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CNG汽車加氣站脫水裝置 應(yīng)用體會(huì)與分析

責(zé)任編輯:作者:admin人氣:2329 發(fā)表時(shí)間:2021-04-13

 無(wú)錫華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰?nbsp;      李彥學(xué)

摘要:對(duì)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(chǔ)氣、售氣),其作用主要在于防止系統(tǒng)冰堵和對(duì)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(huì):
1.1無(wú)錫華潤(rùn)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(gòu)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(wú)需冷卻風(fēng)機(jī), 再生階段壓縮機(jī)不得停機(jī),否則將無(wú)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(shí),原本冷量已顯不足的狀況會(huì)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(shí)間 吸附時(shí)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(duì)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(guò)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(shí),壓力會(huì)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(huì)造成內(nèi)冰堵。 提高加熱溫度,延長(zhǎng)加熱時(shí)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(gè)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(shí)間與加氣車數(shù)量有關(guān),而再生周期一般不低于6小時(shí)(加熱3.5h,吹冷2h)當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)時(shí),再生氣源中斷或使用氣瓶?jī)?chǔ)氣但再生氣不能返回壓縮機(jī)入口。 再生過(guò)程調(diào)整至白天壓縮機(jī)連續(xù)開機(jī)時(shí)段,避免再生斷氣和超壓。

另外:由于四個(gè)站均采用了無(wú)油/少油壓縮機(jī),分子篩不會(huì)發(fā)生油中毒,據(jù)了解未采用無(wú)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(gè)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(duì)壓縮機(jī)無(wú)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(guó)際市場(chǎng)在上世紀(jì)九十年代已不再推薦使用高壓后置型式,國(guó)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(tái)可達(dá)近10000Nm3/h,工作壓力涵蓋低、中壓,有的甚至超過(guò)10MPa。目前管網(wǎng)壓力仍有(特別是主管線壓力)升高趨勢(shì)。

 2.1前置型分類及流程:
按壓力等級(jí)可分為低壓(0.2~10MPa)、中壓(>1.6~<10MPa)、高壓(≥10MPa)。
(減壓再生流程圖)
按再生循環(huán)方式可分為減壓再生型和零排放型。前者在進(jìn)行再生工序時(shí),需將罐內(nèi)壓力排放至0.05MPa,其吸附/再生分別為兩個(gè)獨(dú)立封閉系統(tǒng),后者再生工序是在等壓(管網(wǎng)壓力)下進(jìn)行,全過(guò)程無(wú)任何氣體排放,且使用干氣(產(chǎn)品氣)加熱再生和吹冷、冷卻分離后的濕氣再次進(jìn)入吸附罐入口,屬于半封閉系統(tǒng)。同后置高壓型,前置型控制方式也有半自動(dòng)和全自動(dòng)之分,半自動(dòng)型除切換倒塔時(shí)需操作人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行閥門手動(dòng)操作,再生過(guò)程(加熱和吹冷)均為自動(dòng)控制進(jìn)行。

(零排放型流程圖)

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(shí)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(guò)低,會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過(guò)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(zhǎng)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(shí),有可能對(duì)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(shí)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(wú)易損件,無(wú)潤(rùn)滑油污染,吸附劑、零部件壽命長(zhǎng)
 
投資較?。?br /> 高低壓切換沖刷吸附劑,壓縮機(jī)潤(rùn)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(shí)) 體積、重量小

4、脫水裝置功能再認(rèn)識(shí):

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(guó)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(wú)法啟動(dòng)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(guó)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(cè)時(shí),往往能倒出約0.5~1升的油水混合物。另?yè)?jù)介紹,中國(guó)、泰國(guó)推廣應(yīng)用液壓子站時(shí),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(guò)高所致。

5、結(jié)束語(yǔ):無(wú)錫華潤(rùn)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(jià)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(guó)通用機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)
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