优化提高CNG加气站脱水效率研究

【摘要】本文主要探讨了CNG加气站脱水技术的相关问题，分析了目前CNG加气站脱水的几种方式，进而进行了分析和比较，提出了提高CNG加气站脱水效果的措施。

【关键词】CNG加气站；脱水；技术；效果

中图分类号：C35文献标识码： A

一、前言

目前，我国CNG加气站脱水的方式很多，但是，各种脱水方式依然存在很多的问题，导致了脱水的效果不佳，因此，分析CNG加气站脱水技术，提出优化脱水流程的措施非常有必要。

二、天然气脱水工艺流程

1、天然气脱水方法

一般用于天然气脱水的方法有吸收法脱水、吸附法脱水和低温法脱水。应根据天然气气质情况、用户要求、脱水要求以及经济比较确定合理的脱水方法。吸收法和吸附法主要应用于水露点的控制。低温法可同时控制水露点和烃露点。吸附法脱水深度比吸收法要高得多,但设备投资较大。由于天然气汽车用燃气对水分的要求很高,故目前国内外一般采用分子筛吸附脱水的干燥工艺。

2、天然气吸附脱水工艺流程

加气站脱水工艺宜采用固体吸附法,利用分子筛深度吸附水分,对天然气进行精脱。当分子筛的含水量达到饱和后,利用加热一部分天然气,通过冷热循环脱去分子筛中的水分,使分子筛填料再生。在压缩机前脱水时,宜采用活性氧化铝-分子筛或硅胶-分子筛两级脱水装置;在压缩机后或压缩机中段脱水时,宜采用分子筛一级脱水装置。

下面主要介绍天然气压缩机前脱水工艺流程。脱水系统主要设备有:预过滤器、干燥塔、加热器、再生鼓风机、再生气液分离器、冷却器、后过滤器以及相关阀门。其中后过滤器主要用于除去吸附剂产生的粉尘。图1是一座单塔干燥器的工艺流程。

进行吸附时,打开阀门1,2,7,9,天然气进入干燥塔脱水。再生时,打开阀门4,6,再生气经冷却器冷却、分离出水分后,成为干气,经加热器加热后,重新进入干燥器对分子筛进行再生。

三、两种脱水方式的分析

1、技术参数比较(表1)

2、投资及运行成本比较

（一）后置脱水装置的重量和体积约为同等处理量前置脱水装置的1/4，吸附剂装填量约为1/20，初期投资偏低约1/2，且前置脱水占地面积较大，对于用地面积较小的加气站不宜采用。

（二）运行成本方面，后置脱水吸附剂由于承受高压作用易粉化，加上压缩机的油气化后随天然气进入吸附塔，油分粘附于吸附剂表面导致吸附能力降低，约半年左右需进行更换，而对于前置脱水则不存在这种情况，正常情况下，前置脱水的吸附剂可连续使用3年以上;另外后置脱水的阀门、零部件承受高压作用，使用寿命一般为6-12月，整机寿命约为5-8年，前置脱水低压运行，阀门、零部件的使用寿命一般为3--5年，整机寿命约为10.5年，后置脱水的运行成本大大高于前置脱水。

3、运行安全分析

（一）天然气属于易燃易爆气体，爆炸极限为5-15%，加之加气站内外存在多种点火源，如果设备、管路发生严重泄漏，则可能发生燃烧或爆炸。前置脱水吸附、再生压力低，管路绝大部分采用法兰连接，泄漏点少;后置脱水吸附塔为高压运行，通常压力在20-25Mpa，再生塔为低压运行，压力为0.5-0.8Mpa，两塔交替吸附/再生，每个塔处于高压/低压交变运行，管路采用的连接泄漏点较多。

（二）压缩天然气压力释放过程是一个强吸热过程，对高压运行的后置脱水来说，当压缩天然气从容器或管路中泄漏时，泄漏孔周围会迅速形成一个低温区，甚至结冰，这会对设备操作人员造成伤害。

（三）前置脱水的再生压力为0.3Mpa-0.4Mpa，再生气取自干燥塔的排气，压力也为0.3-0.4Mpa，无压力突降现象。后置脱水的再生压力为0.5――0.8Mpa，再生气取自干燥塔的排气或气体储存设备，压力为15-25Mpa，两者压差很大，容易造成再生进气管路减压阀冰堵，导致再生气加热器发生“空烧”情况，对加热器造成不良影响。

（四）后置脱水的吸附塔/再生塔压力变化范围大，在0.5――25Mpa之间交替运行，温度在常温-180℃之间变化，长期使用后，塔的金属材料可能产生疲劳效应，加上硫化氢等物质的腐蚀，存在局部爆裂的可能。

根据观察运行情况，前置脱水的安全性能优于后置脱水。

4、对压缩机的影响

（一）采用前置脱水时，进入压缩机的天然气已经脱水处理，水分、杂质已经去除，对压缩机的汽缸、活塞及其零件磨损小，可延长压缩机的使用寿命;后置脱水位于压缩机之后，天然气的杂质、水分会对压缩机阀件、汽缸和活塞造成磨损，减少压缩机的使用寿命，天然气中的酸性物质与水化合会对压缩机的冷却器、分离器及其它部件产生腐蚀。

（二）前置脱水可实现再生过程再生气零排放，不会造成进气管网压力波动，压缩机进气压力稳定;后置脱水的再生气如果回收必须将其引到压缩机进气口，当再生过程中出现再生障碍时，势必影响压缩机进气压为的稳定，对压缩机运行造成影响。如果将再生气放空，以每天再生5小时，每小时消耗天然气80Nm3计算，每天将浪费640Nm3天然气。

5、脱水处理效果

根据GB50156-2012《汽车加油加气站设计与施工规范》条文说明，压缩前的天然气流速应不大于20m/s，压缩后的流速应不大于5m/s。对前置脱水，天然气在吸附塔的停留时间较短，水分未被充分吸附，脱水效果不很理想，通常情况下，脱水处理后的天然气水露点大于-40℃，如果进站天然气携带水分多，脱水效果还要差;后置脱水不仅流入的天然气流速低且脱水装置设置了压力保持阀，防止低压、大流量的天然气进入吸附塔，使天然气在吸附塔停留的时间延长，分子筛吸附能力得到充分发挥，脱水处理后的天然气水露点小于-60℃，由于后置脱水位于压缩机后，处理后的天然气不会受到油、水和杂质的污染，质量稳定。因此，从处理效果看，后置脱水优于前置脱水。

四、高低压脱水两种方式的对比

1、对压缩机的影响

低压脱水也称前置脱水，设备处于压缩机前端，因此，进入压缩机的气体为纯净的干气，无杂质的气体对压缩机不造成磨损，可延长压缩机的使用寿命。由于气体中无水份，又提高了压缩机的产气效率。而高压脱水处理压缩机的末端，未经精处理的湿气和杂质会造成压缩机阀件及活塞的过早磨损和降低产气量。

2、处理量和吸附周期

根据原料气的压力和含水量，低压脱水装置，每小时处理量可在1000～3000NM，吸附周期为4～15万方，对于日产量10000方的CNG站来说，平均每周作一次再生，高压脱水吸附量一般在1～1.5万方，平均一天多再生一次。

3、吸附剂的寿命低压脱水装置由于吸附周期长，相对高压脱水装置的再生次数少，同时，压缩机工作时未被分离干净的油分子不会给吸附机造成污染，延长了吸附剂的使用寿命，降低了因更换吸附机和停产给用户造成经济损失，而高压脱水则与它相反。

4、、再生成本

低压脱水装置的闭式循环再生工艺，利用系统内的一点余气作循环加热、换热、分离等过程，完成吸附剂的再生，同时采用内置式电炉加热不会造成热量损失，可缩短了再生时间。高压脱水装置利用高压气降压，外置电炉作再生，能耗和热损稍大。

5、运行成本及维修

更换低压脱水装置的球阀和密封件远比更换高压密封件容易，而且材料费也低。

6、处理效果

低压脱水处理天然气易受天然气气质影响，若来气含水量不稳下，会影响脱水效果，同时，由于天然气经压缩机压缩后(特别是国产压缩机)有时会带出一些杂质，会影响车用气质量，而高压脱水是在压缩机后进行处理，处理后的天然气不会再受二次污染，使车用气质量稳定。

五、结论

1、从处理效果看，一般而言，要想提高脱水效果，后置脱水优于前置脱水。同时，在选择脱水方式时，一定要从整体考虑，作者根据多年CNG站设计经验，建议在使用进口压缩机且来气质量较稳定时，采用低压脱水方式；在使用国产压缩机时，或来气质量不太稳定时采用高压脱水方式。

2、此外，在CNG加气站的设计中，为保证压缩机吸入压力的稳定性，须在压缩机前设置缓冲罐，因此也可考虑将脱水装置设置在缓冲罐之后。这样既可以保证脱水装置来气压力的稳定性，也兼顾了压缩机吸入压力的稳定性的要求。

3、综上所述，为了能够有效提高CNG加气站脱水的效果，今后必须要更加深入的分析CNG加气站脱水的技术方法，采用更加先进的脱水技术，优化脱水的环节，提高脱水效率。

【参考文献】

[1]郭忠明,隆立红.压缩天然气(CNG)加气母站的工艺设计方案[J].油气储运.2011(05)

[2]虞琳,郁永章.CNG加气站压缩机运行中的若干问题[J].压缩机技术.2012(03)