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寧波地區(qū)冬季CNG加氣站變工況及應對措施
責任編輯：作者：admin人氣：373 發(fā)表時間：2021-04-13
寧波市汽車燃氣有限公司 梅進忠
西安超濾公司 李大明
關鍵詞：CNG、汽車加氣站、天然氣水合物
引言：2012年入冬以來，寧波地區(qū)數(shù)座天然氣汽車加氣站出現(xiàn)多種異?，F(xiàn)象，如過濾器發(fā)生“冰堵”，干燥器工作能力下降，含水量（露點）升高等，導致加氣站供氣能力下降，干燥過濾設備故障頻繁。為保障供應和公交秩序穩(wěn)定，站方迅速召集加氣站設計方、設備供應商會同站方管理、運行人員親臨現(xiàn)場考察、測試、試驗，分析原因，提出了應對措施和整改方案。經(jīng)過十余天的探索、研究、改造，終于在春節(jié)前整改完畢，保證了節(jié)日期間加氣站安全、正常運行。
1、 改造前的脫水裝置工藝流程及說明：
1)壓縮機 2）后冷卻器 3）前置過濾器 4）除油過濾器 5）干燥器 6）后置過濾器
兩臺壓縮機并聯(lián)配置一臺高壓干燥過濾裝置。高壓天然氣壓縮機排出高溫高濕氣體，先經(jīng)壓縮機自帶的水冷卻器冷卻至常溫后進入干燥過濾撬的過濾器組，除去攜帶的壓縮機潤滑油和微量液態(tài)重烴（C3+）及水份，然后進入分子篩脫水裝置，除去水份（主要是氣態(tài)水份）后通過后置除塵過濾器，濾除可能產(chǎn)生的分子篩粉末，送出無油、無塵、干燥的高壓天然氣至儲氣井或直送售氣機。在一塔進行吸附干燥的同時，抽取小部分干氣經(jīng)減壓加熱后進入另一塔進行脫附，再經(jīng)冷卻分離后回到壓縮機入口。
2、入冬后導致工況變化的主要原因和不良后果：
入冬后，加氣站出現(xiàn)供氣能力下降，系統(tǒng)壓力損失增大，露點上升，尤其在兩臺壓縮機同時運行時，上述現(xiàn)象更為嚴重，最終導致高壓脫水裝置中過濾器嚴重“冰堵”，前置過濾器濾芯壓扁，除油過濾器濾芯上下封蓋脫落，濾芯表面粘附著大量類似石蠟的固體化合物，放置大氣中擱置一段時間后熔化為含油、烴、水的液體。更換濾芯幾天后又重復出現(xiàn)以上現(xiàn)象。加氣站被迫減量，只開啟一臺壓縮機維持供氣。進入冬季后，西氣和川氣沿程用氣驟增，寧波地區(qū)用氣主要依靠LNG和東海氣。前者理論上幾乎不含重烴和水份，但多地實際測量略有水份，而后者缺乏有效組份數(shù)據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗估計含重烴和水份量高于管網(wǎng)氣。
針對入冬前后設備運轉狀態(tài)和氣源（管網(wǎng)）及環(huán)境的變化情況，站方邀請專家并攜帶便攜式檢測儀器對加氣站進行考察、測試，分析總結意見歸納如下：
1）三多一低：即進入高壓脫水撬的潤滑油多，重烴多，水多以及環(huán)境溫度低，產(chǎn)生三多的原因：
油多—合同要求壓縮機排氣含油量≤10mg/m3，實測加油量為每分鐘為40余滴，平均加油量達 mg/m3，是合同要求的 倍，含油量多增加了過濾器的負荷，是濾芯堵塞的重要因素之一。
重烴多—在露點取樣處可看到減壓過濾器杯中持續(xù)富集液態(tài)烴，在西氣管網(wǎng)氣沿線的加氣站不存在此現(xiàn)象，重烴可降低形成水合物的壓力。
水多—實測管網(wǎng)露點僅為-20℃（常壓下），而西氣管網(wǎng)線一般為-35~-45℃，按平均-40℃，則有-20℃露點時含水量為756.3mg/m3，-40℃露點時含水量為94.1mg/m3，兩者相差8倍。進氣含水量增大直接加重干燥器的負荷，且為水合物形成提供了有力的支持。
環(huán)境溫度低—當時當?shù)販囟纫呀抵?0℃，冷卻水溫度亦接近10℃，實測壓縮機經(jīng)后冷后的排氣溫度為+15℃（如右圖），壓力20000kpa(20MPa)，相對密度0.6，對應的水合物形成溫度約在22℃。綜合上述“三多一低”，已完全滿足了天然氣水合物生成條件：即高壓（20MPa）低溫（15℃）和存在明水，天然氣、重烴和水在小孔縫隙，過濾器濾芯表面必然生成固體狀的水合物，直接后果就是嚴重堵塞過濾器的微孔，阻擋氣體通過。當壓差超過強度極限時，濾芯破壞。
3、系統(tǒng)改造措施及建議：
針對系統(tǒng)中的“三多一低”采取以下改造措施：
1）適當減少壓縮機注油量，目前已將注油量從每分鐘40余滴降至10余滴。
2）增設一級重型分離器以減輕過濾器的油、水、烴負荷。該分離器采用離心分離、折轉分離和重力沉降三組合，安裝使用后，可分離攜帶油水量的70%以上。
3）增設一組前置+精密除油過濾器，與原過濾器組形成并聯(lián)運行，相當于增加一倍過濾面積或流通能力，當一組過濾器出現(xiàn)故障時，另一組過濾器可在短時間內(nèi)維持全流量運行。
4）由于氣源組份和工作壓力站方不可控制或改變，而調整系統(tǒng)中的工作溫度相對簡單，所以站方可根據(jù)環(huán)境溫度的變化調整冷卻水系統(tǒng)運行參數(shù)，冬季應確保壓縮機排氣溫度在25℃以上，避免水合物形成所需的低溫條件。壓縮機供貨商應能提供改變壓縮機排氣溫度的手段和條件。
5）建議在天然氣氣源存在高烴、高水份地區(qū)建站優(yōu)先選用低壓前置脫水裝置或采用級間脫水裝置。
結束語：我國地域遼闊，氣溫差別大，天然氣供應源多樣化，建設CNG汽車加氣站應因地制宜，充分考慮地源、氣質組份等因素，設計選型適用本地工況的工藝流程和相應的設備。
