壓縮天然氣加氣機及其應用現狀

趙德亮，張新軍

（伊犁州計量檢定所，新疆 伊寧 835000）

1 引言

汽車工業因經濟、科技推動而發展迅速，現階段汽車儼然變為生產、生活不可或缺的物品。以往汽車多是以柴油或者汽油等為動力能源，但是會造成較多污染。而天然氣在該方面優勢明顯，其排放量相較于汽油與柴油來說更為理想。借助天然氣能夠對大氣污染物排放加以把控，并且降低對于石油等諸多化石能源的依賴。相較于傳統燃料而言，以天然氣為能源的汽車費用也更低，對推進汽車產業發展而言意義重大。同時，天然氣汽車也使加氣站等得到帶動，后者可以分成“標準站”“母子站”兩類，而天然氣在儲藏形式方面則可分成壓縮、液化兩種類型。下文就壓縮天然氣（CNG）對應的加氣機展開介紹，并就其應用現狀展開探析。

2 CNG加氣機結構與原理探析

對于加氣站而言，CNG加氣機是不可或缺的計量裝置，并且該裝置通常置于高壓與震動的環境之中，因此，必須確保該裝置契合計量、控制的要求。計量主要是針對加氣量做到精確檢測，而控制則是對氣壓而言，從而保障相應的加氣效率與安全。CNG加氣機通常由加氣槍、壓力傳感器、流量計、電磁閥以及電控系統等諸多部分構成，圖1便是其結構圖。

圖1 CNG加氣機結構圖

天然氣需要借助管網進入到加氣站當中，借助壓縮機進行壓縮從而形成壓縮天然氣，通常是把20MPa、15MPa與101MPa壓強的氣體分別儲藏于高、中、低三種儲氣瓶之中。瓶中氣體需要借助相應的管線輸送至相匹配的加氣機當中。隨后于加氣機當中依靠過濾系統進行過濾，并借助電控系統來控制不同壓強的電磁閥開關。氣體計量需要依靠質量流量計來實現，并最終將得到計量后的氣體裝進天然氣汽車儲氣瓶當中。全程相應的顯示或者是儲存流程均依靠電控系統實現，后者是通過對計量信號的控制來實現整個流程，其過程如下：首先需要由加氣機對預設金額或者是加氣量進行讀取，而后依靠壓力傳感器來對儲氣瓶中相應數值進行讀取，并打開對應的電磁閥進行氣體的壓入。當汽車儲氣壓力快要達到低壓瓶壓力時，便不能繼續進行氣體的壓入，而系統也會自動打開壓力更高的電磁閥，直到最后加氣量契合相應的金額。

3 CNG加氣機相應的性能指標

就CNG加氣機來說，其性能指標如下所示：首先為壓力范圍，其是指加氣機對應的設計、額定以及最大工作壓力上限，并且對于設計工作壓力來說需要≥27.5MPa，額定工作壓力則應≥20MPa，其最大工作壓力則不應低于25MPa。

其次，對于計量性能來說，其要求如下：加氣機需要以誤差要求為導向做到精確加氣，通常其準確性不得小于1.0級，也就是最大誤差需要控制在±1.0%之內。同時，顯示器相應的金額相較于付費金額來說差值絕對值也不得超出最小付費變量[1]。

第三，對于流量范圍來說，加氣機需要以流量不同為導向分成小流量、中流量以及大流量三種加氣機。其中小流量加氣機對應的最高流量需要低于30kg/min,而大流量加氣機對應的最大流量則需要超過70kg/min，中流量加氣機對應的最大流量則需要處于上述要求流量之間。

第四，對于氣密性與安全性來說，若加氣機低于20MPa，那么需要保壓10min左右，并且氣路系統與附件不得發生泄漏情況。此外，若加氣機處于35MPa形式的額定靜態壓力中，那么需要維持1min，并且不得出現變形或者是破裂情況，保證使用時沒有諸多安全隱患。就汽車儲氣瓶來說，若其壓力在19MPa到20MPa之間，那么加氣機便可自動停止加氣[2]。

4 加氣機系統功能探析

CNG加氣機配有的管理系統主要是針對加氣流程展開控制，并確保計量數據得到有效存儲與處理，同時還應契合相應的擴展需要。首先，要對電磁閥加以控制，該功能可以看作加氣機的關鍵，控制系統除了要對電磁閥相應的開關做到精準控制外，還需要對其順序進行控制。其次則是對壓力信號進行采集，通?？刂葡到y可以流量開關進行把控，并借助A/D傳感器實現由流量計量向著壓力信號再到電信號的高效轉換，從而實現精確記錄。第三則是輸入與輸出，CNG加氣機必須保證天然氣相應的單價、金額等完全顯示，因此，需要借助LCD模塊進行輸入與輸出。最后則是與數據存儲以及網絡擴展相關。系統除了要契合因加氣站、操作人員、加氣機等不同帶來的復雜數據處理需要之外，還需要確保數據可以及時得到打印、查詢。此外，還應站在戰略角度來對后續嵌入產品伴有的網絡需要進行考慮，并且配置相契合的網絡接口。

5 CNG加氣機在國內外的應用現狀

國外由于在工業層面起步較早，因此環境問題也較早地顯現并得到各國重視。例如，美國、日本、德國等諸多國家便借助大量資金投入以及稅收等政策來推動CNG加氣機以及相配套的加氣站的建設。21世紀初美國不僅加大力度推進燃料汽車的研發與應用，并且設置了相匹配的具有強制性的政策，為清潔性能源的推廣夯實了基礎。上述措施不但使天然氣汽車得到高效推廣，還為CNG加氣機以及相配套加氣站的發展提供了保障。而對于CNG加氣機來說，其最早還是源于歐洲，由于歐洲天然氣供應網極為發達，促使意大利等國家相繼加快了對于天然氣汽車的研發[3]。

國內在天然氣汽車方面研發起步較晚，最早是在2000年于淄博成功地進行了首臺國產加氣機的研發，隨后逐步實現了產業化形式的生產。更多公司因科技、政策等的推動逐步投入到加氣機的研發以及生產之中，政府以該行業特點為基礎進行了支持政策的制定。現階段，國內已經出現了大量的加氣站，這對于環境保護以及能源多元利用來說意義重大，同時也為推進汽車工業高效、環保發展奠定了基礎。雖然國內在CNG加氣機層面的發展較為顯著，但相較于國外技術來說仍舊存有滯后。傳統能源應用隨著數量減少、環境污染等問題變得舉步維艱，因此必須依靠替代品解決。因此，從天然氣出發推進CNG加氣機等的研發與生產極為關鍵，研發與投產必須對其具備的便利性、高效性等加以關注。此外，CNG加氣機在應用層面也出現了諸多檢定問題，這多與人員操作、氣源密度等密切相關。因此，該行業必須針對操作人員提升資質要求。例如，對加氣機實施檢定的技術人員必須經過計量部門規定的培訓和考核，只有具備檢定員證才可上崗。同時，還應針對機器內部以及外部環境等做到定期檢查，其檢定工作需要以相關檢定規程為導向開展，例如，其環境溫度必須控制于-20℃到50℃之間，濕度則應控制于35%到95%。

6 結論

總之，CNG加氣機從出現到如今廣泛普及已經歷經百年發展，并且其市場也顯得較為成熟，未來必然也會朝著智能、多元化層面推進。對于天然氣汽車來說，CNG加氣機出現起到了巨大的促進作用，其研發與生產愈加成熟，同時應用方面也更具可靠、安全性，對強化社會效益以及企業相應的經濟效益夯實了基礎。