淺談CNG加氣母站的工藝設(shè)計(jì)

朱琳

【摘要】本文結(jié)合大慶油田某CNG加氣母站的建設(shè)實(shí)踐，介紹CNG加氣母站主要工藝流程及工藝設(shè)備的選型分析，并對其安全控制系統(tǒng)進(jìn)行了簡單描述，希望今后對CNG加氣母站的設(shè)計(jì)建設(shè)具有借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】緊急切斷；緊急放散；調(diào)壓計(jì)量；脫硫塔；脫水器；儲氣井 ；加氣柱

序言

大慶油田某CNG母站總設(shè)計(jì)規(guī)模10X104Nm3/d，竣工總投資805萬元（不含土地費(fèi)）；該母站主要設(shè)備：調(diào)壓計(jì)量撬、雙塔脫硫裝置、雙塔脫水裝置、壓縮機(jī)、儲氣井、加氣柱等設(shè)備。該站功能包含天然氣的處理、壓縮、給拖車加氣等。

1、加氣站的工藝流程

大慶油田某CNG母站氣源接自大慶門站高壓匯管，進(jìn)站壓力0.8MPa～1.8MPa。進(jìn)站天然氣首先進(jìn)入調(diào)壓計(jì)量撬進(jìn)行穩(wěn)壓計(jì)量。穩(wěn)壓計(jì)量后的天然氣經(jīng)脫硫裝置和脫水裝置分別進(jìn)行脫硫、脫水等工藝處理后再進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮升壓至25MPa，經(jīng)壓縮后的天然氣通過加氣柱給CNG拖車加氣。加滿氣的拖車運(yùn)至CNG加氣子站給燃?xì)馄嚰託?。簡單流程圖如下：

2、設(shè)計(jì)初步構(gòu)思

1）進(jìn)站天然氣管道上設(shè)置緊急切斷閥?？紤]加氣站事故狀態(tài)時(shí)，能夠及時(shí)、快速切斷氣源，將事故波及的范圍降到最低，設(shè)計(jì)考慮在進(jìn)站管線上設(shè)置緊急切斷閥。2）脫硫。根據(jù)該站原料天然氣氣質(zhì)成分，原料氣含硫化氫（H2S）含量在20mg/m3以下，考慮汽車用天然氣的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，故本設(shè)計(jì)考慮設(shè)置脫硫裝置。并設(shè)置一路旁通以便于在硫化氫（H2S）含量≤15mg/m3時(shí)直接進(jìn)入下一工序。3）脫水。依據(jù)CNG加氣站天然氣氣質(zhì)成份表，原料氣的含水量超過了《車用壓縮天然氣》的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。原料氣經(jīng)脫水器脫水，脫水后的天然氣水露點(diǎn)在-60℃以下。經(jīng)脫水后得天然氣滿足車用壓縮天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。4）加氣站的安全泄放。高壓管道及設(shè)備的安全泄放：壓縮機(jī)各級安全泄放系統(tǒng)，調(diào)壓計(jì)量放空、脫水安全放散及管道安全放散的氣體匯集在一起進(jìn)入放空管進(jìn)行放空。5）站內(nèi)濃度報(bào)警及ESD按紐。站內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w報(bào)警器，監(jiān)測工藝裝置區(qū)等處的泄漏天然氣的濃度。為充分保證加氣站的安全運(yùn)行，降低事故發(fā)生后的次生災(zāi)害，在加氣站的安全出入口、加氣機(jī)、壓縮機(jī)以及脫水器PLC控制柜、壓縮機(jī)PLC控制柜上均要求設(shè)置了ESD按紐。這些ESD按紐串聯(lián)，重大事故一旦發(fā)生后，可以隨時(shí)按下ESD按紐，然后與ESD按紐聯(lián)動(dòng)的所有設(shè)備均停止工作，從而避免次生災(zāi)害的產(chǎn)生。6）壓縮機(jī)工作狀態(tài)。壓縮機(jī)進(jìn)行并聯(lián)，正常工作時(shí)通過旁通閥進(jìn)行隔斷，互不影響。異常情況時(shí)，通過開啟旁通閥，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)互用。

3、主要工藝設(shè)備選型

3.1調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)

本加氣母站氣源接自門站高壓匯管，用氣時(shí)段的不同，壓力變動(dòng)較大，為了保護(hù)壓縮機(jī)，延長壓縮機(jī)的使用壽命，進(jìn)站天然氣要進(jìn)行調(diào)壓，使其壓力處于較穩(wěn)定狀態(tài)。為了配合上游貿(mào)易計(jì)量，在調(diào)壓器后設(shè)有天然氣流量計(jì)。

3.2脫硫系統(tǒng)

計(jì)量后的天然氣如果含硫量大于15mg/Nm3時(shí)，需要進(jìn)行脫硫。根據(jù)門站供氣的氣質(zhì)情況，本站應(yīng)設(shè)計(jì)脫硫裝置，結(jié)合加氣站的工作特點(diǎn)和脫硫裝置的再生周期，本站要求選用雙塔結(jié)構(gòu)的脫硫設(shè)備，一塔吸附，一塔再生。脫硫塔裝置排出的氣體含硫量不得大于15mg/Nm3。結(jié)合該站生產(chǎn)規(guī)模，本站脫硫裝置的處理量為8500Nm3/h。

3.3脫水系統(tǒng)

由于本站天然氣含水量較高，因此脫硫后的天然氣必須進(jìn)行脫水處理。脫硫后的天然氣根據(jù)脫水工藝在氣體壓縮的前、中、后，分為前置脫水、中間脫水和后置脫水。一般地，壓縮機(jī)為集成設(shè)備，很少中間導(dǎo)出天然氣，因此一般不用中間脫水的工藝方式。后置脫水工藝要求脫水設(shè)備的配件、閥件質(zhì)量比較高；同時(shí)，由于工作壓力較高，析出的重?zé)N組分容易使脫水劑中毒。目前國內(nèi)在這方面的技術(shù)工藝問題仍未有較好的處理措施，后置脫水一般用于處理量不大，壓縮機(jī)對氣質(zhì)要求不高的場合，如配置國產(chǎn)壓縮機(jī)的常規(guī)站或小型母站。前置脫水與后置脫水相比，脫水設(shè)備的安全性能好、設(shè)備配備的閥件性能要求低、吸附劑不易油中毒等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合本站壓縮前的工作壓力，在五里屆CNG母站設(shè)計(jì)中，選用前置脫水的生產(chǎn)工藝。

3.4壓縮系統(tǒng)

壓縮機(jī)為本站的核心設(shè)備，設(shè)備選型優(yōu)劣關(guān)系整個(gè)母站運(yùn)行狀況的好壞。進(jìn)口壓縮機(jī)與國產(chǎn)壓縮機(jī)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：排氣量大、消音措施高效，噪音低；技術(shù)成熟，安全可靠，自控水平高，自我保護(hù)措施強(qiáng)；鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，該CNG母站設(shè)計(jì)時(shí)，采用了進(jìn)口壓縮機(jī)。加氣站內(nèi)壓縮機(jī)型號規(guī)格的選取主要根據(jù)該站的設(shè)計(jì)規(guī)模、進(jìn)站天然氣壓力和脫水工藝等確定。

3.5壓縮機(jī)保護(hù)系統(tǒng)

壓縮機(jī)是加氣站的核心設(shè)備，是加氣站的心臟。壓縮機(jī)一旦出現(xiàn)故障，這個(gè)加氣站必將停止?fàn)I業(yè)。保護(hù)壓縮機(jī)，使壓縮機(jī)正常工作，是該站設(shè)計(jì)的必不可少的部分。按照傳統(tǒng)加氣母站對壓縮機(jī)的保護(hù)，就是在壓縮機(jī)撬前增設(shè)進(jìn)氣緩沖罐，平衡壓縮機(jī)的進(jìn)氣量，減少氣體脈沖對壓縮機(jī)的沖擊，同時(shí)減少壓縮機(jī)進(jìn)口管線的震蕩。為解決上述問題，結(jié)合站場用地，設(shè)計(jì)考慮在每臺壓縮機(jī)撬內(nèi)均撬裝一個(gè)小型的進(jìn)氣緩沖罐，在每臺壓縮機(jī)進(jìn)口管線上設(shè)有一個(gè)長為600mm的金屬軟管。該CNG母站采用的壓縮機(jī)為活塞推動(dòng)式壓縮機(jī)，根據(jù)壓縮機(jī)的工作原理，在某一工作壓力狀態(tài)下，壓縮機(jī)排氣量成余弦線，為了減少壓縮機(jī)后氣體脈動(dòng)對壓縮機(jī)和充氣系統(tǒng)的影響，以及兩臺壓縮機(jī)排氣量的相互影響，設(shè)計(jì)考慮在壓縮機(jī)后增設(shè)儲氣井進(jìn)行緩沖。

3.6充氣系統(tǒng)

處理壓縮后的天然氣經(jīng)加氣柱給CNG拖車充氣。依據(jù)加氣站的生產(chǎn)規(guī)模、拖車加氣時(shí)間結(jié)合日有效工作時(shí)間確定加氣柱的臺數(shù)。單臺拖車加氣時(shí)間一般在1.5小時(shí)，日有效工作時(shí)間以16h計(jì)算，本站日加氣拖車按28輛/d，根據(jù)如下公式?jīng)Q定加氣柱的數(shù)量：

加氣機(jī)槍數(shù)=日加氣拖車數(shù)X單臺拖車加氣時(shí)間/日有效工作時(shí)間

4、結(jié)束語

隨著天然氣在城市能源供應(yīng)中的普及，CNG越來越多的為燃?xì)馄囁?。作為生產(chǎn)CNG的加氣母站，設(shè)計(jì)合理的工藝流程、配置經(jīng)濟(jì)可靠的工藝設(shè)備是保證加氣站安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。CNG加氣母站工藝技術(shù)不斷開拓、完善，工藝設(shè)備的合理選擇，對于推動(dòng)CNG加氣子站的建設(shè)，促進(jìn)燃?xì)馄嚨陌l(fā)展，凈化城市環(huán)境具有不可替代的作用。