加气站天然气脱水装置设置探究

CNG加气站脱水装置设置探讨摘要：在选择CNG加气站脱水方式时，要结合就地条件，主要根据压缩机的性能和气源选择采用前脱水或后脱水。个别站场对出气气质要求更加严格时，在条件允许的情况下还可选择压缩机前后均设置脱水装置方式。关键词：CNG加气站；脱水装置；低压；中压；高压；加气母站CNG加气站主要是用于汽车加气，它与民用天然气站相比，对天然气中的水含量和硫含量的要求更为严格，特别是天然气中的水含量，如果超标，它将会引起两个不良作用：第一，水和硫化氢反应生成硫酸，CNG中假若有硫酸生成，它将会腐蚀CNG站的设备和储气罐，以及腐蚀汽车的加气瓶一旦发生泄露，爆炸事故很容易发生。其次，汽车的加气瓶中所充的天然气一般是25Mpa，汽车在燃烧天然气时，首先是减压，由于急剧减压会在减压阀和气体管路中产生焦耳-汤姆逊效应，倘若CNG中的水含量过高，就会因制冷效应而发生冰堵导致汽车供气不畅的后果。压缩天然气汽车加气站进站天然气的质量应符合现行国家标准《天然气》GB17820中规定的Ⅱ类气质标准和压缩机运行要求的有关规定。增压后进入储气装置及出站的压缩天然气的质量，必须符合现行国家标准《车用压缩天然气》GB18047的规定：在汽车驾驶的特定地理区域内，在最高操作压力下，车用CNG的水露点不应高于-13℃。当最低气温低于-8℃时，水露点应比最低气温低5℃(相当于在常压下不高于-55℃)。因此必须在加气站中对原料气进行深度脱水。1压缩天然气脱水工艺一般用于天然气脱水的方法有吸收法脱水、吸附法脱水和低温法脱水。应根据天然气气质情况、用户要求、脱水要求以及经济比较确定合理的脱水方法。吸收法和吸附法主要应用于水露点的控制。低温法可同时控制水露点和烃露点。吸附法脱水深度比吸收法要高的多，但设备投资较大。由于天然气汽车用燃气对水分的要求很高，故目前国内外一般采用分子筛吸附脱水的干燥工艺。CNG加气站中的脱水装置按其在加气站工艺流程中的位置不同可分为低压脱水(压缩机前脱水)、中压脱水(压缩机级间)及高压脱水(压缩机后)三种。这里只讨论低压脱水和高压脱水。(1)低压脱水(压缩机前脱水)原料天然气进站后，先经过滤、计量、凋压进入缓冲罐，再进入前置脱水装置进行深度脱水，使水露点不高于-55℃(常压下)，脱水后的天然气进入压缩机，经多级增压，达到25MPa后进入储气装置或直接给汽车加气(图1)。(2)高压脱水(压缩机后)原料天然气进站后，先经过滤、计量、调压进入缓冲罐，再进入压缩机，经多级增压，达到25MPa后进入后置高压脱水装置进行深度脱水，使露点不高于-55℃(常压下)，脱水后的天然气经分配装置进入储气装置或直接给汽车加气(图2)。加气站内的脱水工艺宜采用固体吸附法。在压缩机前进行脱水时，宜采用活性氧化铝-分子筛或硅胶-分子筛两级脱水装置；在压缩机后脱水时，宜采用分子筛一级脱水装置。天然气脱水装置设置在压缩机后或压缩机中段时，压缩天然气进入脱水装置前，应先经过间冷、气液分离和除油过滤装置，以脱除游离的水分和油分。低压脱水设备处于压缩机前端，因此进入压缩机的气体为纯净的干气，无杂质的气体对压缩机不造成磨损，可延长压缩机的使用寿命。由于气体中无水分，又提高了压缩机的产气效率。压缩机机组中无需设置冷凝水导出系统。由于操作压力较低，对容器制造工艺要求低。缺点是脱水设备体积较大，且脱水量大，所需再生能耗较大。另外此方法处理天然气易受天然气气质影响，若来气含水量不稳，会影响脱水效果，同时，由于天然气经压缩机压缩后有时会带出一些杂质，会影响车用气质量。而高压脱水处理压缩机的末端，未经精处理的湿气和杂质会造成压缩机阀件及活塞的过早磨损和降低产气量。并且由于压力高达25MPa，对容器制造工艺要求高，需设置可靠的冷凝水导出系统，增加了系统复杂性。优点是干燥器设备体积小、再生气量少、干燥后的气体露点低(≤-60℃)等。由于天然气通过压缩所形成的冷凝水排出量约占总脱水量的70%～80%，故采用压缩机后脱水或级间脱水所需用的设备、脱水剂、再生能耗低。并且处理后的天然气不会再受二次污染，使车用气质量稳定。表1高压脱水，低压脱水的特点脱水方式低压脱水高压脱水对压缩机的影响保护压缩机对压缩机的汽缸等部位产生一定腐蚀吸附剂的寿命吸附剂的使用寿命长吸附剂的使用寿命短运行成本及维修费用更换阀件容易，材料费用低运行成本及维修费用相对较高处理效果气质可能不稳定气质稳定天然气脱水装置的位置应据下列条件确定：①对选用的压缩机在运行中，其机体限制冷凝水的生成量，且天然气的进站压力能克服脱水系统等阻力时，应将脱水装置设置在压缩机前(低压脱水)；②对选用的压缩机在运行中，其机体不限制冷凝水的生成量，并附有可靠的导出措施时，可将脱水装置设置在压缩机后(高压脱水)。③对于在市政中压管网上取气的CNG标准站，考虑到中压管网压力不高，假如放在中压前置脱水，势必造成压缩机排量的减少或功率的增大。3本地区汽车加气站脱水装置的方式选择2008年深圳市完成了管道石油气向天然气的整体转换，深圳市陆续用上了清洁能源天然气，气化率逐年大幅上升，2009年9，深圳燃气集团与中石油昆仑天然气公司签署《深圳市CNG项目合资经营框架协议》，正式挂牌成立深圳中石油深燃天然气利用公司，大力发展CNG汽车加气市场，先期建设4座CNG加气站。CNG加气站将在深圳得到大力发展，下面就对该地区加气站采用何种脱水方式作简单分析。(1)对于加气母站加气母站兼有对附近小规模用气城镇供气的功能，目前国内建设的加气母站设备先进，压缩机性能良好。深圳市建设加气母站气源可考虑来自西气东输二期管线，国家西气东输二线东段工程项目2011年底竣工投产，每年为深圳提供40×108m3天然气，稳定供气30年，高压管道管径DN800，设计压力4MPa。气源主要是土库曼斯坦气田的天然气，属于气井天然气，主要成份为甲烷(CH4)，体积组分约占天然气的96%，另外还含有乙烷、丙烷等其它烃类，以及CO2、N2等，气质符合《天然气》GB17820中规定的Ⅱ类气质标准，含水量少并且稳定，接收门站压力高达4MPa，使用低压(前置)脱水方式，不会由于进气压力低，而使设备体积大。因此本地母站采用低压脱水的方式是合理的，并且有效的保护了压缩机，又提高了压缩机的产气效率。(2)对于CNG标准站随着CNG汽车用户的发展，深证将迎来CNG加气站的建设高峰期，以满足不断增长的CNG汽车加气需求。对于本地CNG标准站的脱水装置设置需考虑以3个方面：①取气管网压力；②管网里气源的气质；③初投资及运行维护费用。CNG标准站天然气基本来源于市政管网，深圳市燃气输配系统已初具规模，建成高压、次高压管线161km，中压市政管网1169km，因此待建的CNG标准站可根据场站位置分别考虑：(1)站址靠近中压管线，从中压管网取气压缩。由于中压管道压力为0.15MPa，而低压脱水装置压力损失约为0.03～0.05MPa，若前置脱水的话，势必造成压缩机排量的减少或功率的增大。本地管网里气源气质良好，在门站又经过了一次过滤清洁的过程，含水和硫化氢的量很小，所以对压缩机危害不大；另外本地CNG标准站用地面积小，考虑到高压脱水在25MPa的工作压力下，设备体积小，压力损失小，占地面积小，并且购置费用相对较低，故此情况下CNG标准站基本采用高压脱水的干燥方式。(2)站址靠近高压管线，对于燃气供应系统来说，压力就是财富，可以充分利用高压管线压力，从高压系统中取气压缩。由于市政管道内天然气气质良好，而且压力相对较高，此情况下高压脱水、低压脱水均可采用，具体视项目实际情况确定。4结论在选择CNG加气站脱水方式时，一定要从整体考虑，结合本地的条件，主要根据压缩机的性能和气源选择采用前脱水或后脱水。个别站场对出气气质要求更加严格时，在条件允许的情况下还可以选择压缩机前后均设置脱水装置的方式，这里不再赘述。