مقدمة
يمكن تصنيف التقنيات الرئيسية المستخدمة في محطة التزود بالوقود الغاز الطبيعي المضغوط إلى عدة أنظمة متميزة: نظام الضغط، ونظام المعالجة المسبقة للغاز الطبيعي، ونظام التخزين والتوزيع، ونظام التحكم.
نظام ضغط الغاز الطبيعي
يتكون نظام ضغط الغاز الطبيعي بشكل أساسي من وحدة الضاغط الرئيسية، وخزان السحب العازل، ونظام التبريد، ونظام التشحيم. تعد وحدة الضاغط الرئيسية العنصر الأكثر أهمية-حيث تعمل بمثابة "قلب" محطة التزود بالوقود-ويحدد أدائها بشكل مباشر الموثوقية التشغيلية والكفاءة الاقتصادية للمنشأة بأكملها. تستخدم محطات التزود بالوقود الغاز الطبيعي المضغوط عادةً ضواغط ترددية، والتي تتميز بضغوط تفريغ عالية وأحجام إزاحة منخفضة نسبيًا. استنادًا إلى طريقة التشحيم، يتم تصنيف الضواغط بشكل عام إلى نوعين: الزيت-المشحم والضواغط الخالية من الزيت-. بالنسبة للأنظمة المشحمة بالزيت-، يجب تركيب جهاز إزالة الزيت أسفل منفذ التفريغ النهائي.
يبلغ ضغط التفريغ للضواغط المستخدمة في محطات التزود بالوقود عادة 25 ميجا باسكال. في حين أن بعض الوحدات قد تصل إلى ضغوط أعلى قليلاً-تصل إلى 28 ميجا باسكال-ويقدم عدد قليل من الشركات المصنعة ضواغط قادرة على الوصول إلى 32 ميجا باسكال، يشير التحليل الفني إلى أن ضغط التفريغ البالغ 25 ميجا باسكال يوفر التوازن الأمثل للكفاءة الاقتصادية والموثوقية والسلامة. يتراوح ضغط السحب عادةً من 0.035 إلى 9 ميجا باسكال. يمكن اختيار سعة إزاحة الضاغط لتتناسب مع المقياس المحدد للمحطة، والتي تتراوح من 16 إلى 2000 متر مكعب/ساعة، مع نطاق قدرة مشترك يتراوح بين 200 إلى 300 متر مكعب/ساعة.
نظام المعالجة المسبقة للغاز الطبيعي (بما في ذلك التنقية وتنظيم الضغط)
قبل أو بعد الضغط، يجب أن يخضع الغاز الطبيعي الذي يدخل إلى محطة التزود بالوقود لعمليات تنقية وتجفيف -على وجه التحديد، إزالة الكبريت، وإزالة الهيدروكربون، والجفاف. تشتمل عملية إزالة الكبريت على إزالة الغازات الحمضية-مثل كبريتيد الهيدروجين-من الغاز الطبيعي لمنع تآكل المعدات وخطوط الأنابيب، وكذلك لمنع "تقصف الهيدروجين" في أسطوانات الغاز الفولاذية. تتضمن عملية إزالة الهيدروكربون استخلاص الهيدروكربونات الخفيفة من الغاز الطبيعي لضمان بقاء المحتوى المشترك للإيثان والألكانات الأثقل أقل من 3%؛ وهذا يمنع الاشتعال والاحتراق غير الطبيعي داخل محرك السيارة. يتضمن الجفاف إزالة الرطوبة من الغاز الطبيعي لمنع انسداد الجليد داخل نظام إمداد الغاز أثناء عملية خفض الضغط والتبريد.
يعد تجفيف الغاز الطبيعي المرحلة الأكثر أهمية في عملية المعالجة المسبقة. عادةً ما تستخدم محطات التزود بالوقود الغاز الطبيعي المضغوط -مجففات برجية مزدوجة لهذا الغرض. اعتمادًا على الموقع المحدد لوحدة التجفيف ضمن مخطط المحطة، يمكن تصنيف هذه الأنظمة إلى ثلاثة أنواع: الضغط المنخفض-، الضغط المتوسط-، والضغط العالي- التجفيف. إذا كان من الممكن حل المشكلات الفنية والتصنيعية المتعلقة بجودة التركيبات والصمامات بنجاح، فإن طريقة التجفيف بالضغط العالي-نظرًا لبنيتها المدمجة وأداء التجفيف الفعال-تمثل حلاً فعالاً للغاية لتجفيف الغاز.
بعد خضوعه لعمليات التنقية والتجفيف، يجب أن يفي الغاز الطبيعي بمعايير محددة لاستخدام المركبات قبل أن يتم شحنه في أسطوانات التخزين في محطة التزود بالوقود، أو بيعه مباشرة، أو توزيعه في خزانات الوقود للمركبات التي تعمل بالغاز الطبيعي المضغوط-. لقد وضعت بلدي معيارًا وطنيًا لـ "الغاز الطبيعي المضغوط للمركبات" (GB 18047-2000). تفرض هذه المواصفة القياسية حدودًا صارمة على محتوى الكبريت والماء في الغاز الطبيعي المضغوط في المركبات، حيث تنص على أن محتوى كبريتيد الهيدروجين يجب أن يكون أقل من 15 ملجم/م3 ويجب أن تكون نقطة تكاثف الماء أقل من 5 درجات على الأقل من أدنى درجة حرارة محيطة يتم مواجهتها عند أقصى ضغط تشغيل.
نظام التحكم
تتمثل الوظيفة الأساسية لنظام التحكم في تنظيم التشغيل العادي لمعدات محطة التزود بالوقود، ومراقبة معلمات التشغيل الرئيسية، وإطلاق الإنذارات تلقائيًا أو بدء إيقاف التشغيل في حالات الطوارئ في حالة تعطل المعدات. تستخدم أنظمة التحكم في-معدات التزود بالوقود المصنعة في الخارج عادةً وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs). يوفر هذا الأسلوب موثوقية عالية، ويتيح تشغيل المعدات تلقائيًا بالكامل، ويسهل نقل البيانات عن بعد إلى غرفة التحكم المركزية-وبالتالي تمكين تشغيل المحطة بدون طيار وتقليل عبء العمل الفعلي لمشغلي المحطة بشكل كبير.
نظام التخزين والصرف
لمنع تكرار دوران الضاغط ولضمان توفر إمداد مستمر بالغاز حتى في حالة عدم تشغيل الضاغط بشكل نشط، يجب أن تكون محطات التزود بالوقود العاملة بالغاز الطبيعي المضغوط مجهزة بمرافق تخزين الغاز. يدمج التصميم النموذجي أنظمة التخزين والتوزيع عبر لوحة تحكم ذات أولوية؛ يدير هذا التكوين تسلسل تدفق الغاز لضمان الاستخدام الفعال للتخزين والتزود بالوقود السريع للمركبة. بشكل عام، تستخدم محطات التزود بالوقود استراتيجية تخزين متدرجة، حيث تصنف مجموعات أسطوانات تخزين الغاز إلى -ضغط مرتفع، ويتم التحكم في مجموعات أسطوانات الضغط المتوسط-والضغط المنخفض- تلقائيًا أثناء عمليات التعبئة والتوزيع الخاصة بها عن طريق لوحة التحكم ذات الأولوية. أثناء عملية التعبئة، يتم ملء بنك الضغط العالي-أولاً؛ بمجرد أن يصل الضغط في بنك الضغط العالي- إلى حد معين، يبدأ بنك الضغط المتوسط -في الامتلاء. وبعد ذلك، عندما يصل الضغط في بنك الضغط المتوسط-إلى الحد المحدد، يبدأ بنك الضغط المنخفض-في الامتلاء. بعد ذلك، يتم ملء مجموعات الأسطوانات الثلاث في وقت واحد حتى يتم الوصول إلى الحد الأقصى لضغط التخزين، وعند هذه النقطة تتوقف عملية التعبئة. أثناء عملية التوزيع، يتم سحب الغاز أولاً من بنك الضغط المنخفض-؛ بمجرد انخفاض الضغط في بنك الضغط المنخفض- إلى حد معين، يبدأ سحب الغاز من بنك الضغط المتوسط-. وبعد ذلك، عندما ينخفض الضغط في بنك الضغط المتوسط-إلى الحد المحدد له، يبدأ سحب الغاز من بنك الضغط العالي-. بعد ذلك، يتم سحب الغاز بشكل متزامن من جميع الأسطوانات الثلاثة حتى يتساوى الضغط داخل مجموعات التخزين مع الحد الأقصى لضغط التخزين للأسطوانات الموجودة على متن السيارة، وعند هذه النقطة يتوقف التوزيع. إذا كانت المركبات الإضافية لا تزال بحاجة إلى التزود بالوقود، فسيتم سحب الغاز مباشرة من خط تفريغ الضاغط؛ بمجرد اكتمال إعادة تزويد السيارة بالوقود، يستأنف الضاغط ملء مخازن التخزين الثلاثة وفقًا لتسلسل التعبئة المحدد قبل إيقاف التشغيل. وتتمثل ميزة وضع التشغيل هذا في أنه يضمن امتلاء بنوك التخزين بأقصى سعتها-وبالتالي تعزيز كفاءة استخدامها-مع تسهيل أعلى سرعات إعادة التزود بالوقود للمركبات في نفس الوقت.
