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天然氣水露點的現(xiàn)場應用
溫愈低,飽和水氣壓就愈小。所以對于含有一定量水汽的空氣,在氣壓不變的情況下降低溫度,使飽和水汽壓降至與當時實際的水汽壓相等時的溫度,稱為露點。而在溫度一定的情況下,開始從氣相中分離出*批液滴的壓力,或在壓力一定的情況下,開始從氣相中分離出*批液滴的溫度,就叫做水露點。
天然氣水露點溫度指天然氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下,冷卻到飽和時的溫度。是用來測濕度的參數(shù)。露點溫度越低,空氣的干燥程度越高。
由于我國管輸天然氣僅規(guī)定進入大管網(wǎng)的凈化氣不含游離水即可(SY7514-88)。此外,加上有些地方沿長輸管道各站點有大量未經(jīng)脫水的無硫氣及低硫氣輸入,即使有些凈化廠配有三甘醇(TEG)脫水裝置,整個天然氣管網(wǎng),除個別地段外水蒸氣也基本是飽和的。在相當長的時間內,我國原料天然氣的含水量達到管輸標準(0.12g/m3)是困難的。
根據(jù)《汽車用壓縮天然氣》(SY/T7546-1996)的規(guī)定,壓縮天然氣在貯存和向汽車充氣過程中,在Z高儲存壓力下,氣體中水露點應低于當?shù)豘低環(huán)境溫度5℃以下,如果達不到該要求,壓縮天然氣可能會析出液態(tài)水。液態(tài)水的存在將會對汽車及加氣站的安全產(chǎn)生如下嚴重損害。
① 系統(tǒng)冰堵。這是因為天然氣的焦耳-湯姆遜效應較一般氣體更為強烈,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1bar,溫度降低約0.4℃,其焦耳-湯姆遜效應是壓縮空氣的4倍。加氣站和汽車內部管道、閥門多處在節(jié)流小孔,極易形成大壓降、大溫差,導致管內氣體溫度驟降至零下幾十度,遠低于當?shù)豘低環(huán)境溫度,因此,CNG系統(tǒng)所要求的水分含量也遠低于輸送管網(wǎng)所要求的氣體水分含量。根據(jù)經(jīng)驗,中國大陸南方當氣體露點溫度高于-35℃,北方地區(qū)露點溫度高于-45℃,東北、新疆等寒冷地區(qū)露點溫度高于-55℃,就有可能發(fā)生冰堵現(xiàn)象,導致加氣站不能實現(xiàn)正常加氣,汽車無法啟動和運行;
② 在高壓狀態(tài)下,液態(tài)水的存在會在貯氣容器中生成水合物。壓力為25MPa、密度為0.68MPa的天然氣在24℃時就可能生成水合物,同樣會堵塞管道和閥門。
③ 液態(tài)水的存在加強了酸性組分(H2S、CO2)對壓力容器及管道的腐蝕,并可能發(fā)生硫化氫應力腐蝕開裂及二氧化碳腐蝕開裂,導致爆炸等災難性事故的發(fā)生。如資料[1]稱川東某加氣站,一個鋼瓶炸裂并飛至50m以外,由此還使15個鋼瓶的接頭處發(fā)生天然氣的噴射燃燒,火焰高達20余米;又據(jù)資料[2]提供的信息:自1994年9月至1997年7月的三年時間內,四川省的六個加氣站先后有8個鋼瓶產(chǎn)生爆裂事故。以上資料同時指出對這些事故的現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn),事故鋼瓶均為下部撕裂,并且有黑色粉末存在或見到水的痕跡,究其原因均是氣體中有過量的H2S和H2O,由此產(chǎn)生對鋼的腐蝕,并在交變應力作用下慢性疲勞而導致的破壞。
④ 水(油、烴)聚集。據(jù)資料[3]介紹,出租車氣瓶使用兩年后,在維護檢測時,往往能倒出0.5~1升的油水混合物。不僅占據(jù)了氣瓶的有效容積,而且游離水會提供上述裂紋缺陷的生存發(fā)展條件。另據(jù)介紹,中國、泰國推廣應用液壓子站時,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、含烴量過高所致。
表2.1天然氣中有害成分的控制要求和國內主要管線的有害成分參數(shù)
水分 | H2S | CO2 | 總硫 | ||
mg/m3 | %(v/v) | mg/m3 | |||
GB17820 | 在天然氣交接點的壓力和溫度條件下,天然氣的水露點應比Z低環(huán)境溫度低5℃ | 一類 | ≤6 | ≤3.0 | ≤100 |
二類 | ≤20 | ≤200 | |||
三類 | ≤460 | — | ≤460 | ||
GB18047 | 在汽車駕駛的特定地理區(qū)域內,在Z高操作壓力下,水露點不應高于-13℃;當Z低氣溫低于-8℃,水露點應比Z低氣溫低5℃ | ≤15 | ≤3.0 | ≤200 | |
西氣東輸 | 0.002%mol | 0.002%mol | 0.473 | ||
陜-京線 | 4.5MPa下,壓力露點-13℃ | ≤20 | 3 | ||
忠-武線 | 0.6~1.6MPa下,壓力露點-13℃ | ≤20 | 0.863 | ||
中海油 | 1.9~2.6MPa下,壓力露點≤-15℃ | ≤6 | 2.893 | ||
中原油田 | 常壓露點≤-29℃ | 0.0003%v | 1.25 |
因此,無論是天然氣加氣站還是天然氣汽車,使壓縮天然氣的含水量達到標準是至關重要的(表2.1)。天然氣的脫水深度應根據(jù)加氣站所在地區(qū)的Z低大氣溫度來確定,其表示方法為儲氣瓶儲氣壓力下的水露點(PDP),也可用天然氣中的殘余水含量來表示。只要將天然氣的含水量脫出到符合標準,無論是加氣站還是汽車都不會發(fā)生因天然氣含濕量引起的有關問題。
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