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(chǔ)存與加氣。充裝在高壓氣瓶(約20MPa)中的CNG，用作燃料時(shí)須從高壓減壓至常壓或負(fù)壓，再與空氣混合后進(jìn)入汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒。由于減壓時(shí)有節(jié)流效應(yīng)，氣體溫度將會(huì)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(duì)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(diǎn)：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(diǎn)通常已符合管輸要求，故其相對(duì)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)不應(yīng)高于-13℃；當(dāng)Z低氣溫低于-8℃，水露點(diǎn)應(yīng)比Z低氣溫低5℃。CNG的脫水深度通常也可用其在儲(chǔ)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(dāng)進(jìn)加氣站的天然氣需要脫水時(shí)，脫水可在增壓前(前置)、增壓間(級(jí)間)或增壓后(后置)進(jìn)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(jī)前脫水)、中壓脫水(壓縮機(jī)級(jí)間)及高壓脫水(壓縮機(jī)后)三種。

    脫水裝置通常設(shè)置兩塔即兩個(gè)干燥器，一套系統(tǒng)在脫水，一套系統(tǒng)在再生。交替運(yùn)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(jī)在運(yùn)行中，其機(jī)體限制冷凝水的生成量，且天然氣的進(jìn)站壓力能克服脫水系統(tǒng)等阻力時(shí)，應(yīng)將脫水裝置設(shè)置在壓縮機(jī)前；②所選用的壓縮機(jī)在運(yùn)行中，其機(jī)體不限制冷凝水的生成量，并有可靠的導(dǎo)出措施時(shí)，可將脫水裝置設(shè)置在壓縮機(jī)后；③所選用的壓縮機(jī)在運(yùn)行中，允許從壓縮機(jī)的級(jí)間導(dǎo)出天然氣進(jìn)行脫水時(shí)，宜將脫水裝置設(shè)置在壓縮機(jī)的級(jí)間。此外，壓縮機(jī)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(shí)需要考慮的因素。

    在增壓前脫水時(shí)，再生用的天然氣宜采用進(jìn)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(jìn)入進(jìn)站的天然氣脫水系統(tǒng)。再生用的循環(huán)風(fēng)機(jī)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(shí)，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(jìn)入壓縮機(jī)的進(jìn)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(diǎn)。高壓脫水在需要深度脫水時(shí)具有優(yōu)勢(shì)，但由于高、中壓脫水需要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行必要的保護(hù)，否則會(huì)因含水蒸氣的天然氣進(jìn)入壓縮機(jī)而導(dǎo)致故障。

    天然氣脫水裝置設(shè)置在壓縮機(jī)后或壓縮機(jī)級(jí)間時(shí)，壓縮天然氣進(jìn)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(dòng)、自動(dòng)和*三種方式，高壓脫水裝置只有全自動(dòng)一種方式。半自動(dòng)裝置只需操作人員在兩塔切換時(shí)手動(dòng)切換閥門，再生過程自動(dòng)控制。在兩塔切換時(shí)有少量天然氣排放。全自動(dòng)裝置所有操作自動(dòng)控制，不需人員操作。在兩塔切換時(shí)也有少量天然氣排放。*裝置指全過程(切換、再生)實(shí)現(xiàn)*。這些裝置脫水后氣體的水露點(diǎn)小于-60℃。干燥劑一般采用4A或13X分子篩。

半自動(dòng)和全自動(dòng)低壓脫水工藝流程見圖3-20。圖3-20中原料氣從進(jìn)氣口進(jìn)入前置過濾器，除去游離液和塵埃后經(jīng)閥3進(jìn)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(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入加熱器升溫，然后經(jīng)閥B進(jìn)入干燥器B使其再生，再經(jīng)閥27進(jìn)入冷卻器冷卻后去分離器分出冷凝水，重新進(jìn)入循環(huán)風(fēng)機(jī)增壓。

*低壓脫水工藝流程見圖3-21。圖3-21中原料氣從進(jìn)氣口進(jìn)入前置過濾器，除去游離液和塵埃后經(jīng)閥1進(jìn)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(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入加熱器升溫，然后經(jīng)止回閥進(jìn)入干燥器B使其再生，再經(jīng)閥4進(jìn)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(jìn)氣口。

半自動(dòng)、全自動(dòng)和*中壓脫水流程與圖3-20、圖3-21基本相同，只是進(jìn)氣口來自壓縮機(jī)一級(jí)出口(或二級(jí)出口，但工作壓力不宜超過4MPa)，出氣日去壓縮機(jī)二級(jí)入口(或三級(jí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入加熱器升溫，然后進(jìn)入干燥器B使其再生，再經(jīng)閥4進(jìn)入冷卻器、分離器分出冷凝水后，進(jìn)入壓縮機(jī)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(dá)4.25g/m³(露點(diǎn)約為0℃)。針對(duì)這一特點(diǎn)，為了減少CNG加氣站脫水裝置負(fù)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(dāng)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(shí)，由于原料氣進(jìn)站時(shí)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(dāng)加氣站規(guī)模較小時(shí)，其天然氣脫水裝置也可采用1臺(tái)干燥器，間斷脫水與再生。

必須說明的是，當(dāng)選用成套天然氣脫水裝置產(chǎn)品時(shí)，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(shí)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(shí)際脫水周期和達(dá)到透過點(diǎn)(轉(zhuǎn)效點(diǎn))的時(shí)間，并比較實(shí)際脫水周期是否小于達(dá)到透過點(diǎn)的時(shí)間.