Introduzione
Le tecnologie chiave coinvolte in una stazione di rifornimento di metano possono essere classificate in diversi sistemi distinti: il sistema di compressione, il sistema di pretrattamento del gas naturale, il sistema di stoccaggio ed erogazione e il sistema di controllo.
Sistema di compressione del gas naturale
Il sistema di compressione del gas naturale è costituito principalmente dall'unità di compressione principale, un serbatoio tampone di aspirazione, un sistema di raffreddamento e un sistema di lubrificazione. L'unità di compressione principale è il componente più critico-che funge da "cuore" della stazione di rifornimento-e le sue prestazioni determinano direttamente l'affidabilità operativa e l'efficienza economica dell'intera struttura. Le stazioni di rifornimento di metano utilizzano tipicamente compressori alternativi, caratterizzati da elevate pressioni di scarico e volumi di cilindrata relativamente bassi. In base al metodo di lubrificazione, i compressori sono generalmente classificati in due tipi: lubrificati a olio e senza olio. Per i sistemi lubrificati a olio-, è necessario installare un dispositivo per la rimozione dell'olio a valle della porta di scarico finale.
La pressione di scarico per i compressori utilizzati nelle stazioni di rifornimento è generalmente di 25 MPa. Sebbene alcune unità possano raggiungere pressioni leggermente più elevate-fino a 28 MPa-e alcuni produttori offrano compressori in grado di raggiungere 32 MPa, l'analisi tecnica indica che una pressione di scarico di 25 MPa offre l'equilibrio ottimale tra efficienza economica, affidabilità e sicurezza. La pressione di aspirazione varia tipicamente da 0,035 a 9 MPa. La capacità di cilindrata del compressore può essere selezionata per adattarsi alla scala specifica della stazione, variando da 16 a 2.000 m³/h, con un intervallo di capacità comune da 200 a 300 m³/h.
Sistema di pretrattamento del gas naturale (inclusa purificazione e regolazione della pressione)
Prima o dopo la compressione, il gas naturale che entra nella stazione di rifornimento deve essere sottoposto a processi di purificazione ed essiccazione-nello specifico, desolforazione, rimozione di idrocarburi e disidratazione. La desolforazione comporta la rimozione dei gas acidi-come l'idrogeno solforato-dal gas naturale per prevenire la corrosione di apparecchiature e tubazioni, nonché per prevenire l'"infragilimento da idrogeno" nelle bombole di gas in acciaio. La rimozione degli idrocarburi comporta l'estrazione degli idrocarburi leggeri dal gas naturale per garantire che il contenuto combinato di etano e alcani più pesanti rimanga inferiore al 3%; ciò impedisce l'accensione e la combustione anomale all'interno del motore del veicolo. La disidratazione comporta la rimozione dell'umidità dal gas naturale per prevenire blocchi di ghiaccio all'interno del sistema di fornitura del gas durante il processo di depressurizzazione e raffreddamento.
La disidratazione del gas naturale è la fase più critica del processo di pretrattamento. A questo scopo, le stazioni di rifornimento di GNC utilizzano in genere essiccatori a doppia-torre. A seconda della posizione specifica dell'unità di disidratazione all'interno del layout della stazione, questi sistemi possono essere classificati in tre tipi: disidratazione a bassa-pressione, a media-pressione e ad alta-pressione. Se i problemi tecnici e produttivi riguardanti la qualità dei raccordi e delle valvole possono essere risolti con successo, il-metodo di disidratazione ad alta pressione-data la sua struttura compatta e le efficaci prestazioni di disidratazione-rappresenta una soluzione altamente praticabile per la disidratazione del gas.
Dopo essere stato sottoposto a trattamenti di purificazione ed essiccazione, il gas naturale deve soddisfare standard specifici per l'uso veicolare prima di poter essere caricato nelle bombole di stoccaggio presso una stazione di rifornimento, venduto direttamente o erogato nei serbatoi di carburante dei veicoli alimentati a metano-. il mio paese ha stabilito uno standard nazionale per il "gas naturale compresso per veicoli" (GB 18047-2000). Questo standard impone limiti rigorosi al contenuto di zolfo e acqua del GNC veicolare, stabilendo che il contenuto di idrogeno solforato deve essere inferiore a 15 mg/m³ e il punto di rugiada dell'acqua deve essere almeno 5 gradi inferiore alla temperatura ambiente più bassa incontrata alla massima pressione operativa.
Sistema di controllo
La funzione principale del sistema di controllo è regolare il normale funzionamento delle apparecchiature della stazione di rifornimento, monitorare i parametri operativi chiave e attivare automaticamente allarmi o avviare arresti di emergenza in caso di guasto delle apparecchiature. I sistemi di controllo nelle apparecchiature di rifornimento-prodotte all'estero utilizzano in genere controller logici programmabili (PLC). Questo approccio offre elevata affidabilità, consente il funzionamento completamente automatizzato delle apparecchiature e facilita la trasmissione remota dei dati a una sala di controllo centrale-consentendo così il funzionamento della stazione senza personale e riducendo significativamente il carico di lavoro fisico degli operatori della stazione.
Sistema di stoccaggio e distribuzione
Per evitare cicli frequenti del compressore e garantire una fornitura continua di gas anche quando il compressore non è in funzione, le stazioni di rifornimento di GNC devono essere dotate di impianti di stoccaggio del gas. Un design tipico integra i sistemi di stoccaggio e distribuzione tramite un pannello di controllo prioritario; questa configurazione gestisce la sequenza del flusso di gas per garantire sia un efficiente utilizzo dello stoccaggio che un rapido rifornimento del veicolo. Generalmente, le stazioni di rifornimento utilizzano una strategia di stoccaggio a più livelli, classificando i banchi di bombole di stoccaggio del gas in alta-pressione. I banchi di bombole a media-pressione e a bassa-pressione vengono controllati automaticamente durante i processi di riempimento ed erogazione da un pannello di controllo prioritario. Durante l'operazione di riempimento, viene riempita per prima la batteria ad alta-pressione; una volta che la pressione nel banco ad alta-pressione raggiunge una soglia specifica, il banco a media-pressione inizia a riempirsi. Successivamente, quando la pressione nel banco di media-pressione raggiunge la sua soglia specifica, il banco di bassa-pressione inizia a riempirsi. Successivamente tutte e tre le bancate di cilindri si riempiono contemporaneamente fino al raggiungimento della pressione massima di stoccaggio, dopodiché il processo di riempimento si interrompe. Durante l'operazione di erogazione, il gas viene prelevato prima dalla batteria a bassa-pressione; una volta che la pressione nella batteria a bassa-pressione scende sotto una soglia specifica, il gas inizia ad essere prelevato dalla batteria a media-pressione. Successivamente, quando la pressione nella batteria di media-pressione scende alla soglia specifica, il gas inizia ad essere prelevato dalla batteria di alta-pressione. Successivamente, il gas viene prelevato simultaneamente da tutte e tre le bancate di bombole fino a quando la pressione all'interno delle banche di stoccaggio non raggiunge la pressione massima di stoccaggio delle bombole di bordo del veicolo, a quel punto l'erogazione cessa. Se altri veicoli necessitano ancora di rifornimento, il gas viene prelevato direttamente dalla linea di scarico del compressore; una volta terminato il rifornimento del veicolo, il compressore riprende a riempire i tre banchi di stoccaggio secondo la sequenza di riempimento stabilita prima di spegnersi. Il vantaggio di questa modalità operativa è che garantisce che i banchi di stoccaggio siano riempiti alla loro capacità massima-migliorando così la loro efficienza di utilizzo-e allo stesso tempo facilitando le massime velocità di rifornimento possibili per i veicoli.
