增压供气系统：概述及工作原理解析

当储罐内的低温液体向外排出的时候,储罐内的压力会逐渐下降。为保持储罐内的压力稳定,必须对储罐进行增压。另外如果加注到储罐内的低温液体的初始压力没有达到工作压力的要求,也必须对储罐进行增压。低温容器的增压供气系统主要有三类:低温泵增压系统、外部气源增压系统和自增压系统。

1.低温泵增压系统

这种方法是在排液口设置低温泵,利用泵的机械功使低温液体增压,以及向气化器输液。低温泵的运行需要额外耗功(虽然液体泵消耗功率不大),更重要的是需要额外的低温泵。低温泵价格比较昂贵,降低了系统经济性。若低温泵安装在储罐外部,则暴露在环境中,不便于绝热和保护;若安装在储罐内部,一则给安装与维修带来很大的不便,二则减小了储罐的有效容积。因此低温泵不适于LNG汽车燃料罐这一类小型的供气系统。当然,对于大型低温供气系统来说,采用低温泵增压是比较合适的。

2.外部气源增压系统

另一种方式是利用外来的气源实现增压和排液过程。例如可以在汽车上额外安装一个压缩天然气(CNG)储罐,在汽车运行时,将CNG储罐中的高压天然气注入LNG储罐中,以实现挤压排液。此种方式对于控制LNG储罐内的压力非常方便准确,但需要额外的CNG储罐及高压压缩天然气,在车上空余空间比较充足的情况下,可以进行研究并投入使用。

3.自增压系统

相对来说,对于不便设置低温泵或外部气源,或者设置这些设备不经济的场合,则自增压系统是比较合理的选择。

自增压系统主要有以下四种方式(图7-8)。(www.xing528.com)

(1)经典型自增压系统(图7-8a) 该系统是目前各种低温液体储罐最常用的增压系统,通过将部分LNG排出储罐,经气化器气化后,再返回至储罐的气相空间,达到增压的目的。气化热源可来自于发动机的冷却水。其主要优点为结构简单,储罐内部没有维修元件,并且可有效地利用废热;其缺点为增压性能不稳定,在很大程度上受发动机冷却水温度的影响,并且在发动机起动前,发动机冷却水是冷的,特别是在冬天,不能作为起动阶段LNG的气化热源。

(2)电加热型自增压系统(图7-8b) 该系统是在储罐内部设置电加热器,在车上还配有电池,其主要优点为控制方便。但其也有很大的缺点,首先储罐内有维修元件,一旦电加热器出现故障,必须拆开储罐进行维修,而储罐一般都是采用焊接密封的,不允许进行拆卸;其次必须在车上配备电池,车上可用电能本来就非常有限,再加上气化低温液体显然是不够的,并且每天进行充电,也会给使用带来很大的不便,另外充电设备又需额外的耗费。

图7-8 自增压系统

a)经典型自增压系统 b)电加热型自增压系统 c)回气增压系统 d)真空压力控制系统

(3)回气增压系统(图7-8c) 该系统是对经典型自增压系统的改进,气化后的热气不直接返回至储罐气相空间,而是返回至储罐内的换热盘管,跟储罐内的液体进行热交换后,再返回至气化器,经气化器再加热后进入发动机。储罐内的液体从回气中获得热量后气化,达到增压的目的。回气量的大小可通过三通阀来控制。此系统相对于经典型自增压系统结构要稍微复杂一些,并且对关键元件三通阀的性能要求很高,但其供气稳定性相对要好得多。

(4)真空压力控制系统(图7-8d) 该系统是利用捕获器吸附或脱附内外胆间的气体,改变储罐内外胆间的真空度来控制储罐的漏热,从而使储罐内液体获得热量气化,达到增压的目的。其优点是不需额外的气化器,直接利用环境的漏热来达到调节压力的目的,类似于能量放大器,经济性较好,并且控制比较方便。但是由于捕获器对内外胆间气体的吸附和脱附需要一定的时间,因此压力的调节存在一定滞后现象。另外初始增压过程需要很长的时间,也给使用带来了很大的不便。