CNG加气站中的天然气脱水

CNG加气站中的天然气脱水

CNG加气站的原料气一般为来自输气管道的商品天然气，在加气站中增压至20～25MPa并冷却至常温后，再在站内储存与加气。充装在高压气瓶(约20MPa)中的CNG，用作燃料时须从高压减压至常压或负压，再与空气混合后进入汽车发动机中燃烧。由于减压时有节流效应，气体温度将会降至-30℃以下。为防止气体在高压与常温(尤其是在寒冷环境)或节流后的低温下形成水合物和冻堵，故必须在加气站中对原料气深度脱水。

    CNG加气站中的天然气脱水虽也采用吸附法，但与NGL回收装置中的脱水系统相比，它具有以下特点：①处理量很小；②生产过程一般不连续，而且多在白天加气；③原料气已在上游经过处理，露点通常已符合管输要求，故其相对湿度小于100%。

    据了解，CNG加气站中气体脱水用的干燥剂在美国多为分子筛，俄罗斯以往多用硅胶，目前也用分子筛，我国则普遍采用分子筛。至于脱水后干气的露点或水含量，则应根据各国乃至不同地区的具体情况而异。我国GB 18047《车用压缩天然气》中规定，汽车用压缩天然气的水露点在汽车驾驶的特定地理区域内，在zui高操作压力下，水露点不应高于-13℃；当zui低气温低于-8℃，水露点应比zui低气温低5℃。CNG的脱水深度通常也可用其在储存压力下的水含量来表示。

1. 天然气脱水装置在加气工艺流程中的位置

    当进加气站的天然气需要脱水时，脱水可在增压前(前置)、增压间(级间)或增压后(后置)进行，即根据其在CNG加气工艺流程中的位置不同，又可分为低压脱水(压缩机前脱水)、中压脱水(压缩机级间)及高压脱水(压缩机后)三种。

    脱水装置通常设置两塔即两个干燥器，一套系统在脱水，一套系统在再生。交替运行周期一般为6～8h，但也可更长。脱水装置的设置位置应按下列条件确定：①所选用的压缩机在运行中，其机体限制冷凝水的生成量，且天然气的进站压力能克服脱水系统等阻力时，应将脱水装置设置在压缩机前；②所选用的压缩机在运行中，其机体不限制冷凝水的生成量，并有可靠的导出措施时，可将脱水装置设置在压缩机后；③所选用的压缩机在运行中，允许从压缩机的级间导出天然气进行脱水时，宜将脱水装置设置在压缩机的级间。此外，压缩机汽缸采用的润滑方式(无油或注油润滑)也是确定脱水装置在流程中位置时需要考虑的因素。

    在增压前脱水时，再生用的天然气宜采用进站天然气经电加热、吸附剂再生、冷却和气液分离后，再经增压进入进站的天然气脱水系统。再生用的循环风机应为再生系统阻力值的1.10～1.15倍。

    在增压后或增压间脱水时，再生用的天然气宜采用脱除游离液(水分和油分)后的压缩天然气，并应由电加热控制系统温度。再生后的天然气宜经冷却、气液分离后进入压缩机的进口。再生用天然气压力为0.4～1.8MPa或更高。

    低、中、高压脱水方式各有优缺点。高压脱水在需要深度脱水时具有优势，但由于高、中压脱水需要对压缩机进行必要的保护，否则会因含水蒸气的天然气进入压缩机而导致故障。

    天然气脱水装置设置在压缩机后或压缩机级间时，压缩天然气进入脱水装置前，应先经过冷却、气液分离和除油过滤，以脱除游离的水分和油分。

2. CNG加气站天然气脱水装置工艺流程

目前国内各地加气站大多采用国产天然气脱水装置，并有低压、中压、高压脱水三类。其中，低压和中压脱水装置有半自动、自动和*三种方式，高压脱水装置只有全自动一种方式。半自动装置只需操作人员在两塔切换时手动切换阀门，再生过程自动控制。在两塔切换时有少量天然气排放。全自动装置所有操作自动控制，不需人员操作。在两塔切换时也有少量天然气排放。*装置指全过程(切换、再生)实现*。这些装置脱水后气体的水露点小于-60℃。干燥剂一般采用4A或13X分子筛。

半自动和全自动低压脱水工艺流程见图3-20。图3-20中原料气从进气口进入前置过滤器，除去游离液和尘埃后经阀3进入干燥器A，脱水后经阀5去后置过滤器除去吸附剂粉尘后至出气口。再生气经循环风机增压后进入加热器升温，然后经阀B进入干燥器B使其再生，再经阀27进入冷却器冷却后去分离器分出冷凝水，重新进入循环风机增压。

*低压脱水工艺流程见图3-21。图3-21中原料气从进气口进入前置过滤器，除去游离液和尘埃后经阀1进入干燥器A，脱水后经止回阀和后置过滤器至出气口。再生气来自脱水装置出口，经循环风机增压后进入加热器升温，然后经止回阀进入干燥器B使其再生，再经阀4进入冷却器冷却后去分离器分出冷凝水，重新回到脱水装置进气口。

半自动、全自动和*中压脱水流程与图3-20、图3-21基本相同，只是进气口来自压缩机一级出口(或二级出口，但工作压力不宜超过4MPa)，出气日去压缩机二级入口(或三级入口)。

高压脱水装置工艺流程见图3-22。图3-22中的气体依次进入前置过滤器、精密过滤器，除去游离液和尘埃后经阀1进入干燥器A脱水，然后经后置过滤器和压力保持阀送至顺序盘入口。再生气从装置出口或低压气井(或低压气瓶组)引入，经减压后进入加热器升温，然后进入干燥器B使其再生，再经阀4进入冷却器、分离器分出冷凝水后，进入压缩机前的低压管网或放空。

由于四川、重庆地区气温较高，川渝地区的商品气中有一部分在管输前未经脱水，其水含量可达4.25g/m³(露点约为0℃)。针对这一特点，为了减少CNG加气站脱水装置负荷和降低能耗，该地区CNG加气站普遍采用高压脱水装置。至于其他地区加气站当其采用来自长庆气区输气管道或西气东输管道天然气为原料气时，由于原料气进站时有一定压力，而且已在上游经过处理，因而普遍选用低压脱水装置。

当加气站规模较小时，其天然气脱水装置也可采用1台干燥器，间断脱水与再生。

必须说明的是，当选用成套天然气脱水装置产品时，如果其干燥剂床层高度和直径是某一定值的话，则应按照原料气流量、实际水含量和该脱水装置干燥剂床层的装填量、有效湿容量和高度等核算一下实际脱水周期和达到透过点(转效点)的时间，并比较实际脱水周期是否小于达到透过点的时间.

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