CNG加氣站中的天然氣脫水

CNG加氣站中的天然氣脫水

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動機中燃燒。由于減壓時有節流效應，氣體溫度將會降至-30℃以下。為防止氣體在高壓與常溫(尤其是在寒冷環境)或節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相比，它具有以下特點：①處理量很小；②生產過程一般不連續，而且多在白天加氣；③原料氣已在上游經過處理，露點通常已符合管輸要求，故其相對濕度小于100%。

    據了解，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，則應根據各國乃至不同地區的具體情況而異。我國GB 18047《車用壓縮天然氣》中規定，汽車用壓縮天然氣的水露點在汽車駕駛的特定地理區域內，在zui高操作壓力下，水露點不應高于-13℃；當zui低氣溫低于-8℃，水露點應比zui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。

    脫水裝置通常設置兩塔即兩個干燥器，一套系統在脫水，一套系統在再生。交替運行周期一般為6～8h，但也可更長。脫水裝置的設置位置應按下列條件確定：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等阻力時，應將脫水裝置設置在壓縮機前；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，并有可靠的導出措施時，可將脫水裝置設置在壓縮機后；③所選用的壓縮機在運行中，允許從壓縮機的級間導出天然氣進行脫水時，宜將脫水裝置設置在壓縮機的級間。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電加熱、吸附劑再生、冷卻和氣液分離后，再經增壓進入進站的天然氣脫水系統。再生用的循環風機應為再生系統阻力值的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，并應由電加熱控制系統溫度。再生后的天然氣宜經冷卻、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缺點。高壓脫水在需要深度脫水時具有優勢，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致故障。

    天然氣脫水裝置設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，應先經過冷卻、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

目前國內各地加氣站大多采用國產天然氣脫水裝置，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*。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閥3進入干燥器A，脫水后經閥5去后置過濾器除去吸附劑粉塵后至出氣口。再生氣經循環風機增壓后進入加熱器升溫，然后經閥B進入干燥器B使其再生，再經閥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閥1進入干燥器A，脫水后經止回閥和后置過濾器至出氣口。再生氣來自脫水裝置出口，經循環風機增壓后進入加熱器升溫，然后經止回閥進入干燥器B使其再生，再經閥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閥1進入干燥器A脫水，然后經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，經減壓后進入加熱器升溫，然后進入干燥器B使其再生，再經閥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或放空。

由于四川、重慶地區氣溫較高，川渝地區的商品氣中有一部分在管輸前未經脫水，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CNG加氣站普遍采用高壓脫水裝置。至于其他地區加氣站當其采用來自長慶氣區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，而且已在上游經過處理，因而普遍選用低壓脫水裝置。

當加氣站規模較小時，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品時，如果其干燥劑床層高度和直徑是某一定值的話，則應按照原料氣流量、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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