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寧波地區(qū)冬季CNG加氣站變工況及應(yīng)對(duì)措施
責(zé)任編輯：作者：admin人氣：635 發(fā)表時(shí)間：2021-04-13
寧波市汽車燃?xì)庥邢薰? 梅進(jìn)忠
西安超濾公司 李大明
關(guān)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(diǎn)）升高等，導(dǎo)致加氣站供氣能力下降，干燥過濾設(shè)備故障頻繁。為保障供應(yīng)和公交秩序穩(wěn)定，站方迅速召集加氣站設(shè)計(jì)方、設(shè)備供應(yīng)商會(huì)同站方管理、運(yùn)行人員親臨現(xiàn)場考察、測試、試驗(yàn)，分析原因，提出了應(yīng)對(duì)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(yùn)行。
1、 改造前的脫水裝置工藝流程及說明：
1)壓縮機(jī) 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(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)配置一臺(tái)高壓干燥過濾裝置。高壓天然氣壓縮機(jī)排出高溫高濕氣體，先經(jīng)壓縮機(jī)自帶的水冷卻器冷卻至常溫后進(jìn)入干燥過濾撬的過濾器組，除去攜帶的壓縮機(jī)潤滑油和微量液態(tài)重?zé)N（C3+）及水份，然后進(jìn)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(chǔ)氣井或直送售氣機(jī)。在一塔進(jìn)行吸附干燥的同時(shí)，抽取小部分干氣經(jīng)減壓加熱后進(jìn)入另一塔進(jìn)行脫附，再經(jīng)冷卻分離后回到壓縮機(jī)入口。
2、入冬后導(dǎo)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(diǎn)上升，尤其在兩臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，上述現(xiàn)象更為嚴(yán)重，最終導(dǎo)致高壓脫水裝置中過濾器嚴(yán)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(shí)間后熔化為含油、烴、水的液體。更換濾芯幾天后又重復(fù)出現(xiàn)以上現(xiàn)象。加氣站被迫減量，只開啟一臺(tái)壓縮機(jī)維持供氣。進(jìn)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?zé)N和水份，但多地實(shí)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(yàn)估計(jì)含重?zé)N和水份量高于管網(wǎng)氣。
針對(duì)入冬前后設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和氣源（管網(wǎng)）及環(huán)境的變化情況，站方邀請(qǐng)專家并攜帶便攜式檢測儀器對(duì)加氣站進(jìn)行考察、測試，分析總結(jié)意見歸納如下：
1）三多一低：即進(jìn)入高壓脫水撬的潤滑油多，重?zé)N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(jī)排氣含油量≤10mg/m3，實(shí)測加油量為每分鐘為40余滴，平均加油量達(dá) mg/m3，是合同要求的 倍，含油量多增加了過濾器的負(fù)荷，是濾芯堵塞的重要因素之一。
重?zé)N多—在露點(diǎn)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?zé)N可降低形成水合物的壓力。
水多—實(shí)測管網(wǎng)露點(diǎn)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(diǎn)時(shí)含水量為756.3mg/m3，-40℃露點(diǎn)時(shí)含水量為94.1mg/m3，兩者相差8倍。進(jìn)氣含水量增大直接加重干燥器的負(fù)荷，且為水合物形成提供了有力的支持。
環(huán)境溫度低—當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)販囟纫呀抵?0℃，冷卻水溫度亦接近10℃，實(shí)測壓縮機(jī)經(jīng)后冷后的排氣溫度為+15℃（如右圖），壓力20000kpa(20MPa)，相對(duì)密度0.6，對(duì)應(yīng)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?zé)N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(yán)重堵塞過濾器的微孔，阻擋氣體通過。當(dāng)壓差超過強(qiáng)度極限時(shí)，濾芯破壞。
3、系統(tǒng)改造措施及建議：
針對(duì)系統(tǒng)中的“三多一低”采取以下改造措施：
1）適當(dāng)減少壓縮機(jī)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(shè)一級(jí)重型分離器以減輕過濾器的油、水、烴負(fù)荷。該分離器采用離心分離、折轉(zhuǎn)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(shè)一組前置+精密除油過濾器，與原過濾器組形成并聯(lián)運(yùn)行，相當(dāng)于增加一倍過濾面積或流通能力，當(dāng)一組過濾器出現(xiàn)故障時(shí)，另一組過濾器可在短時(shí)間內(nèi)維持全流量運(yùn)行。
4）由于氣源組份和工作壓力站方不可控制或改變，而調(diào)整系統(tǒng)中的工作溫度相對(duì)簡單，所以站方可根據(jù)環(huán)境溫度的變化調(diào)整冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，冬季應(yīng)確保壓縮機(jī)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(jī)供貨商應(yīng)能提供改變壓縮機(jī)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(jí)間脫水裝置。
結(jié)束語：我國地域遼闊，氣溫差別大，天然氣供應(yīng)源多樣化，建設(shè)CNG汽車加氣站應(yīng)因地制宜，充分考慮地源、氣質(zhì)組份等因素，設(shè)計(jì)選型適用本地工況的工藝流程和相應(yīng)的設(shè)備。
