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寧波地區冬季CNG加氣站變工況及應對措施
責任編輯：作者：admin人氣：584 發表時間：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，寧波地區數座天然氣汽車加氣站出現多種異常現象，如過濾器發生“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、運行人員親臨現場考察、測試、試驗，分析原因，提出了應對措施和整改方案。經過十余天的探索、研究、改造，終于在春節前整改完畢，保證了節日期間加氣站安全、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（主要是氣態水份）后通過后置除塵過濾器，濾除可能產生的分子篩粉末，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，抽取小部分干氣經減壓加熱后進入另一塔進行脫附，再經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，加氣站出現供氣能力下降，系統壓力損失增大，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以上現象。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據，根據經驗估計含重烴和水份量高于管網氣。
針對入冬前后設備運轉狀態和氣源（管網）及環境的變化情況，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，水多以及環境溫度低，產生三多的原因：
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富集液態烴，在西氣管網氣沿線的加氣站不存在此現象，重烴可降低形成水合物的壓力。
水多—實測管網露點僅為-20℃（常壓下），而西氣管網線一般為-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。
環境溫度低—當時當地溫度已降至10℃，冷卻水溫度亦接近10℃，實測壓縮機經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、系統改造措施及建議：
針對系統中的“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，當一組過濾器出現故障時，另一組過濾器可在短時間內維持全流量運行。
4）由于氣源組份和工作壓力站方不可控制或改變，而調整系統中的工作溫度相對簡單，所以站方可根據環境溫度的變化調整冷卻水系統運行參數，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、高水份地區建站優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。
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