ходу потока газа накопительную емкость и из нее в последующие емкости на этапе реализации газа.

Гидронасос может быть связан с баком для рабочей жидкости впускным устройством, позволяющим при утечках в гидросистеме производить дозированную подачу жидкости на вход насоса, при этом впускное устройство может быть выполнено в виде обратного клапана с двумя входами, один из которых со стороны седла подсоединен к баку с рабочей жидкостью, а другой со стороны клапана подсоединен к сливной магистрали гидронасоса, при этом выход клапана соединен с входом гидронасоса.

Гидрозамок в гидравлической схеме газозаправщика может быть выполнен в виде обратного клапана принудительного открытия с электромагнитным гидрораспределителем. Запорный элемент клапана может быть образован штоком с поршнем на его конце, при этом надпоршневое пространство клапана должно быть сообщено с электромагнитным гидрораспределителем с возможностью подачи жидкости из трубопровода, соединяющего нижнюю часть емкости с гидрозамком.

На выходе газовода, соединяющего заправочный коллектор с емкостью, целесообразно установить аварийный клапан, предотвращающий заброс жидкости в заправочный коллектор при несрабатывании датчика верхнего уровня жидкости в емкости, который может быть выполнен в виде поплавкового запорного элемента, перемещающегося под действием жидкости в закрепленных на крышке емкости направляющих с возможностью перекрытия проточной части газовода в случае превышения уровнем жидкости допустимого значения.

Датчик уровня жидкости в емкости может быть выполнен в виде поплавкового элемента с магнитом и установленной в емкости открытой с одного конца вертикальной трубки, внутри которой на заданной высоте закреплены электрические контакты с возможностью их срабатывания при воздействии магнитного поля поплавкового элемента.

Датчик давления контрольно-измерительной аппаратуры блока раздачи газа целесообразно выполнить в виде электроконтактного манометра с нижним уровнем давления 21 МПа и верхним уровнем в диапазоне 25-30 МПа.

Все приведенные выше признаки являются существенными, так как каждый из них влияет на соответствующий технический результат, совокупность которых позволяет решить задачу изобретения.

Так, сжатие газа низкого давления сначала в компримирующей емкости, а затем его передавливание в накопительную емкость путем закачки в компримирующую емкость жидкости обеспечивает реализацию единого механизма передачи энергии на сжатие газа на этапе его подготовки и на стабилизацию давления газа в накопительных емкостях на этапе передачи газа в емкости потребителя не зависимо от расхода газа. Это создает предпосылки для последующего использования накопленной при осуществлении способа энергии рабочего тела, что позволяет снизить энергетические затраты. Такая технология, кроме того, позволяет осуществить почти изотермический процесс накопления газа, при котором его температура практически не превышает температуру окружающей среды, что позволяет отказаться от применения обычных при работе компрессоров средств охлаждения их рабочих узлов, что также способствует уменьшению энергозатрат на сжатие газа. Периодический слив жидкости из компримирующей емкости позволяет производить дозированную подачу газа в накопительную емкость и тем самым устанавливать "степень изотермичности" процесса. Кроме того, за счет снижения температуры газа при тех же объемах емкости и давления в ней, что и в известных способах подготовки газа к его реализации, возможно осуществить накопления большей массы газа. На уменьшение энергозатрат влияет также в значительной степени уменьшенная цикличность осуществляемого процесса, так как при таком накоплении газа в емкостях давление возрастает постепенно, что приводит к уменьшению потребляемой мощности.

Осуществление осушки газа в накопительной емкости посредством улавливания водяного пара, слоем предварительно налитой в емкость жидкости с плотностью, меньшей плотности воды, позволяет не применять традиционных для этих целей абсорбирующих средств, что способствует как упрощению процесса, так и снижению затрат энергии.

Перекачка жидкости в накопительную емкость из компримирующей емкости в процессе передачи газа потребителю позволяет использовать потенциальную энергию жидкости в компримирующей емкости для уменьшения энергозатрат на привод насоса. На этот показатель также влияет применение двух компримирующих емкостей, обеспечивающих возможность не сливать жидкость из одной емкости в бак, а сразу направлять жидкость на вход насоса для закачки ее во вторую компримирующую емкость, что одновременно делает процесс накопления газа непрерывным.

Применение одновременно нескольких накопительных емкостей позволяет увеличить не только производительность процесса, но и наиболее близко подойти к режиму изотермического сжатия газа, что как отмечалось выше, способствует снижению энергозатрат.

Контроль верхнего и нижнего уровня жидкости в любой из емкостей позволяет в случае утечки жидкости из гидравлической системы осуществить подачу в эту емкость дополнительного объема жидкости.

Выбор верхнего и нижнего уровня жидкости в емкости из условия, при котором отношение минимального объема газовой полости в емкости к объему между верхним и нижним уровнем жидкости составляет 1/20 - 1/25, соответствует наибольшей производительности при одноступенчатом сжатии газа от 2.5 МПа до 32 МПа.

Выполнение передвижного газозаправщика с гидрокомпрессором в виде гидронасоса, и по меньшей мере одной компримирующей емкости позволяет реализовать заложенный в способе единый механизм передачи энергии на сжатие газа на этапе его подготовки и на стабилизацию давления газа в накопительных емкостях на этапе передачи газа в емкости потребителя. Соединение входа гидронасоса со сливной магистралью, содержащей гидрозамок, а выхода посредством напорной магистрали через гидрозамок - с нижней частью каждой из емкостей обеспечивает возможность направлять жидкость из одной емкости в другую, минуя бак, позволяя при этом регенерировать запасенную при закачке в емкость жидкости ее потенциальную энергию и энергию сжатого газа и снизить тем самым потребную мощность привода насоса для компримирования газа.

Размещение в сливной и напорной магистрали гидроуправляемых дифференциальных клапанов, соединенных с общим гидрораспределителем с возможностью работы клапанов в противофазе позволяет надежно перекрывать соответствующую магистраль, не допуская замыкания их друг на друга и предотвращая тем самым сбой в работе устройства. При этом связь указанных клапанов через общий гидрораспределитель с установленными в емкостях датчиками верхнего и нижнего уровня жидкости, поступающей из напорной магистрали, позволяет в случае перелива жидкости перекрывать напорную магистраль и не допустить попадание жидкости в заправочный коллектор, что также повышает надежность работы гидравлической системы газозаправщика.

Обеспечение связи гидронасоса с баком для рабочей жидкости через впускное устройство, выполненное в виде обратного клапана с двумя входами, один из которых подсоединен к баку с рабочей жидкостью, а другой - к сливной магистрали гидронасоса, при этом выход клапана соединен с входом гидронасоса, позволяет отделить сливную магистраль от бака, когда в ней имеет место повышенное давление, и соединить бак с входом насоса в случае разряжения в сливной магистрали.

Установка на выходе газовода, соединяющего заправочный коллектор с емкостью, аварийного клапана в виде поплавкового запорного элемента, перемещающегося под действием жидкости, позволяет осуществить эффективную работу клапана по предотвращению заброса жидкости в заправочный коллектор при несрабатывании датчика верхнего уровня в емкости только на основе гидростатической силы и без применения датчиков с коммутационными системами, что существенно упрощает систему управления подготовки газа к реализации.

Остальные признаки, для которых не приведено выше обоснование существенности, являются таковыми в силу их необходимости в конструкции для ее правильного функционирования.

Далее изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и чертежом, на котором изображена принципиальная схема передвижного автогазозаправщика, осуществляющего предложенный способ.

Способ реализации природного газа включает два основных этапа: этап подготовки газа и этап, на котором осуществляется передача газа под давлением в емкости потребителя. На первом этапе газ низкого давления от природного источника одновременно подают в систему сообщающихся между собой емкостей и далее по меньшей мере в одной из них (компримирующая емкость) газ сжимают, а в других (накопительные емкости) сжатый газ накапливают, повышая его давление до уровня, при котором газ должен быть передан потребителю. Сжатие газа в компримирующей емкости осуществляют путем закачки в нее жидкости, одновременно вытесняя газ в систему накопительных емкостей. Если давление газа в накопительных емкостях не достигло заданного уровня, производят слив жидкости из компримирующей емкости и одновременно заполняют ее газом низкого давления, далее вновь закачивают жидкость в компримирующую емкость и процесс нагнетания газа в накопительные емкости продолжают.

Нагнетание газа в накопительные емкости может осуществляться и за счет попеременной подачи в них газа из двух сообщенных между собой компримирующих емкостей в процессе попеременной перекачки жидкости из одной компримирующей емкости в другую. Операция перекачки жидкости из одной емкости в другую для вытеснения газа может применяться и на этапе передачи газа в емкости потребителя, т. е. многократно в течение всего процесса реализации газа, поэтому для использования потенциальной энергии, запасенной жидкостью, целесообразно процесс выполнять, подавая жидкость из откачиваемой емкости на вход насоса, а откачиваемую жидкость одновременно замещать газом низкого давления.

Одновременно в каждой из накопительных емкостей происходит осушка газа. В проводимом процессе принцип осушки заключается в том, что в результате сжатия газа парциальное давление содержащегося в нем водяного пара достигает давления насыщения, что приводит к конденсации пара в виде жидкой фазы, которая оседает в конечном счете на дне емкости и улавливается слоем предварительно налитой в емкость жидкости, имеющей плотность ниже плотности воды. В качестве рабочей жидкости может использоваться смазочное масло или его смесь с дизельным топливом вязкостью 20-200 ед.

После достижения в системе накопительных емкостей заданного уровня давления нагнетание в них газа прекращают и переходят ко второму этапу - передаче газа в емкости потребителя. Эту процедуру выполняют при стабилизированном в заданном диапазоне уровне давления в системе накопительных емкостей для чего в нее, по мере расхода газа, закачивают, например, из компримирующей емкости жидкость, которую последовательно перекачивают в каждую из накопительных емкостей и, сжимая газ, тем самым компенсируют падение давления в системе, вызванное расходом газа, передаваемого потребителю.

В процессе заполнения жидкостью любой из емкостей контролируют верхний и нижний уровни жидкости и в случае недостижения ею верхнего уровня, что может быть следствием утечки жидкости из гидросистемы, в емкость подают дополнительный объем жидкости.

Как показали исследования, наиболее оптимальными для работы устройства, реализующего способ, являются величины указанных выше двух уровней, для которых отношение минимального объема газовой полости в емкости к объему между верхним и нижним уровнем жидкости составляет 1/20 - 1/25. В этом случае достигается требуемое в большей части случаев одноступенчатое сжатие газа в емкости от 2.5 до 32 МПа.

Устройство в виде передвижного газозаправщика, реализующее способ, описано ниже для случая двух компримирующих и двух накопительных емкостей. (см. чертеж) Передвижной газозаправщик, содержит платформу с установленными на ней компримирующими 1,2 и накопительными 3,4 емкостями для газа высокого давления, заправочный коллектор 5, соединенный с блоками приема и раздачи газа и с каждой из емкостей) компрессор, включающий гидронасос 6 и две компримирующие емкости 1,2. Вход гидронасоса соединен с баком 7 для рабочей жидкости посредством впускного устройства 8, а выход связан напорной магистралью через гидрозамок 9 с нижней частью каждой из емкостей. В свою очередь гидрозамок связан сливной магистралью с впускным устройством 8 на входе гидронасоса 6. Гидрозамок, выполненный в виде обратного клапана принудительного открытия с электромагнитным гидрораспределителем 10, служит для автоматического открывания напорной магистрали при закачке жидкости и автоматического перекрытия сливной магистрали под давлением жидкости в емкости. В то же время, являясь клапаном принудительного открытия, гидрозамок препятствует несанкционированному открытию сливной магистрали. Запорный элемент 11 клапана гидрозамка образован штоком с поршнем, при этом надпоршневое пространство клапана сообщено с электромагнитным гидрораспределителем 10 с возможностью подачи жидкости из трубопровода, соединяющего нижнюю часть емкости, с гидрозамком 9.

В сливной и напорной магистралях гидрокомпрессора установлены гидроуправляемые дифференциальные клапаны 12, 13, соединенные с общим гидрораспределителем 14.

Заправочный коллектор 5 выполнен в виде газовой магистрали низкого давления и сообщен с верхней частью каждой из емкостей газоводами 15, перед которыми в проточном тракте коллектора установлены обратные клапаны 16. Выход коллектора 5 подсоединен к датчику давления 17 контрольно- измерительной аппаратуры блока раздачи газа. Этот датчик выполнен в виде электроконтактного манометра с нижним уровнем давления 21 МПа и верхним уровнем в диапазоне 25-30 МПа.

В каждой емкости 1-4 установлены датчики 18, 19 верхнего и нижнего уровня жидкости, поступающей из напорной магистрали гидронасоса 6. Датчики уровня посредством управляющего устройства 20 электрически связаны с общим гидрораспределителем 14 напорного 12 и сливного 13 клапанов, а также с гидрозамком 9 и гидронасосом 6 компрессора. Каждый из датчиков 18, 19 выполнен в виде поплавкового элемента с магнитом и установленной в емкости открытой с одного конца вертикальной трубки, внутри которой на заданной высоте закреплены электрические контакты с возможностью их срабатывания при воздействии магнитного поля поплавкового элемента.

Для того, чтобы емкости 1,2 функционировали в качестве компримирующих и сжатый газ от каждой из этих емкостей отдельно нагнетался в накопительные емкости, параллельно заправочному коллектору 5 подключены два газопровода 21, 22, причем один подключен на участке AB между обратным клапаном 16 перед первой компримирующей емкостью 1 и обратным клапаном 16 за первой накопительной емкостью 3, а второй газопровод подключен на участке CD между входом газа в коллектор и обратным клапаном 16 перед второй компримирующей емкостью 2. Для того, чтобы в рассматриваемом случае не исключалась возможность использования одной емкости, например, 2 в качестве компримирующей, а всех остальных - в качестве накопительных, коллектор 5 на участке между точками A, D снабжен запорным органом 23, при открытии которого газ из компримирующей емкости 1 может поступать в емкость 2 и в последующие накопительные емкости 3, 4.

Впускное устройство 8 на входе насоса 6, позволяет при утечках в гидросистеме производить дозированную подачу жидкости на вход насоса в зависимости от давления на выходе в сливной магистрали. Это устройство выполнено в виде обратного клапана с двумя входами и одним выходом, соединенным с входом гидронасоса. При этом вход клапана со стороны седла подсоединен к баку 7 с рабочей жидкостью, а со стороны клапана - к сливной магистрали гидронасоса 6.

Для предотвращения заброса жидкости в заправочный коллектор при несрабатывании датчика 18 верхнего уровня жидкости в емкостях 1-4 на выходе газовода 15, соединяющего заправочный коллектор 5 с емкостью, может быть установлен аварийный клапан 24. Клапан может быть выполнен в виде поплавкового запорного элемента, перемещающегося под действием жидкости в закрепленных на крышке емкости направляющих с возможностью перекрытия проточной части газовода в случае превышения уровнем жидкости допустимого значения.

Электрическая связь датчиков 18, 19 уровня жидкости в емкостях 1-4 с общим гидрораспределителем 14 клапанов напорной и сливной магистралей, гидрораспределителем 10 гидрозамка 9 и гидронасосом 6 компрессора, а также датчиков контрольно измерительной аппаратуры, в том числе и датчика 17 давления газа на блоке раздачи, с исполнительными устройствами осуществлена с помощью устройства 20 с программным управлением. Эта связь должна обеспечивать начало или прекращение какого-либо процесса в технологическом цикле реализации газа, а также выполнение всех операций этого способа, в частности, осуществление процесса попеременного нагнетания жидкости в компримирующую емкость и слива из нее жидкости на этапе подготовки газа, последующей подачи жидкости из компримирующей емкости в первую по ходу потока газа накопительную емкость и из нее в последующие емкости на этапе передачи газа в емкости потребителя, а также автоматического отключения гидронасоса при достижении необходимого давления в накопительных емкостях.

Предлагаемый газозаправщик работает следующим образом.

При подключении установки к источнику газа низкого давления, газ через фильтр, поступает в заправочный коллектор 5 и, пройдя через обратные клапана 16 и газоводы 15 заполняет каждую из емкостей 1-4, в которые предварительно заливается жидкость до нижнего уровня, определяемого датчиком 19. При этом в первую компримирующую емкость 1 газ поступает по параллельному коллектору 5 участку CA газопровода и газоводу 15, а во вторую емкость 2 газ поступает по параллельному коллектору участку CD газопровода и по газоводу 15 этой емкости.

Для запуска установки осуществляют заливку насоса и других элементов жидкостью. Для этого открывают вентиль на впускном устройстве 8 и жидкость под действием гидростатического давления заполняет насос 6 и другие элементы гидросистемы.

Включением насоса кнопкой на щите управляющего устройства 20 подают жидкость в емкость 1 через напорный клапан 12 и гидрозамок 9. Напорный клапан и гидрозамок при этом самооткрываются под напором жидкости и пропускают ее в первую компримирующую емкость 1. Одновременно с помощью магнитного гидрораспределителя 14 (сигнал на него поступает от управляющего устройства 20) закрывается сливной клапан 13, отсекающий сливную магистраль от поступления жидкости на вход насоса. При повышении уровня жидкости в емкости 1 газ из нее вытесняется и по параллельному заправочному коллектору 5 газопроводу AB нагнетается в накопительную емкость 3, а из нее в емкость 4.

При достижении жидкостью верхнего уровня срабатывает датчик 18 и через управляющее устройство 20 поступает команда на гидрораспределитель 10 гидрозамка и на гидрораспределитель 14 клапанов 12, 13. Срабатывание датчика 18 происходит при замыкании его электрических контактов под действием магнита, всплывающего на уровень расположения контактов посредством поплавкового элемента.

С помощью гидрораспределителя 10 жидкость под суммой гидростатического давления и сжатого газа в емкости 1 поступает в надпоршневое пространство гидрозамка 9 и, так как с другой стороны поршня (в напорной магистрали) давление значительно меньше, гидрозамок открывается и пропускает жидкость из емкости 1 в сливную магистраль, в которой под напором жидкости открывается клапан 13 и пропускает жидкость через впускное устройство 8 на вход насоса. Одновременно с открытием сливного клапана 12 по сигналу, поступающему с управляющего устройства 20 на гидрораспределитель 14, жидкость под давлением поступает в надпоршневое пространство напорного клапана 12 и закрывает его, отсекая тем самым напорную магистраль от поступления жидкости на выход насоса (так реализуется работа клапанов 12, 13 в противофазе). Поступающая в насос 6 жидкость на его выходе направляется в емкость 2, которая, кроме показанного на схеме гидрозамка, оборудована так же как и емкость 1 двумя дифференциальными клапанами (напорный и сливной, управляемые гидрораспределителем). В процессе понижения уровня жидкости в емкости 1 в ее полость из заправочного коллектора по участку CA и газоводу 15 поступает газ низкого давления. В то же время газ, заполнявший емкость 2, сжимается поступающей в эту емкость жидкостью и по заправочному коллектору 5 нагнетается в накопительные емкости 3, 4. После наполнения емкости 2 жидкостью при достижении ею верхнего уровня расположения датчика 18 на щит управляющего устройства 20 поступает сигнал, который преобразуется в команду для переключения гидрораспределителей 10, 14, что приводит к сливу жидкости из емкости 2 и закачке ее в емкость 1 как было изложено выше. По мере слива жидкости из емкости 2 в нее поступает газ низкого давления так же, как это имело место в начале процесса. Повторением последовательно циклов перекачки жидкости из одной емкости в другую и обратно с подпиткой системы жидкостью из бака 7 через впускное устройство 8 обеспечивается накопление газа высокого давления в емкостях 3, 4. При этом дополнительные порции жидкости на впускное устройство 8 из бака будут поступать только в том случае, когда система управления установки по падению давления на выходе сливной магистрали зафиксирует понижение верхнего уровня жидкости в емкости ниже установленного. Подача жидкости из бака в этом случае приведет к восстановлению необходимого уровня давления на входе насоса и оптимального режима его работы, при котором используется потенциальная энергия жидкости, заполняющей емкость и внутренняя энергия сжатого ею газа.

Если по каким-либо причинам не сработает датчик 18 верхнего уровня жидкости, то вступает в действие аварийный клапан 24. При этом под действием жидкости, уровень которой превышает допустимую высоту, поплавковый запорный элемент клапана перемещается в закрепленных на крышке емкости направляющих и перекрывает проточную часть газовода 15.

При достижении заданного давления (20, 25, 32 МПа), что одновременно фиксируется и датчиком давления 17 контрольно-измерительной аппаратуры, процесс накопления газа в емкостях 3, 4 заканчивается и начинается процесс передачи газа в емкости потребителя.

При раздаче газа давление в накопительных емкостях понижается и когда оно опускается до уровня 21 МПа срабатывает нижний контакт ЭКМ 17 и на щит поступает сигнал, который преобразуется в команду, осуществляющую включение насоса 6, который начинает перекачку жидкости из одной из компримирующих емкостей (той, которая заполнена жидкостью) в первую по ходу газа накопительную емкость 3. При этом давление в остальных емкостях повышается. Если оно не достигло номинального уровня, программируемый логический блок щита управления 22 формирует команду на перекачку жидкости из емкости 3 в емкость 4. При достижении номинального давления на выходе газа срабатывает верхний контакт ЭКМ 17 и процесс компенсации давления газа в накопительных емкостях из-за расхода газа в емкости потребителя останавливается. Далее этот процесс может повторяться до полного вытеснения газа жидкостью при 20 МПа.

Настоящее изобретение может быть использовано для заправки от природного источника газа отдельных транспортных средств, а также подвижных газораспределителей при отсутствии или малочисленности в регионе специализированных автогазонаполнительных компрессорных станций. При наличии в данной местности достаточного числа таких станций изобретение может быть с успехом применено в их технологическом процессе, что только повысит эффективность работы станций.

Формула изобретения

1. Способ реализации природного газа, включающий этапы подготовки газа и его передачу под давлением в емкости потребителя, при этом на этапе подготовки газ подают под низким давлением в компримирующую емкость, где газ сжимают и нагнетают в накопительную емкость, проводят осушку газа, а на этапе передачи газа в емкости потребителя контролируют давление в накопительной емкости, не допуская его уменьшения ниже минимального значения, для чего в накопительную емкость закачивают жидкость, отличающийся тем, что газ низкого давления одновременно подают во все емкости, сжатие газа в компримирующей емкости выполняют путем закачки в нее жидкости, осуществляя этой операцией нагнетание газа в накопительную емкость, и, если давление газа в ней не достигло заданного уровня, производят слив жидкости из компримирующей емкости и процесс подачи газа низкого давления и последующую закачку жидкости в компримирующую емкость продолжают, а этап передачи газа в емкости потребителя начинают по достижении заданного давления в накопительной емкости и прекращении нагнетания в нее газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осушку газа осуществляют в накопительной емкости посредством улавливания водяного пара, конденсирующегося в результате повышения давления нагнетаемого газа, слоем предварительно налитой в емкость жидкости, имеющей плотность ниже плотности воды.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в процессе передачи газа в емкость потребителя, по результатам контроля давления в накопительной емкости, жидкость в нее закачивают из компримирующей емкости.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что одновременно используют несколько накопительных емкостей, а при передаче газа в емкость потребителя, по результату контроля давления газа в системе накопительных емкостей, жидкость последовательно перекачивают в другие накопительные емкости.

5. Способ по пп.2 и 4, отличающийся тем, что нагнетание газа в накопительные емкости осуществляют за счет попеременной подачи в них газа из двух сообщенных между собой компримирующих емкостей в процессе попеременной перекачки жидкости из одной компримирующей емкости в другую.

6. Способ по пп.2 и 5, отличающийся тем, что процесс перекачивания жидкости из одной емкости в другую выполняют, подавая жидкость из откачиваемой емкости на вход насоса и одновременно заполняют эту емкость газом низкого давления.

7. Способ по пп.2 и 6, отличающийся тем, что в процессе заполнения жидкостью любой из емкостей контролируют верхний и нижний уровни жидкости и в случае недостижения жидкостью верхнего уровня в эту емкость подают дополнительный объем жидкости.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что верхний и нижний уровни жидкости в емкости устанавливают из условия, при котором отношение минимального объема газовой полости в емкости к объему между верхним и нижнем уровнем жидкости составляло 1/20 - 1/25.

9. Способ по пп.2 и 8, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости используют смазочное масло или его смесь с дизельным топливом вязкостью 20 - 200 ед.

10. Передвижной газозаправщик, содержащий платформу с установленными на ней емкостями для газа высокого давления, блок приема газа, блок раздачи, включающий редуктор и контрольно-измерительную аппаратуру, узлы подсоединения к источнику газа и потребителю, заправочный коллектор, соединенный с блоками приема и раздачи газа и с каждой из емкостей, отличающийся тем, что он снабжен компрессором, включающим гидронасос, и по меньшей мере одну из установленных на платформе емкостей высокого давления, выполняющую функцию компримирующей емкости, причем остальные емкости функционируют в качестве накопительных, вход гидронасоса соединен с баком для рабочей жидкости, а выход связан напорной магистралью через гидрозамок, снабженный электромагнитным гидрораспределителем, и трубопровод с нижней частью каждой из емкостей, при этом гидрозамок связан сливной магистралью с входом гидронасоса, в сливной и напорной магистрали установлены гидроуправляемые дифференциальные клапаны, соединенные с общим гидрораспределителем с возможностью работы клапанов в противофазе, заправочный коллектор выполнен в виде газовой магистрали низкого давления и сообщен с верхней частью каждой из емкостей газоводами, перед которыми в проточном тракте коллектора установлены обратные клапаны, выход коллектора подсоединен к датчику давления контрольно-измерительной аппаратуры блока раздачи газа, в каждой емкости установлены датчики верхнего и нижнего уровня жидкости, поступающей из напорной магистрали, причем датчики посредством управляющего устройства электрически связаны с общим гидрораспределителем клапаном напорной и сливной магистралей, гидрораспределителем гидрозамка и гидронасосом компрессора с возможностью осуществления процесса попеременного нагнетания жидкости в компримирующую емкость и слива из нее жидкости на этапе подготовки газа и последующей подачи жидкости из компримирующей емкости в первую по ходу потока газа накопительную емкость и из нее в последующие емкости на этапе передачи газа в емкости потребителя и автоматического отключения гидронасоса при достижении необходимого давления в накопительных емкостях.

11. Газозаправщик по п.10, отличающийся тем, что при использовании в компрессоре двух первых по ходу заправки газа компримирующих емкостей, параллельно заправочному коллектору подключены два газопровода, при этом один подключен на участке между обратным клапаном перед первой компримирующей емкостью и обратным клапаном за первой накопительной емкостью, а второй газопровод подключен между входом газа в коллектор и обратным клапаном перед второй компримирующей емкостью, причем коллектор между узлом подсоединения к нему первой емкости и обратным клапаном перед второй емкостью снабжен запорным органом, при этом электрическая связь датчиков каждой из емкостей с гидрораспределителями клапанов и гидрозамка компрессора выполнена с возможностью осуществления процесса попеременного нагнетания жидкости из одной компримирующей емкости в другую и обратно на этапе накопления газа и из компримирующей емкости в первую по ходу потока газа накопительную емкость и из нее в последующие емкости на этапе реализации газа.

12. Газозаправщик по пп.10 и 11, отличающийся тем, что гидронасос связан с баком для рабочей жидкости впускным устройством, позволяющим при утечках в гидросистеме производить дозированную подачу жидкости на вход насоса, при этом впускное устройство выполнено в виде обратного клапана с двумя входами, один из которых со стороны седла подсоединен к баку с рабочей жидкостью, а другой со стороны клапана подсоединен к сливной магистрали гидронасоса, при этом выход клапана соединен с входом гидронасоса.

13. Газозаправщик по пп.10 - 12, отличающийся тем, что гидрозамок выполнен в виде обратного клапана принудительного открытия, запорный элемент клапана образован штоком с поршнем, при этом надпоршневое пространство клапана сообщено с электромагнитным гидрораспределителем с возможностью подачи жидкости из трубопровода, соединяющего нижнюю часть емкости с гидрозамком.

14. Газозаправщик по пп.10 - 13, отличающийся тем, что на выходе газовода, соединяющего заправочный коллектор с емкостью, установлен аварийный клапан, предотвращающий заброс жидкости в заправочный коллектор при несрабатывании датчика верхнего уровня жидкости в емкости, выполненный в виде поплавкового запорного элемента, перемещающегося под действием жидкости в закрепленных на крышке емкости направляющих с возможностью перекрытия проточной части газовода в случае превышения уровнем жидкости допустимого значения.

15. Газозаправщик по пп. 10 - 14, отличающийся тем, что датчик уровня жидкости в емкости выполнен в виде поплавкового элемента с магнитом и установленной в емкости открытой с одного конца вертикальной трубки, внутри которой на заданной высоте закреплены электрические контакты с возможностью их срабатывания при воздействии магнитного поля поплавкового элемента.

16. Газозаправщик по пп.10 - 15, отличающийся тем, что датчик давления контрольно-измерительной аппаратуры блока раздачи газа выполнен в виде электроконтактного манометра с нижнем уровнем давления 21 МПа и верхним уровнем в диапазоне 25 - 30 МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1