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CNG汽車加氣站脫水裝置 應(yīng)用體會與分析
責(zé)任編輯：作者：admin人氣：3037 發(fā)表時間：2021-04-13
無錫華潤燃?xì)庥邢薰?nbsp; 李彥學(xué)
摘要：對天然氣汽車加氣站高壓后置分子篩脫水撬的運(yùn)行狀況進(jìn)行總結(jié)分析并與其它幾種形式的分子篩脫水裝置進(jìn)行比較，為今后建站的選型設(shè)計(jì)提出建議。
關(guān)鍵詞：CNG脫水裝置 壓縮天然氣 運(yùn)行狀況 分子篩
分子篩脫水裝置是加氣站的四大關(guān)鍵設(shè)備之一（脫水、壓縮、儲氣、售氣），其作用主要在于防止系統(tǒng)冰堵和對高壓容器的腐蝕，目前應(yīng)用的脫水裝置一般分為兩種形式：低壓前置和高壓后置，前者設(shè)在壓縮機(jī)之前，工作壓力基本等同管網(wǎng)壓力；后置設(shè)在壓縮機(jī)后，工作壓力為25MPa。
1、高壓后置脫水裝置應(yīng)用體會：
1.1無錫華潤燃?xì)夤粳F(xiàn)有四座加氣站，采用的脫水撬均為高壓后置式，其理由主要為三點(diǎn)：一是沿襲傳統(tǒng)習(xí)慣；二是管網(wǎng)壓力偏低；三是采購成本較低。不同廠家設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)和工藝流程基本相同，僅再生系統(tǒng)冷卻方式有所差異。
圖1采用標(biāo)準(zhǔn)流 程，即再生熱氣經(jīng)板翅式風(fēng)冷卻器冷卻；圖2熱再生氣與高壓節(jié)流后的冷氣交換熱量，前者需要消耗0.45KW冷卻風(fēng)機(jī)功率，但可以做到全天候工作。而后者無需冷卻風(fēng)機(jī)， 再生階段壓縮機(jī)不得停機(jī)，否則將無法獲得冷源。
此外冷源還受高壓端的實(shí)際壓力影響和流量影響，若壓力偏低、流量偏小時，原本冷量已顯不足的狀況會進(jìn)一步加劇，導(dǎo)致排氣溫度未能足夠冷卻、油水分離不徹底。
前者冷卻器采用高效板翅式換熱器，不受工藝和環(huán)境條件改變影響，實(shí)現(xiàn)“全天候可靠工作，確保氣液分離器有效工作，避免“自然冷卻”冷量不足、排氣溫度不穩(wěn)定、油水分離不徹底之缺陷。
1.2、主要運(yùn)行參數(shù)：
| 處理氣量 | 進(jìn)氣溫度 | 溫度設(shè)置 | 再生時間 | 吸附時間 | 露點(diǎn)溫度 | 其它 | |
| 中南站 | 2000Nm3/h | 室溫 | 180~220℃ | 5h | ＞8h | ＜-55℃ | 露點(diǎn)穩(wěn)定 |
| 太湖站 | 2000Nm3/h | 45℃ | ＜250℃ | 6h | ＞8h | ＜-55℃ |
1.3運(yùn)行狀況
后置高壓脫水裝置在中南站等加氣站投用已分別達(dá)到2~3年，基本上能滿足使用要求，本文主要對其設(shè)備多發(fā)故障和先天性缺陷予以分析：
| 故障/缺陷現(xiàn)象 | 原因分析 | 排除或改進(jìn)措施 |
| 接頭普遍漏氣 | (1)處于高壓狀態(tài)下螺紋接頭承受高低壓和高低溫交變應(yīng)力。 (2)管道制造過程中未能保證形位公差，致使接頭承受附加應(yīng)力。 |
中南站設(shè)備兩年后被廠家招回重新制作管系后基本消除 |
| 切換閥門更換較頻繁，分子篩亦更換 | 同上述原因1 | |
| 露點(diǎn)不穩(wěn)定，內(nèi)部常有冰堵 | 由于天然氣焦-湯效應(yīng)因素（壓力每下降1bar，溫度約下降0.4℃），當(dāng)再生氣減壓時，壓力會從200 bar下降至2 bar，溫降可達(dá)80℃，若再生氣含濕量較大（如成品氣露點(diǎn)不達(dá)標(biāo)，或氣井氣運(yùn)行初期底部存水），均會造成內(nèi)冰堵。 | 提高加熱溫度，延長加熱時間，加大再生氣量確保成品氣干燥度達(dá)標(biāo)。 由于氣井液壓試驗(yàn)后不可能排凈水，運(yùn)行初期（3~6個月），盡可能不用氣井返回氣作為再生氣源。 |
| 運(yùn)行初期，再生周期難以保證，再生氣難于回收（即使采用回氣計(jì)量裝置，但因回氣不均勻性造成計(jì)量誤差） | 壓縮機(jī)運(yùn)行時間與加氣車數(shù)量有關(guān)，而再生周期一般不低于6小時（加熱3.5h，吹冷2h）當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)時，再生氣源中斷或使用氣瓶儲氣但再生氣不能返回壓縮機(jī)入口。 | 再生過程調(diào)整至白天壓縮機(jī)連續(xù)開機(jī)時段，避免再生斷氣和超壓。 |
另外：由于四個站均采用了無油/少油壓縮機(jī)，分子篩不會發(fā)生油中毒，據(jù)了解未采用無油壓縮機(jī)的站點(diǎn)，其后置高壓脫水裝置的分子篩嚴(yán)重油中毒，滿負(fù)荷工作狀態(tài)，分子篩平均更換周期僅為3~6個月。
2、前置型脫水裝置：
后置高壓脫水裝置顯然具有體積小、重量輕，初期投資小于前置型，但由于其運(yùn)行費(fèi)用較高，安全性差，對壓縮機(jī)無保護(hù)作用，所以僅適用于中小型、低管網(wǎng)壓力（＜2bar）和低配型壓縮機(jī)。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，國際市場在上世紀(jì)九十年代已不再推薦使用高壓后置型式，國內(nèi)2000年后，前置型用量逐年遞增，特別是在管網(wǎng)壓力較高的中大型站，幾乎全部采用前置型，其處理量單臺可達(dá)近10000Nm3/h，工作壓力涵蓋低、中壓，有的甚至超過10MPa。目前管網(wǎng)壓力仍有（特別是主管線壓力）升高趨勢。
2.1前置型分類及流程：
按壓力等級可分為低壓（0.2~10MPa）、中壓(＞1.6~＜10MPa)、高壓（≥10MPa）。
3、前、后置脫水裝置經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較：
| 項(xiàng)目 | 前置脫水裝置 | 后置脫水裝置 |
| 處理氣量 | ＞1000~10000m3/h 中大型站 | ＜1000m3/h 小型站 |
| 壓縮機(jī)有效排量 | 不減少壓縮機(jī)排氣量 | 干燥器再生時耗氣量約為壓縮機(jī)排氣量的5%，減少壓縮機(jī)有效排氣量 |
| 管網(wǎng)壓力 | ＞0.2~10.0 MPa 壓力過低，會導(dǎo)致設(shè)備過于龐大 |
≤0.2 MPa |
| 管網(wǎng)氣質(zhì) | 要求不高 有益于壓縮機(jī)工作環(huán)境改善和延長壽命 |
有要求 當(dāng)管網(wǎng)氣質(zhì)不好（含水、硫、凝析油及固體顆粒）時，有可能對壓縮機(jī)造成腐蝕、磨損、液擊等損傷。 |
| 充氣負(fù)荷 | 不受壓縮機(jī)開機(jī)時間限制 | 易受壓縮機(jī)負(fù)荷變化影響 |
| 投資、運(yùn)行成本 | 投資較大； 基本無易損件，無潤滑油污染，吸附劑、零部件壽命長 |
投資較小； 高低壓切換沖刷吸附劑，壓縮機(jī)潤滑油有可能污染吸附劑，吸附劑壽命較短，高壓零部件易損壞，再生氣回收利用困難 |
| 體積、重量 | 體積、重量大（尤其低壓時） | 體積、重量小 |
4、脫水裝置功能再認(rèn)識：
CNG汽車加氣站四大設(shè)備之一的脫水裝置，其基本功能或用途主要有三：
〈一〉避免系統(tǒng)冰堵，這是因?yàn)樘烊粴獾慕苟?湯姆遜效應(yīng)較一般氣體更為強(qiáng)烈，
如壓縮空氣壓力每下降1bar，其溫度降低約0.1℃，而壓縮天然氣壓力每下降1 bar，溫度降低約0.4℃，其焦-湯效應(yīng)是壓縮空氣的4倍。加氣站和汽車內(nèi)部管道、閥門多處存在節(jié)流小孔，極易形成大壓降、大溫差，導(dǎo)致管內(nèi)氣體溫度驟降至零下幾十度，遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)刈畹铜h(huán)境溫度，因此，CNG系統(tǒng)所要求的水份含量也遠(yuǎn)低于輸送管網(wǎng)所要求的含水量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，中國大陸南方當(dāng)氣體露點(diǎn)溫度高于-35℃，北方地區(qū)露點(diǎn)溫度高于-45℃，東北、新疆等寒冷地區(qū)露點(diǎn)溫度高于-55℃，就有可能發(fā)生冰堵現(xiàn)象，高壓、低溫狀態(tài)還有可能形成水合物堵塞管道系統(tǒng)，導(dǎo)致加氣站不能實(shí)現(xiàn)正常加氣，汽車無法啟動和運(yùn)行。
〈二〉避免設(shè)備、管道、貯罐等腐蝕和產(chǎn)生“氫脆”，文獻(xiàn)【2】稱：全國發(fā)生的85起氣瓶爆炸事故，主要是由于氣體含水量超標(biāo)，導(dǎo)致腐蝕，“氫脆”引發(fā)的。
〈三〉避免水（油、烴）聚集，據(jù)文獻(xiàn)【2】介紹，出租車氣瓶使用兩年后，在維護(hù)檢測時，往往能倒出約0.5~1升的油水混合物。另據(jù)介紹，中國、泰國推廣應(yīng)用液壓子站時，某些子站液壓油壽命極低，追究原因，發(fā)現(xiàn)大部分也是由于母站輸送氣體含水、含重?zé)N、含CO2量過高所致。
5、結(jié)束語：無錫華潤燃?xì)夤净谇捌谕哆\(yùn)的四座加氣站干燥脫水裝置運(yùn)行狀況和調(diào)查研究，認(rèn)為前置干燥脫水裝置運(yùn)行壓力低，管道和閥門不受交變壓力影響，運(yùn)行安全、穩(wěn)定可靠，雖然價格較后置干燥脫水裝置高，但綜合成本低，尤其是不降低壓縮機(jī)排氣量，所以在2008年以后新建加氣站，全部采用了低壓前置零排放型脫水設(shè)備。
文獻(xiàn)【1】：《行業(yè)發(fā)展報(bào)告 2007-9》 中國通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會
文獻(xiàn)【2】：《關(guān)于CNG加氣站安全技術(shù)的幾點(diǎn)考察》
四川石油管理局 朱清澄
西華大學(xué) 黃海波
