جایگاه CNG ، پیچیده‌تر از جایگاه بنزین

جایگاه سوخت CNG طبیعتا پیچیدگی­ های بیشتری نسبت به جایگاه بنزین و گازوئیل دارد. اما سوال اینجاست، این تفاوت در ساختار از کجا نشات می­‌گیرد. در جایگاه بنزین و گازوئیل سیالی که عرضه می‌­شود مایع و تراکم ناپذیر است. اما در جایگاه CNG سیالی که عرضه می­‌شود، گاز است که تراکم پذیر است. بنابراین تمامی تجهیزات این دو نوع جایگاه با یکدیگر متفاوت هستند.

اگر مسیری که سیال در این دو جایگاه طی می­‌کنند را بررسی کنیم، خواهیم دید در جایگاه بنزین یا گازوئیل، سوخت از داخل مخزن مدفون جایگاه که تحت فشار نیست پمپ می­‌شود. در صورتی که در جایگاه CNG، گاز از خط اصلی گرفته شده و به مخزن خودرو­ها منتقل می‌­شود.

در جایگاه CNG با توجه به اینکه سیال انتقالی گاز است، باید تمامی آب بندی­‌ها و شیر­ها سازگار با گاز انتخاب شوند. نکته دیگر این است که در جایگاه CNG نمی‌­توان از پمپ استفاده کرد و با توجه به تراکم پذیر بودن گاز باید از کمپرسور استفاده کرد. استفاده از کمپرسور به نسبت پمپ هزینه­‌های بیشتری برای به دنبال خواهد داشت.

از طرف دیگر با توجه به اینکه گاز طبیعی از خط لوله اصلی گرفته می­‌شود، نیاز دارد تا از لحاظ فشار، دما و کیفیت دستخوش تغییر قرار گیرد. این تغییرات با استفاده از تجهیزاتی که در مسیر جریان گاز از خط لوله اصلی تا نازل دیسپنسر بکارگرفته می­‌شوند، انجام می­گیرند. طراحی جایگاه­ سوخت، اعم از انتخاب کمپرسور و مخزن مناسب، از نوع و تعداد خودرو­های متقاضی سوخت، تاثیر پذیرند.

شما می توانید در جهت آشنایی با جایگاه CNG و ساختار آن به مطالعه لینک مقاله موجود مراعه نمایید.

جایگاه CNG سرمایه گذاری مطمئن

با توجه به تجهیزاتی که در جهت رساندن گاز به شرایط ایده آل مورد استفاده قرار می­‌گیرند. هزینه احداث جایگاه CNG از هزینه احداث جایگاه بنزین و گازوئیل بیشتر می­شود. لذا مقوله­ سود دهی جایگاه CNG از اهمیت ویژه­ای برخوردار می­شود. در مقاله­ های بعدی با در نظر گرفتن هزینه احداث جایگاه و سوددهی آن، منطقی بودن احداث و بهره­ برداری جایگاه CNG به صورت خصوصی را بررسی می­‌کنیم. اما موضوعی که واضح این است که با توجه به هزینه‌­های سنگین احداث جایگاه CNG لازم است دولت و ذینفعان (تولید کنندگان کمپرسور و …) شرایط خاصی در جهت تشویق به احداث و بهره­ برداری جایگاه­‌های CNG در نظر بگیرند.

در این مقاله قدم به قدم از خط اصلی گاز تا دیسپنسر، تجهیزاتی که در مسیر قرار دارند را بررسی می­‌کنیم. همانطور که در مقاله قبلی توضیح داده شد، جایگاه­‌های CNG نوع­ های مختلفی دارند. که این جایگاه­‌ها در بعضی از تجهیزات با یکدیگر متفاوت هستند. در مقاله قبلی ساختار این جایگاه­‌ها و تجهیزاتی که در آن­ها بکارگرفته شده توضیح داده شده است.

ساختار کلی یک جایگاه CNG

به طور کلی در ساختار یک جایگاه سوخت CNG، فرآیند از خط لوله اصلی گاز آغاز و تا محلی که مخزن خودروی گازسوز پر می­‌شود ادامه پیدا می­‌کند. در این فرآیند مراحل مختلف کیفیت گاز بهبود داده می­‌شود تا به حالت ایده‌­آل برسد، سپس اندازه‌­گیری شده و به متقاضی عرضه می­‌شود.

خط لوله اصلی گاز، معمولا فشار مناسب برای استفاده در سیستم جایگاه سوخت CNG را دارند. بسیاری از تجهیزات جایگاه توانایی کار با گاز فشار پایین را دارند. در بعضی از جایگاه­‌های خاص با توجه به نوع خودرو­هایی که در جایگاه بارگیری می­‌کنند نیاز است تا فشار ورودی بالاتر باشد.

تضمین کیفیت سوخت (گاز) ورودی یکی از اصلی ترین نکات در جایگاه سوخت است. کیفیت گاز ورودی بسیار تاثیر پذیر از میزان رطوبت یا سایز و مقدار دیگر ناخالصی­‌های موجود در آن است. رطوبت موجود در گاز با واحد میلیون قسمت در فوت مکعب نشان داده می‌­شود. اگر رطوبت موجود در گاز بیشتر از حد استاندارد باشد لازم است تا گاز خشک  و آماده­ طی کردن دیگر مراحل در جایگاه شود. گاهی اوقات به علت وجود ذرات ناخالصی در گاز، نیاز است تا از فیلتر مناسب نیز استفاده کنیم. در بعضی از کمپرسور­های استاندارد، فیلتر نیز قرار داده شده است.

حال گاز خشک و تصفیه شده برای فشرده شدن توسط کمپرسور آماده شده است. گاز پس از عبور از درایر و فیلتر وارد کمپرسور شده و تا فشار مناسب متراکم می‌­شود. سپس با تاوجه به نوع جایگاه (زماندار یا سریع) مستقیما به دیسپنسر یا به مخزن ذخیره­‌سازی منتقل می­‌شود. گاز تحت فشار حاصله، آماده عرضه به متقاضی سوخت است.

انتقال CNG از کمپرسور به مخزن در حالت سوخت گیری سریع یا زماندار به مخزن خودرو متقاضی سوخت، نیازمند بهره گیری از یک سیستم کنترلی است که با توجه به نوع جایگاه (زماندار یا سریع) تعیین می­‌شود.

تجهیزات جایگاه­‌های CNG

تجهیزات یک جایگاه CNG را می­‌توان به سه دسته­ سیستم فرآیند فشار بالا، سیستم ذخیره سازی فشار بالا و سیستم توزیع فشار بالا تقسیم کرد. هرکدام از این سیستم­ها شامل تجهیزات مختلفی هستند و انواع مختلفی دارند.

سیستم فرآوری فشار بالا

سیستم فرآیند فشار بالا قلب یک جایگاه CNG است. این سیستم وظیفه­ی بهبود کیفیت گاز طبیعی و فشرده سازی آن را دارد. به نحوی که برای سوخت­گیری مناسب باشد. معمولا این بخش می­تواند از سه نوع تک برجی، چند برجی و چند برجی با فشار بالا تشکیل شود.

نوع تجهیزاتی که در این سیستم بکارگرفته می­شوند از نوع جایگاه ( زماندار یا سریع)، تعداد خودروهایی که در پیک کاری در جایگاه سوخت گیری می­‌کنند و نوع خودرو­های متقاضی سوخت تاثیر پذیر هستند. لذا ابتدا باید تمامی این عوامل در نظرگرفته شود و سپس نوع تجهیزات انتخاب شود. این سیستم گازی که از خط لوله گرفته می­‌شود را توسط درایر خشک و توسط فیلتر تمیز می­‌کند. سپس توسط کمپرسور فشرده می­‌کنیم.

سیستم ذخیره سازی فشار بالا

سیستم بعدی ، سیستم ذخیره سازی گاز فشرده شده خروجی از کمپرسور است. نوع تجهیزات بکارگرفته شده در این مرحله نیز به عوامل که در مرحله قبل ذکر شد بستگی دارد. اما تمامی مخازن رو زمینی هستند. همانطور که در بالا ذکر شد در جایگاه­‌های سوخت گیری زماندار نیاز به مخزن ذخیره سازی نیست و تنها استفاده از مخزن بافر کافی است. به طور کلی با توجه به نوع جایگاه CNG ، سه نوع مخزن DOT، BUFFER و CASCADE می­توان استفاده کرد.

سیستم توزیع سوخت فشار بالا

سیستم توزیع سوخت نیز مانند سیستم­‌های دیگر با توجه به نوع جایگاه تعیین می‌­شوند. به طور کلی چهار نوع سیستم توزیع داریم که دو نوع آن معمول است. در جایگاه‌­های سوخت گیری سریع که امکان سوخت گیری برای هر نوع خودرویی میسر است از دیسپنسر استفاده می­‌شود. دیسپنسر مقدار سوخت تحویلی و قیمت آن را نمایش می‌­دهد.

اما در جایگاه­‌های سوخت گیری زماندار به اصطلاح از Post fill استفاده می­‌شود. این نوع از جایگاه‌­ها با توجه به اینکه در جهت سوخت گیری خودرو­های خاصی (ناوگان) مانند خودرو­های جمع آوری زباله احداث می­‌گردند. نیازی به اندازه گیری و نمایش مقدار سوخت تحویلی ندارند. بنابراین از Post fill استفاده می­‌کنند که می­توان گفت صرفا یک درگاه بارگیری CNG  است.

سیستم کنترلی توزیع سوخت

در جایگاه سوخت گیری سریع که هر نوع خودرویی امکان سوخت گیری دارد، سیستم کنترلی به اصطلاح می­تواند الویت بندی مناسب را انجام دهد. به این صورت که با در نظر گرفتن فشار مخزن خودرو تعیین می­‌کند که عملیات سوخت گیری از کدام مخزن، کم فشار یا فشار متوسط یا فشار بالا انجام پذیرد. در نتیجه مخزن خودرو حتما کاملا پر خواهد شد. در یک نوع برنامه دیگر ترتیب بندی مناسب انجام می‌­شود و جریان CNG از کمپرسور مستقیما به خودرو یا دیسپنسر منتقل می‌­شود.

جایگاه­‌های CNG از نوع سوخت سریع به گاز متراکم شده نیاز دارند که در مخزن فشار بالا ذخیره شوند. در این صورت تعداد خودرو­های بیشتری سوخت گیری سریع انجام می­‌دهند. گاز فشرده شده بعد از کمپرسور از طریق 3 انشعاب، در سه سطح مخزن فشار بالا، فشار متوسط و فشار پایین ذخیره می­‌شود. با استفاده از این سه مخزن عملیات سوخت­گیری سریعتر انجام می‌­شود. همچنین مخزن خودرو­ها کاملا پر می‌­شود. طبق قانون مخازن ذخیره­سازی CNG در جایگاه­ها از نوع روزمینی می­‌باشند.

دیسپنسر CNG

دیسپنسر­های CNG در سایز­ها وشکل­‌های مختلف موجود است و به طور کلی گوناگونی زیادی دارد. با این حال این نوع جایگاه (زماندار یا سریع) است که تعیین کننده اندازه و شکل دیسپنسر خواهد بود. همچنین دیسپنسر جایگاه CNG با شیلنگ­‌ها و دبی‌­های گوناگون در دسترس است. علاوه بر این روش­های مختلفی برای اندازه گیری مقدار سوخت تحویلی وجود دارد. که باعث می‌­شود تجهیزات درون دیسپنسرها متفاوت باشد.

دیسپنسر­های سیستم سوخت­گیری زماندار سوخت را با عبور از یک تنظیم کننده (رگالاتور) فشار عرضه می­کنند. زمانی که دبی جریان گاز به حداقل می­رسد، دیسپنسر جریان سوخت را قطع می­کند. تجهیزات دیسپنسر­های سیستم سوخت­گیری سریع، فشار موجود در مخزن را اندازه­ گیری می­کنند. سپس مقادیر کوچک کوچک سوخت که به صورت دقیق اندازه­گیری شده ­اند به مخزن وارد می­شوند.

در این حالت افزایش فشار مخزن نیز محاسبه می­شود. با این رویه مخزن به سرعت و ایمن سوخت­گیری می­شود. زمانی که مخزن پر می­شود، دیسپنسر جریان را قطع می­کند. بسیاری از دیسپنسر­ها از یک جبران کننده دما بهره می­گیرند. که دمای گاز تحویلی را تنظیم می­کند. این امر باعث می­شود در روز­هایی که دمای هوا پایین است، عملیات سوخت گیری به درستی انجام پذیرد و مخزن خودرو به صورت کامل پر شود.

دیسپنسر CNG سه ورودی از سه مخزن کم فشار، فشار متوسط و فشار بالا دارد. استراتژی کاری دیسپنسر به صورتی است که در بالا ذکر شد. در آغاز فرآیند سوخت گیری ابتدا فشار مخزن خودرو تشخیص داده می­شود و با توجه به آن تعیین می­شود از که سوخت گیری از کدام مخزن صورت پذیرد.

تجهیزات دیسپنسر CNG

دیسپنسر CNG از تجهیزات متفاوتی تشکیل شده است که در ادامه به توضیح مختصر هرکدام می‌­پردازیم:

• صفحه نمایشگر که مقدار سوخت تحویلی و قیمت را نمایش می­‌دهد.
• اتصالات سازگار با فشار بالا برای جلوگیری از بوجود آمدن هرگونه نشتی.
• رگولاتور مخصوص فشار بالا برای تنظیم فشار عملکردی
• شیر­های توپی و منیفولد برای هدایت و کنترل گاز با فشار بالا
• فیلتر­های سازگار با فشار 345 بار برای جداسازی ذرات جامد و مایع در سوخت گاز تحویلی. فیلتر در پشت شیر قطع کن قرار می­‌گیرد.
• شیر­های سوزنی و یکطرفه برای عملکرد ایمن. شیر یکطرفه در محل­های مختلف جریان قرار می­‌گیرد و از برگشت جریان گاز از تجهیزات به قسمت­های کم فشار جلوگیری م‌ی­کند. شیر­های سوزنی نیز در دیسپنسرهایی قرار دارند که نیاز به تخلیه جریان برای تعمیرات باشد.
• شیر­های توپی مدل B و  HB ، این شیر­ها به صورت دستی، الکترونیکی، پنوماتیکی و الکتریکی عمل می­کند. این شیر­ها در جهت کنترل جریان گاز طبیعی مورد استفاده قرار می­‌گیرد.
• شیلنگ گاز متناسب با فشار 354 بار برای سوخت گیری و ونت. با قطر داخلی حدودا 10 میلی­متر و قطر خارجی 7/12 میلی­متر. شیلنگ ونت نیز برای تخلیه کردن گاز باقی مانده در زانویی نازل مورد استفاده قرار می‌­گیرد. هر دو شیلنگ معمولا به طول 3 متر هستند. از یک طرف به نازل و از طرف دیگر به کوپلینگ قطع کن اضطراری متصل هستند.
• شیر قطع کن اضطراری برای قطع کردن جریان سوخت در مواقع اضطراری (حرکت خودرو زمانی که نازل به آن متصل است و از جا کنده شدن شیلنگ). این شیر برای فشار 248 بار برای سوخت گیری و ونت در نظر گرفته می­‌شود.
• نازل و نگهدارنده نازل، با استاندارد NGVI/ANSI، نازل CNG با نیروی اپراتور به ورودی مخزن خودرو متصل نمی‌­شود. بلکه به نحوی طراحی شده است که برای سوخت­گیری به ورودی مخزن خودرو قفل می­‌شود. شیر سه طرفه­ ای نیز در آن تعبیه شده است که جریان گاز را باز و بسته می­‌کند و همچنین گاز اضافی (در هنگام پر شدن مخزن) را از خود عبور داده و ونت می­‌کند.

میتر­ دیسپنسر­های CNG

میتر دیسپنسر ­های CNG بر اساس قانون نیروی کوریلیوس کار می­‌کند. به این صورت که درون میتر قسمتی از شیلنگ به صورت خمیده قرار دارد. با عبور جریان از داخل شیلنگ، به علت نیروی کوریلیوس شیلنگ به حرکت در می‌­آید و حرکت نوسانی می­‌کند. سنسور­هایی نیز تعبیه شده­‌اند تا این حرکت نوسانی شیلنگ را به سیگنال الکترونیکی تبدیل کنند. با استفاده از کالیبراسیون مناسب پردازشگر از سیگنال­ها استفاده کرده و مقدار سوخت تحویلی را نمایش می­‌دهد.

روند کلی سوخت­گیری مخزن خودرو گاز سوز به این صورت است که بعد از اتصال نازل به درگاه خودرو روند سوخت گیری آغاز می‌­شود. با استفاده از سنسور­هایی که در نظر گرفته شده فشار داخل مخزن خودرو تشخیص داده شده و با توجه به آن، پردازشگر تصمیم می­گیرد از یکی از درگاه­های مخزن کم فشار، فشار متوسط و پرفشار سوخت­گیری را آغاز کند. با استفاده از میتر کوریلیوس و نمایشگر مقدار سوخت تحویلی به متقاضی نشان داده می­شود.

روند سوخت گیری تا جایی ادامه پیدا می­‌کند که مخزن خودرو پر شده و فشار بیش از حد می‌­شود. در این لحظه شیر سه طرفه نازل عمل کرده و جریان را قطع می­‌کند. سپس اپراتور قفل نازل را باز کرده و نازل را در جای خود قرار می­‌دهد.

کمپرسور جایگاه

کمپرسور جایگاه معمولا از نوع سیلندر پیستونی است و با توجه به اندازه جایگاه می­تواند 3 یا 4 مرحله یا حتی بیشتر باشد. کمپرسور از قسمت­های زیر تشکیل شده است:

• گاز تمیز و فیلتر شده برای عملکرد بهتر کمپرسور ضروری است. بسته به کیفیت گاز یک یا چند فیلتر مناسب بر روی ورودی کمپرسور متصل می‌­شود.
• شیر­های بکار رفته در کمپرسور جریان و کارایی آن­ را تعیین می­‌کنند. باید به نحوی باشند که تعمیر و نگهداری آن­ها به راحتی و با کمترین هزینه انجام گیرد.
• جدا کننده‌­ها: وظیفه­ جدا کردن روغن و آب را از گاز فشرده شده دارند. جدا کننده‌­ها باید از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته شوند تا کارایی طولانی تری داشته باشند.
• محفظه میل لنگ: در این قسمت میل لنگ و پیستون­ها قرار گرفته شده­اند. پیستون­ها به صورت کامل آب بندی می­‌شوند تا از ترکیب شدن گاز و روغن جلوگیری شود. همچنین محفظه میل لنگ نیز برای داشتن عمری طولانی‌­تر از فلز ضد خوردگی مناسب ساخته می­‌شود.
• روغن کاری: تمامی کمپرسور­ها برای خنک کاری و بالا رفتن کارایی نیاز به روانکاری دارند. بنابراین کمپرسور سیستم روغن کاری دارد
• شیر ایمنی: بعد از هر مرحله فشرده سازی برای اطمینان از عملکرد ایمن و محافظت در برابر فشار بیش از حد شیر ایمنی نصب می­‌شود.
• چگالنده: این تجهیز روغن و آب را از جدا کننده یا دیگر قسمت­ها به صورت drain می­‌گیرد و با چگالش آن­ها، کمپرسور را برای شرایط کاری سخت آماده می­‌کند.

کمپرسور­های جایگاه CNG معمولا از نوع هوا خنک هستند، تمام سیلندر­ها و سرسیلندر­ها دارای سطوح بزرگی هستند که حداکثر سطح تماس برای انتقال حرارت را داشته باشند. کاهش دمای کمپرسور کارایی آن و حتی جدا کننده­‌ها را نیز بالا می‌­برد. سیستم خنک کاری به علت کار مداوم، باید طول عمر بالایی داشته باشد و سرویس آن به راحتی انجام پذیرد.

انتخاب کمپرسور

انتخاب کمپرسور مناسب برای یک جایگاه، از مهم ترین نکات احداث و بهره ­برداری جایگاه CNG است. با در نظر گرفتن عوامل و شرایط گوناگون، حداقل ظرفیت کمپرسور مورد نیاز برای جایگاه بدست می­‌آید. سپس با در نظر گرفتن ضریب اطمینان و حداقل ظرفیت، کمپرسور مناسب انتخاب می‌­شود. در ادامه به بررسی عوامل تاثیر گذار در ظرفیت مخزن می­‌پردازیم.

• نوع خودرو­هایی که می­‌خواهند در جایگاه سوخت گیری کنند چیست؟ برای مثال جایگاهی که برای سوخت­گیری ناوگان خاصی احداث می­‌شود با جایگاهی که برای سوخت گیری عامه مردم است، قطعا متفاوت خواهد بود.
• در روز چه تعداد وسیله نقلیه در جایگاه سوخت گیری می­کنند؟ یکی از اطلاعات حیاتی در جهت انتخاب کمپرسور، تعداد خودرو­هایی است که در یک روز در جایگاه سوخت­گیری می­‌کنند. این موضوع تععین کننده مقدار سوختی است که باید در مخزن جایگاه ذخیره شده باشد.
• حساب کردن حدودی مقدار سوختی که به هر وسیله نقلیه عرضه می­‌شود. در این صورت با توجه به تعداد خودروها، مقدار سوخت عرضه شده از جایگاه در طول روز بدست می­‌آید. برای این امر می‌­توان مقدار گازوئیل یا بنزینی که اتومبیل مصرف می‌­کند را با ضریب تبدیل مناسب به مقدار گازی که مصرف می­کند، تبدیل کرد.
• پیک کاری جایگاه چگونه است؟ برای انتخاب کمپرسور و یا حتی مخزن، باید بررسی شود در چه تعداد خودرو به طور همزمان می­‌توانند در جایگاه سوخت­گیری کنند. زمان سوخت گیری هر خودرو چه مقدار طول می‌­شد. در زمان پیک کاری چه تعداد خودرو در جایگاه سوخت گیری می­‌کنند.
• تعیین کنید جایگاه از نوع سوخت­گیری زماندار است یا سریع. برای مثال اتومبیل ناوگان‌­ها به صورت زماندار و خودرو­های معمولی به صورت سریع سوخت­گیری می­‌شوند. سیستم ذخیره سازی و توزیع این دو نوع جایگاه متفاوت است که باعث می­‌شود نوع کمپرسور آن­ها نیز تفاوت داشته باشد.
• بررسی شود که مقدار سوخت تحویلی به هر خودرو به صورت جداگانه اندازه گیری و یا مقدار سوخت تحویلی به صورت کلی تعیین ­‌شود.
• پتانسیل کاری جایگاه چگونه است؟ باید بررسی شود جایگاه در آینده تا چه مقدار جای پیشرفت خواهد داشت. به بیان دیگر تعداد خودرو­هایی که در پیک کاری جایگاه سوخت­گیری می­کنند تا چه تعداد زیاد می­شود.
• فاصله جایگاه از خط اصلی گاز چقدر است؟ باید بررسی شود فشار و کیفیت گازی که از خط لوله اصلی جایگاه را تغذیه می­‌کند چقدر است.
• فشار عملکردی خودرو­هایی خودرو­هایی که در جایگاه سوخت گیری می­‌کنند چقدر است؟ اکثر خودروها psi 3600 است. اما خودرو­های دیگری نیز هستند که فشار عملکردی متفاوتی دارند.

با در نظر گرفتن همه­ این عوامل ظرفیت مناسب مخزن را بدست آورده و از برند­های تامین کننده این تجهیزات ، کمپرسور مورد نظر را خریداری می­‌کنیم.