Информационно-аналитический журнал "Топливный рынок"
Информационно-аналитический журнал "Топливный рынок"
Главная / Журнал "Топливный рынок" / Осень-2019

Регулирование

Режимы отпуска ГРК КПГ

Что выбрать для АГЗС?

Журнал "Топливный Рынок" уже неоднократно рассматривал технические решения, предлагаемые компанией Wayne. В частности, вниманию наших читателей предлагались статьи о платёжных решениях Wayne, о специальных опциях ТРК, о комплексных решениях по автоматизации и некоторые другие. Однако, рынок топлива розничных и коммерческих АЗС показывает рост заинтересованности в альтернативных топливных системах. Поэтому, в предлагаемой статье мы рассмотрим вопрос, который часто встаёт при эксплуатации АГЗС или МАЗС, отпускающих сжатый природный газ (КПГ): в каких режимах могут работать ГРК, чем они отличаются и, главное, какой режим наиболее выгоден с точки зрения соблюдения баланса интересов как конечного клиента, так и станции. При рассмотрении режимов работы, мы будем опираться на набор настроек, доступный в типовой конфигурации ГРК КПГ Helix 6000 CNG от компании Wayne. Эти ГРК предназначены для работы на АГЗС "быстрой заправки", то есть для заправки единичного клиента не более чем за 7-10 минут, вне зависимости от объёма баллонов транспортного средства. Таким образом, мы исключаем из рассмотрения все режимы, относящиеся к "медленной заправке" транспортных средств (ТС).

 

Казалось бы, ГРК КПГ любого производителя устроена максимально просто: фактически, она представляет собой входную линию высокого давления, связанную с хранилищем компрессора КПГ, измеритель массы, подключенный к этой линии через механический фильтр, клапан высокого давления, подключённый на выход измерителя массы и раздаточный шланг с пистолетом КПГ, подключённый на выход клапана. Данные, выдаваемые измерителем массы, отображаются на дисплее ГРК в требуемых единицах отсчёта, блок электроники ГРК связан с POS АГЗС по некоторому протоколу обмена. Входных линий может быть несколько, они могут быть разделены по уровню давления, но это не меняет сути устройства и общих принципов функционирования.

Встаёт вопрос: о каких различных режимах отпуска может идти речь, когда рассматриваемое устройство фактически представляет собой трубу с отсечным клапаном, управляемым электронной схемой? Однако, не всё так однозначно, как может показаться на первый взгляд. Абсолютно все ГРК Wayne Helix 6000 CNG, равно как и все их предшественницы ГРК Wayne Global Star V CNG, даже в стандартной конфигурации поддерживают не менее трёх режимов отпуска КПГ, значительно отличающихся, в первую очередь, по способу определения условий окончания заправки баллонов ТС. Что, соответственно, вызывает и разные требования к настройкам компрессорного блока, а также приводит к разным результатам по степени наполнения баллонов ТС в момент окончания заправки. Рассмотрим подробнее возможные режимы отпуска.

Прямая заправка без алгоритма

Это самый простой и самый очевидный режим, который, как правило, и используется на большинстве АГЗС. Это вызвано, на наш взгляд, как недостаточным уровнем информированности инженерного персонала владельцев оборудования, так и нежеланием сервисных структур дистрибьюторов, а также подрядчиков на пусконаладочных работах производить дополнительные настройки и достаточно длительное тестирование результатов заправок различных ТС. Фактически, в этом режиме ГРК наполняет баллоны ТС клиента до достижения уровня давления в хранилище компрессора, при этом количество линий заправки не играет существенной роли. В связи с чем, одним из основных требований к настройкам компрессора является установка давления хранилища не более чем на 10 бар выше целевого давления заправки, а это и является одним из главных препятствий к снижению общего времени заправки. Прямая заправка на ГРК Wayne предполагает два варианта принятия решения об окончании заправки: по достижении целевого давления или по достижении минимальной скорости заправки. В программном обеспечении ГРК Wayne оба эти условия могут быть введены одновременно. В таком случае, остановка наступит по условию, которое будет выполнено раньше. Естественно, обе этих настройки могут изменяться в широких пределах при запуске ГРК в эксплуатацию. Наиболее очевидный плюс режима прямой заправки – простота настройки и запуска ГРК. Как правило, в качестве второго, если не главного, плюса эксплуатирующие организации называют быстроту заправки ТС, что при ближайшем рассмотрении оказывается заблуждением: за счёт низких скоростей на завершающих этапах наполнения баллонов ТС режим прямой заправки оказывается медленнее, чем более сложные режимы. Разница во времени заправки может составлять до 20 – 25 секунд на клиента, что достаточно ощутимо для непрерывно работающей АГЗС. Наиболее очевидный минус такого режима – неполная заправка клиентов. Режим не учитывает ни изменение температуры газа при заправке ни реальный объём баллонов ТС. Более того, если АГЗС, что не редкость в наших условиях, не имеет отдельных линий питания газом для каждой ГРК, велика вероятность возникновения ситуации, при которой подключение нового клиента с пустыми баллонами вызывает скачкообразный сброс давления в общей системе, что приводит к резкому замедлению заправки клиентов с практически полными баллонами. Напомним, решение об окончании заправки может быть принято по условию достижения минимальной скорости, да – после отработки регулируемого таймаута, но как показывает опыт эксплуатации, в вышеприведённой ситуации 15 – 20% ТС клиентов получают остановку заправки при давлении на 20 – 25 бар ниже целевого, что вызывает рост количества претензий к работе АГЗС. Менее очевидные минусы режима: сравнительно большое время заправки и высокая чувствительность к превышению давления в хранилище компрессора, источником которого зачастую является сам персонал АГЗС, пытающийся это время заправки сократить.

Алгоритм полной заправки с остановкой по целевому давлению

Этот режим предполагает расчёт реального объема баллонов прямо в процессе заправки ТС и отгрузку такой массы газа, которая обеспечит целевое давление после окончания заправки в баллоне данного объёма. Расчёты по алгоритму могут быть скорректированы с учётом плотности газа, если это допускается местными требованиями сертификации оборудования ГРК. Порядок действий ГРК при заправке ТС в этом случае следующий: выполняется тестовая отгрузка заранее известной небольшой массы для определения соответствия подключённого баллона условиям безопасности. Если баллон ТС прошёл проверку на безопасность и отсутствие утечек, производится отгрузка известной массы газа для определения объема баллона ТС. Определение объёма производится по замеру изменения давления газа в баллоне для известной температуры и типовой плотности газа. Для определения объёма вводится пауза на стабилизацию давления. После того, как объём баллона определён, рассчитывается масса газа, которую нужно отгрузить для достижения целевого давления при данных условиях и начинается отгрузка. При достижении 80% отгруженной массы, производится ещё одна остановка отгрузки, стабилизация давления и повторное определение объёма баллона. По его результатам, при необходимости, вводится коррекция целевой массы отгрузки. В этот же момент, возможно изменение способа расчёта момента окончания заправки: при соответствующей настройке ГРК, можно перейти с окончательной отгрузки по массе на окончательную отгрузку по целевому давлению. Опыт эксплуатации показывает, что реальная остановка происходит при разбросе давления в баллоне относительно целевого на ±5 бар. Заметим, что этот режим, тем не менее, не учитывает разогрев газа в баллоне ТС в процессе заправки. То есть, соответствие целевому давлению будет достигнуто именно в момент окончания заправки и не более того. По мере остывания газа в баллоне после заправки реальное давление окончания окажется на 10-20 бар ниже целевого. Однако, опыт эксплуатации показывает, что этот факт очень мало влияет на характер претензий конечных клиентов к работе АГЗС, так как практически никто из них не следит за характером изменения давления сразу после заправки. Так как рассмотренном режиме, ГРК фактически ведёт отгрузку заранее рассчитанной массы газа, стремясь разместить её в данном баллоне, то основным требованием к настройке компрессора в этом случае будет значительный запас по давлению на линии заправки по отношению к целевому давлению для обеспечения максимальной скорости заправки. Рекомендуемое превышение выходного давления компрессора относительно целевого давления заправки должно составлять не менее 20-25 бар. Заметим, что невыполнение этого условия сводит преимущества рассматриваемого режима к нулю, так как параметры остановки по давлению и скорости отгрузки остаются в силе всегда, как дополнительные параметры безопасности. Таким образом, если скорость заправки упадёт до пороговой из-за недостатка давления на входной линии ГРК, то после отработки соответствующего таймаута, заправка будет остановлена по минимальной скорости, невзирая на недостигнутое значение заданной массы отгрузки. Наиболее очевидный плюс этого режима – достаточно точное соответствие давления окончания заправки разрешённому целевому давлению вне зависимости от объёма баллонов конкретного ТС. Вторым ощутимым плюсом является снижение времени заправки ТС по отношению к прямой заправке без алгоритма. Так, в режиме алгоритма полной заправки при целевом давлении 200 бар и выходном давлении компрессора 245 бар, достижимо среднее время заправки автобуса с суммарным объёмом баллонов 1275 литров на уровне 5 – 5.5 минут - в зависимости от температуры окружающей среды и остатка газа в баллонах на момент начала заправки. Основным минусом данного режима является высокая чувствительность к качеству газовой аппаратуры ТС: невозможность стабилизации давления в паузах из-за продолжающегося перетока газа между баллонами ТС и/или неточность определения объёма баллонов, по этой же причине, при отгрузке тестовой массы, приводят к остановке заправки по ошибкам ГРК или к переливам из-за неправильного определения объёма баллонов, что напрямую влияет на безопасность эксплуатации заправленного ТС, особенно при некачественно установленной аппаратуре подачи КПГ в двигатель.

Алгоритм полной заправки с остановкой по температурно-компенсированному значению целевого давления

Этот режим также предполагает расчёт реального объема баллонов прямо в процессе заправки ТС и отгрузку такой массы газа, которая обеспечит целевое давление после окончания заправки в баллоне данного объёма. Расчёты по алгоритму могут быть скорректированы с учётом плотности газа, если это допускается местными требованиями сертификации оборудования ГРК. Основное отличие от предыдущего режима состоит в том, что на основании известных коэффициентов температурного расширения для типовой газовой смеси вводится поправка отгружаемой после определения объёма баллонов массы на температуру окружающей среды при заправке, а также поправка на разогрев газа в баллоне ТС в процессе заправки. Порядок действий ГРК при заправке ТС в этом случае следующий: измеряется и запоминается температура газа в момент начала заправки. Выполняется тестовая отгрузка заранее известной небольшой массы для определения соответствия подключённого баллона условиям безопасности. Если баллон ТС прошёл проверку на безопасность и отсутствие утечек, производится отгрузка известной массы газа для определения объема баллона ТС. Определение объёма производится по замеру изменения давления газа в баллоне для замеренной температуры и типовой плотности газа. Для определения объёма вводится пауза на стабилизацию давления. Во время паузы определяется падение температуры газа для уточнения поправки массы. После того, как объём баллона определён, рассчитывается масса газа, которую нужно отгрузить для достижения целевого давления и данных условий по температуре, затем начинается отгрузка. При достижении 80% отгруженной массы, производится ещё одна остановка отгрузки, стабилизация давления, определение падения температуры газа и повторное определение объёма баллона. По его результатам, при необходимости, вводится коррекция целевой массы отгрузки. Следует особо отметить, что в этом режиме для расчёта массы отгрузки используется типовая компенсационная кривая для КПГ согласно ISO/DIS 16923:2013, предполагающая приведение параметров отгрузки к целевому давлению 200 бар при температуре 15 оС и коррекция этой кривой в настройках ГРК невозможна.

Результатом заправки является максимально точное соответствие целевого давления объёму баллона ТС с поправкой на температуру, что и является основным плюсом режима: при остывании газа в баллоне ТС не происходит падения давления ниже целевого, напротив, давление в баллоне ТС стремится к целевому значению. Однако, в реальных условиях эксплуатации оказывается, что главное преимущество является одновременно и главным недостатком режима: давление момента окончания заправки, видимое клиентами и персоналом АГЗС, оказывается или существенно выше целевых (разрешённых) 200 бар в летнее время или, что ещё хуже, значительно ниже целевого значения в зимнее время. При этом ни клиенты ни персонал, естественно, не задумываются о причинах этого явления, что существенно увеличивает количество претензий к работе конкретной АГЗС, использующей такой режим работы ГРК. Так как с точки зрения способа отгрузки этот режим похож на предыдущий, то и настройки компрессора весьма схожи. Основное требование – выходное давление компрессора должно превышать целевое давление заправки не менее, чем на 20 – 25 бар, при этом следует принимать во внимание, что само целевое давление здесь является переменной величиной. К дополнительным недостаткам режима можно отнести те же, что и в предыдущем случае: это высокая чувствительность к качеству газовой аппаратуры ТС.

Какой же режим работы ГРК Wayne выбрать для АГЗС?

Прямая заправка без алгоритма, при кажущейся простоте, не даёт ощутимых преимуществ. Пожалуй, её применение хоть как-то оправдано в двух случаях:

- высокий процент клиентов АГЗС с "нетиповыми" установками КПГ;

- массовая заправка однотипного транспорта (автобусный парк) в группах, то есть при одновременном старте заправки пяти и более машин.

Режим алгоритма полной заправки с остановкой по целевому давлению является, очевидно, самым оптимальным для условий нашего рынка КПГ. С одной стороны, он не приводит к большому количеству отказов в заправке ТС по причинам несовместимости порядка работы ГРК с оборудованием клиента, а с другой стороны обеспечивает достаточно точное соответствие видимого результата окончания заправки допустимым значениям давления. Некоторым недостатком этого режима является необходимость дополнительной настройки ГРК и тестирования результатов, особенно на АГЗС с большим количеством одновременно работающих постов. Режим алгоритма полной заправки с остановкой по температурно-компенсированному значению целевого давления, несомненно, даёт наилучшие результаты с точки зрения процента наполнения баллонов ТС, но при реальной эксплуатации имеет существенные ограничения по использованию, связанные, главным образом, с непониманием персоналом станций и клиентами особенностей функционирования ГРК в этом режиме. Опыт эксплуатации станций в таком режиме показывает, что через несколько дней работы владелец оборудования просит переключиться на менее раздражающий клиентов режим.

Мы рассмотрели режимы отпуска ГРК КПГ Wayne в самых общих чертах. В то же время, все эти режимы имеют достаточное количество параметров, обеспечивающих точную подстройку алгоритма работы ГРК, рассмотрение которых выходит за рамки журнальной публикации. Представительство компании DFS, которое осуществляет продажи и поддержку оборудования под брендом Wayne на территории РФ всегда готово оказать любую возможную помощь как владельцам оборудования ГРК, так и тем участникам рынка, кто только задумывается о его приобретении. 

© ИД "Топ-пресс", 2006-2020
Использование материалов сайта допускается только с письменного разрешения редакции.

т. (495) 517-55-26, +7 (906) 038-26-80
т/ф. (499) 194-09-79
info@top-r.ru