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CNG加氣站中的天然氣脫水工藝
CNG加氣站的原料氣一般為來自輸氣管道的商品天然氣,在加氣站中增壓至20~25MPa并冷卻至常溫后,再在站內(nèi)儲存與加氣。充裝在高壓氣瓶(約20MPa)中的CNG,用作燃料時須從高壓減壓至常壓或負壓,再與空氣混合后進入汽車發(fā)動機中燃燒。由于減壓時有節(jié)流效應(yīng),氣體溫度將會降至-30℃以下。為防止氣體在高壓與常溫(尤其是在寒冷環(huán)境)或節(jié)流后的低溫下形成水合物和凍堵,故必須在加氣站中對原料氣深度脫水。
CNG加氣站中的天然氣脫水雖也采用吸附法,但與NGL回收裝置中的脫水系統(tǒng)相比,它具有以下特點:①處理量很??;②生產(chǎn)過程一般不連續(xù),而且多在白天加氣;③原料氣已在上游經(jīng)過處理,露點通常已符合管輸要求,故其相對濕度小于100%。
據(jù)了解,CNG加氣站中氣體脫水用的干燥劑在美國多為分子篩,俄羅斯以往多用硅膠,目前也用分子篩,我國則普遍采用分子篩。至于脫水后干氣的露點或水含量,則應(yīng)根據(jù)各國乃至不同地區(qū)的具體情況而異。我國GB 18047《車用壓縮天然氣》中規(guī)定,汽車用壓縮天然氣的水露點在汽車駕駛的特定地理區(qū)域內(nèi),在Z高操作壓力下,水露點不應(yīng)高于-13℃;當Z低氣溫低于-8℃,水露點應(yīng)比Z低氣溫低5℃。CNG的脫水深度通常也可用其在儲存壓力下的水含量來表示。
1. 天然氣脫水裝置在加氣工藝流程中的位置
當進加氣站的天然氣需要脫水時,脫水可在增壓前(前置)、增壓間(級間)或增壓后(后置)進行,即根據(jù)其在CNG加氣工藝流程中的位置不同,又可分為低壓脫水(壓縮機前脫水)、中壓脫水(壓縮機級間)及高壓脫水(壓縮機后)三種。
脫水裝置通常設(shè)置兩塔即兩個干燥器,一套系統(tǒng)在脫水,一套系統(tǒng)在再生。交替運行周期一般為6~8h,但也可更長。脫水裝置的設(shè)置位置應(yīng)按下列條件確定:①所選用的壓縮機在運行中,其機體限制冷凝水的生成量,且天然氣的進站壓力能克服脫水系統(tǒng)等阻力時,應(yīng)將脫水裝置設(shè)置在壓縮機前;②所選用的壓縮機在運行中,其機體不限制冷凝水的生成量,并有可靠的導(dǎo)出措施時,可將脫水裝置設(shè)置在壓縮機后;③所選用的壓縮機在運行中,允許從壓縮機的級間導(dǎo)出天然氣進行脫水時,宜將脫水裝置設(shè)置在壓縮機的級間。此外,壓縮機汽缸采用的潤滑方式(無油或注油潤滑)也是確定脫水裝置在流程中位置時需要考慮的因素。
在增壓前脫水時,再生用的天然氣宜采用進站天然氣經(jīng)電加熱、吸附劑再生、冷卻和氣液分離后,再經(jīng)增壓進入進站的天然氣脫水系統(tǒng)。再生用的循環(huán)風機應(yīng)為再生系統(tǒng)阻力值的1.10~1.15倍。
在增壓后或增壓間脫水時,再生用的天然氣宜采用脫除游離液(水分和油分)后的壓縮天然氣,并應(yīng)由電加熱控制系統(tǒng)溫度。再生后的天然氣宜經(jīng)冷卻、氣液分離后進入壓縮機的進口。再生用天然氣壓力為0.4~1.8MPa或更高。
低、中、高壓脫水方式各有優(yōu)缺點。高壓脫水在需要深度脫水時具有優(yōu)勢,但由于高、中壓脫水需要對壓縮機進行必要的保護,否則會因含水蒸氣的天然氣進入壓縮機而導(dǎo)致故障。
天然氣脫水裝置設(shè)置在壓縮機后或壓縮機級間時,壓縮天然氣進入脫水裝置前,應(yīng)先經(jīng)過冷卻、氣液分離和除油過濾,以脫除游離的水分和油分。
2. CNG加氣站天然氣脫水裝置工藝流程
目前國內(nèi)各地加氣站大多采用國產(chǎn)天然氣脫水裝置,并有低壓、中壓、高壓脫水三類。其中,低壓和中壓脫水裝置有半自動、自動和*三種方式,高壓脫水裝置只有全自動一種方式。半自動裝置只需操作人員在兩塔切換時手動切換閥門,再生過程自動控制。在兩塔切換時有少量天然氣排放。全自動裝置所有操作自動控制,不需人員操作。在兩塔切換時也有少量天然氣排放。*裝置指全過程(切換、再生)實現(xiàn)*。這些裝置脫水后氣體的水露點小于-60℃。干燥劑一般采用4A或13X分子篩。
半自動和全自動低壓脫水工藝流程見圖3-20。圖3-20中原料氣從進氣口進入前置過濾器,除去游離液和塵埃后經(jīng)閥3進入干燥器A,脫水后經(jīng)閥5去后置過濾器除去吸附劑粉塵后至出氣口。再生氣經(jīng)循環(huán)風機增壓后進入加熱器升溫,然后經(jīng)閥B進入干燥器B使其再生,再經(jīng)閥27進入冷卻器冷卻后去分離器分出冷凝水,重新進入循環(huán)風機增壓。
*低壓脫水工藝流程見圖3-21。圖3-21中原料氣從進氣口進入前置過濾器,除去游離液和塵埃后經(jīng)閥1進入干燥器A,脫水后經(jīng)止回閥和后置過濾器至出氣口。再生氣來自脫水裝置出口,經(jīng)循環(huán)風機增壓后進入加熱器升溫,然后經(jīng)止回閥進入干燥器B使其再生,再經(jīng)閥4進入冷卻器冷卻后去分離器分出冷凝水,重新回到脫水裝置進氣口。
半自動、全自動和*中壓脫水流程與圖3-20、圖3-21基本相同,只是進氣口來自壓縮機一級出口(或二級出口,但工作壓力不宜超過4MPa),出氣日去壓縮機二級入口(或三級入口)。
高壓脫水裝置工藝流程見圖3-22。圖3-22中的氣體依次進入前置過濾器、精密過濾器,除去游離液和塵埃后經(jīng)閥1進入干燥器A脫水,然后經(jīng)后置過濾器和壓力保持閥送至順序盤入口。再生氣從裝置出口或低壓氣井(或低壓氣瓶組)引入,經(jīng)減壓后進入加熱器升溫,然后進入干燥器B使其再生,再經(jīng)閥4進入冷卻器、分離器分出冷凝水后,進入壓縮機前的低壓管網(wǎng)或放空。
由于四川、重慶地區(qū)氣溫較高,川渝地區(qū)的商品氣中有一部分在管輸前未經(jīng)脫水,其水含量可達4.25g/m3(露點約為0℃)。針對這一特點,為了減少CNG加氣站脫水裝置負荷和降低能耗,該地區(qū)CNG加氣站普遍采用高壓脫水裝置。至于其他地區(qū)加氣站當其采用來自長慶氣區(qū)輸氣管道或西氣東輸管道天然氣為原料氣時,由于原料氣進站時有一定壓力,而且已在上游經(jīng)過處理,因而普遍選用低壓脫水裝置。
當加氣站規(guī)模較小時,其天然氣脫水裝置也可采用1臺干燥器,間斷脫水與再生。
必須說明的是,當選用成套天然氣脫水裝置產(chǎn)品時,如果其干燥劑床層高度和直徑是某一定值的話,則應(yīng)按照原料氣流量、實際水含量和該脫水裝置干燥劑床層的裝填量、有效濕容量和高度等核算一下實際脫水周期和達到透過點(轉(zhuǎn)效點)的時間,并比較實際脫水周期是否小于達到透過點的時間.
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