西安超滤公司  李大明

 

关键词：CNG、汽车加气站、天然气水合物

引言：2012年入冬以来，宁波地区数座天然气汽车加气站出现多种异常现象，如过滤器发生“冰堵”，干燥器工作能力下降，含水量（露点）升高等，导致加气站供气能力下降，干燥过滤设备故障频繁。为保障供应和公交秩序稳定，站方迅速召集加气站设计方、设备供应商会同站方管理、运行人员亲临现场考察、测试、试验，分析原因，提出了应对措施和整改方案。经过十余天的探索、研究、改造，终于在春节前整改完毕，保证了节日期间加气站安全、正常运行。

1、 改造前的脱水装置工艺流程及说明：

1)压缩机  2）后冷却器  3）前置过滤器   4）除油过滤器   5）干燥器      6）后置过滤器

 

两台压缩机并联配置一台高压干燥过滤装置。高压天然气压缩机排出高温高湿气体，先经压缩机自带的水冷却器冷却至常温后进入干燥过滤撬的过滤器组，除去携带的压缩机润滑油和微量液态重烃（C3+）及水份，然后进入分子筛脱水装置，除去水份（主要是气态水份）后通过后置除尘过滤器，滤除可能产生的分子筛粉末，送出无油、无尘、干燥的高压天然气至储气井或直送售气机。在一塔进行吸附干燥的同时，抽取小部分干气经减压加热后进入另一塔进行脱附，再经冷却分离后回到压缩机入口。

 

2、入冬后导致工况变化的主要原因和不良后果：

入冬后，加气站出现供气能力下降，系统压力损失增大，露点上升，尤其在两台压缩机同时运行时，上述现象更为严重，最终导致高压脱水装置中过滤器严重“冰堵”，前置过滤器滤芯压扁，除油过滤器滤芯上下封盖脱落，滤芯表面粘附着大量类似石蜡的固体化合物，放置大气中搁置一段时间后熔化为含油、烃、水的液体。更换滤芯几天后又重复出现以上现象。加气站被迫减量，只开启一台压缩机维持供气。进入冬季后，西气和川气沿程用气骤增，宁波地区用气主要依靠LNG和东海气。前者理论上几乎不含重烃和水份，但多地实际测量略有水份，而后者缺乏有效组份数据，根据经验估计含重烃和水份量高于管网气。

针对入冬前后设备运转状态和气源（管网）及环境的变化情况，站方邀请专家并携带便携式检测仪器对加气站进行考察、测试，分析总结意见归纳如下：

1）三多一低：即进入高压脱水撬的润滑油多，重烃多，水多以及环境温度低，产生三多的原因：

油多—合同要求压缩机排气含油量≤10mg/m3，实测加油量为每分钟为40余滴，平均加油量达   mg/m3，是合同要求的   倍，含油量多增加了过滤器的负荷，是滤芯堵塞的重要因素之一。

重烃多—在露点取样处可看到减压过滤器杯中持续富集液态烃，在西气管网气沿线的加气站不存在此现象，重烃可降低形成水合物的压力。

水多—实测管网露点仅为-20℃（常压下），而西气管网线一般为-35~-45℃，按平均-40℃，则有-20℃露点时含水量为756.3mg/m3，-40℃露点时含水量为94.1mg/m3，两者相差8倍。进气含水量增大直接加重干燥器的负荷，且为水合物形成提供了有力的支持。

环境温度低—当时当地温度已降至10℃，冷却水温度亦接近10℃，实测压缩机经后冷后的排气温度为+15℃（如右图），压力20000kpa(20MPa)，相对密度0.6，对应的水合物形成温度约在22℃。综合上述“三多一低”，已完全满足了天然气水合物生成条件：即高压（20MPa）低温（15℃）和存在明水，天然气、重烃和水在小孔缝隙，过滤器滤芯表面必然生成固体状的水合物，直接后果就是严重堵塞过滤器的微孔，阻挡气体通过。当压差超过强度极限时，滤芯破坏。

3、系统改造措施及建议：

针对系统中的“三多一低”采取以下改造措施：

1）适当减少压缩机注油量，目前已将注油量从每分钟40余滴降至10余滴。

2）增设一级重型分离器以减轻过滤器的油、水、烃负荷。该分离器采用离心分离、折转分离和重力沉降三组合，安装使用后，可分离携带油水量的70%以上。

3）增设一组前置+精密除油过滤器，与原过滤器组形成并联运行，相当于增加一倍过滤面积或流通能力，当一组过滤器出现故障时，另一组过滤器可在短时间内维持全流量运行。

4）由于气源组份和工作压力站方不可控制或改变，而调整系统中的工作温度相对简单，所以站方可根据环境温度的变化调整冷却水系统运行参数，冬季应确保压缩机排气温度在25℃以上，避免水合物形成所需的低温条件。压缩机供货商应能提供改变压缩机排气温度的手段和条件。

5）建议在天然气气源存在高烃、高水份地区建站优先选用低压前置脱水装置或采用级间脱水装置。

结束语：我国地域辽阔，气温差别大，天然气供应源多样化，建设CNG汽车加气站应因地制宜，充分考虑地源、气质组份等因素，设计选型适用本地工况的工艺流程和相应的设备。