CNG、L-CNG合建站輸差分析和研究

程德才（重慶興燃能源有限責(zé)任公司，重慶 400000）

0 引言

輸差管控是衡量場(chǎng)站經(jīng)營(yíng)管理水平一個(gè)重要的指標(biāo)。輸差的大小不僅直接影響場(chǎng)站的經(jīng)濟(jì)效益，也對(duì)場(chǎng)站的安全管理具有一定的影響。產(chǎn)生輸差的原因眾多。針對(duì)單一的以管道氣為氣源的CNG加氣站的輸差原因分析比較完善[1-3]，而以管道氣和LNG雙氣源的CNG、L-CNG合建站的輸差影響因素則未見研究。本文針對(duì)CNG常規(guī)站和L-CNG的合建站開展輸差分析和研究，并提出改善輸差的措施和建議。

1 CNG、L-CNG合建站工藝特點(diǎn)

CNG常規(guī)站的一般流程是連接城市燃?xì)夤芫W(wǎng)，以管道氣為氣源，通過調(diào)壓、計(jì)量、增壓、脫水后儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氣設(shè)施內(nèi)并進(jìn)行CNG銷售；L-CNG加氣站則采取槽車外運(yùn)LNG的方式，在站內(nèi)將槽車內(nèi)LNG卸載到站上低溫儲(chǔ)罐，LNG經(jīng)柱塞泵“加壓”后氣化為CNG，儲(chǔ)存在高壓儲(chǔ)氣設(shè)施，通過加氣機(jī)給車輛加氣。CNG常規(guī)站和L-CNG的合建站則將兩套系統(tǒng)合理布局在一個(gè)場(chǎng)站。

2 輸差分析

鑒于目前管道氣結(jié)算都是采用標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)量，而LNG則以質(zhì)量計(jì)量，CNG銷售也以質(zhì)量計(jì)量因此，合建站輸差的計(jì)算：

式中：ΔQ為場(chǎng)站輸差（Nm3）， Qi0為輸差計(jì)算期內(nèi)管道氣購進(jìn)氣量（Nm3），Qi1為輸差計(jì)算期內(nèi)LNG購進(jìn)氣量（t）， P為L(zhǎng)NG氣化率（Nm3/t），Qx為輸差計(jì)算期內(nèi)場(chǎng)站銷售量（kg），ρN為車用CNG標(biāo)準(zhǔn)密度（293K，101.325kPa狀態(tài)下），（kg/m3），重慶為0.6804[4]，∑N1為輸差計(jì)算期開始時(shí)間點(diǎn)場(chǎng)站內(nèi)管道（以N10表示）和儲(chǔ)氣設(shè)施（以N11表示）內(nèi)的氣體，Nm3，∑N1=N10+N11；∑N2為輸差計(jì)算期結(jié)束時(shí)間點(diǎn)場(chǎng)站內(nèi)管道（以N20表示）和儲(chǔ)氣設(shè)施（以N21表示）內(nèi)的氣體，Nm3，∑N2=N20+N21。

輸差主要來自于：計(jì)量誤差、過程損耗、管道及儲(chǔ)氣井氣量差異和計(jì)算“偏差”。

2.1 計(jì)量誤差

合建站流量計(jì)包含：管道氣系統(tǒng)進(jìn)氣體積流量計(jì)、CNG加氣機(jī)的質(zhì)量流量計(jì)、L-CNG系統(tǒng)的地磅。

管道氣進(jìn)氣計(jì)量廣泛采用羅茨流量計(jì)，計(jì)量精度為±1.5%，對(duì)氣源的氣質(zhì)要求較高，若氣源臟，含水量高，則計(jì)量偏大[5]。

LNG計(jì)量則主要采用在液化工廠的地磅，以磅單作為結(jié)算依據(jù)，買方可通過地磅或其他法定計(jì)量?jī)x器、設(shè)備復(fù)核。地磅最大允許誤差在±0.15%以內(nèi)[6]。

加氣機(jī)采用質(zhì)量流量計(jì)，基于科里奧利力原理，直接測(cè)量氣體的質(zhì)量流量，受氣體密度、壓力和溫度影響較小，按國家計(jì)量檢定規(guī)程，加氣機(jī)質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量誤差是±1%[7]。

合建站采用不同的計(jì)量?jī)x器，法定計(jì)量誤差的差異在一定程度上會(huì)引入輸差。

2.2 過程損耗

工藝系統(tǒng)中過程損耗主要有兩個(gè)方面：正常損耗和非正常損耗。

正常損耗指由于設(shè)備工藝或生產(chǎn)工藝要求，在正常生產(chǎn)過程中必須發(fā)生的、無法回收的對(duì)系統(tǒng)外的排放。非正常損耗指的是由于操作過程未嚴(yán)格遵守操作規(guī)程或工藝缺陷導(dǎo)致的損耗，可以通過對(duì)工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)和操作規(guī)程的嚴(yán)格執(zhí)行來避免。

2.2.1 正常損耗

正常損耗包含：排污、工藝放空、活動(dòng)部件泄漏。

（1）排污

壓縮機(jī)、干燥塔、廢氣罐、儲(chǔ)氣井和售氣機(jī)排污。

（2）工藝放空

設(shè)備啟停階段自動(dòng)卸壓以及由于工藝特點(diǎn)無法回收的放空氣體。

CNG常規(guī)站工藝系統(tǒng)：①停機(jī)后壓縮機(jī)排空；②干燥塔排空。

L-CNG工藝系統(tǒng)：①卸車完成軟管中殘留LNG和BOG的放空；②卸完液后管道中殘留LNG、BOG的放空；③柱塞泵運(yùn)行前、中和停機(jī)的泄壓排空。

（3）活動(dòng)部件的泄露

運(yùn)動(dòng)部件無法實(shí)現(xiàn)100%密封，比如壓縮機(jī)活塞、柱塞泵活塞桿處都會(huì)有一定的泄露。

2.2.2 非正常損耗

L-CNG加氣站主要采用增壓卸車方式。卸車環(huán)節(jié)導(dǎo)致的輸差包含兩個(gè)方面：

（1）槽車中的殘余LNG

L-CNG加氣站一般未設(shè)置地磅等卸車計(jì)量裝置。是否卸車完成，依靠場(chǎng)站操作人員的判斷：軟管內(nèi)無流動(dòng)聲音，槽車液位計(jì)歸零，軟管表面結(jié)冰狀況減少等。殘余量的多少與卸車增壓操作流程和場(chǎng)地坡度、卸車臺(tái)與槽車出液口法蘭中心線高差等有直接的關(guān)系。往往槽車中都有LNG的殘留，最大可達(dá)到幾百公斤。

（2）槽車中的BOG

在卸車過程中必須依靠BOG將槽車壓力增高，保持對(duì)儲(chǔ)罐的0.2MPa以上的正壓差。也就導(dǎo)致卸車完成后槽車中剩余壓力在0.3～0.5MPa，按一般0.1Mpa要求，未能回收利用的BOG量達(dá)到150～300kg[8]。

2.2.3 過程損耗統(tǒng)計(jì)

各環(huán)節(jié)的損失情況如表1所示。

表1 各環(huán)節(jié)的損失情況

2.3 管道及儲(chǔ)氣井氣量差異

CNG進(jìn)入儲(chǔ)氣設(shè)施，儲(chǔ)氣設(shè)施供應(yīng)加氣機(jī)后對(duì)車進(jìn)行加氣。根據(jù)氣體狀態(tài)方程，天然氣密度與溫度相關(guān)，密度越低相應(yīng)的密度越大。在輸差計(jì)算的起止時(shí)間點(diǎn)上，儲(chǔ)氣井內(nèi)氣體溫度不一樣將導(dǎo)致同樣壓力狀態(tài)下儲(chǔ)氣井內(nèi)氣體的量的差異。

2.4 計(jì)算偏差

LNG購進(jìn)按質(zhì)量計(jì)量，根據(jù)JJG996-2012《壓縮天然氣加氣機(jī)檢定規(guī)程》的要求，CNG銷售按質(zhì)量結(jié)算，管道氣購進(jìn)是按體積計(jì)量，在核算輸差時(shí)就必須進(jìn)行單位的統(tǒng)一。

在進(jìn)行輸差計(jì)算中，質(zhì)量和體積的換算會(huì)由于選取的標(biāo)準(zhǔn)密度與實(shí)際氣體密度的差異引入“虛擬輸差”（實(shí)際不存在，運(yùn)行報(bào)表上才有的輸差值），“虛擬輸差”大小決定于LNG氣化后的密度和LNG的占比、管道氣的密度等。

3 輸差管控措施

（1）嚴(yán)格執(zhí)行排污操作，加強(qiáng)對(duì)氣質(zhì)的監(jiān)測(cè)。對(duì)場(chǎng)站來說，設(shè)備運(yùn)行中的排污和放空是輸差的一個(gè)來源，而這部分只占0.5%以下。正常的排污是保證氣質(zhì)的重要措施，氣質(zhì)的穩(wěn)定和“干凈”對(duì)流量計(jì)精度有直接影響，流量計(jì)精度變動(dòng)帶來的輸差是直接影響場(chǎng)站經(jīng)營(yíng)效益的。

（2）減少設(shè)備啟停次數(shù)和故障停機(jī)次數(shù)。壓縮機(jī)、柱塞泵在啟停都會(huì)存在放空的情況，尤其是柱塞泵還需要預(yù)冷等，啟停次數(shù)增加對(duì)于設(shè)備磨損會(huì)加大，也會(huì)增加放空量，增加輸差。在合理配置儲(chǔ)氣設(shè)施和設(shè)備產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，要合理安排設(shè)備運(yùn)行調(diào)配。加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，減少故障停機(jī)次數(shù)，也能減少放空量。

（3）通過操作規(guī)程和工藝優(yōu)化，回收槽車中的BOG至0.1～0.2MPa，降低卸車過程的輸差。針對(duì)合建站，LNG卸車損失和計(jì)算輸差占了較大比重?？稍谛盾囂幵鲈O(shè)卸車計(jì)量裝置，實(shí)時(shí)、單車核算卸車輸差。

（4）控制系統(tǒng)運(yùn)行壓力，減少和避免安全閥超壓起跳，并加強(qiáng)對(duì)安全閥出口的泄漏監(jiān)測(cè)。加氣站是將低壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏旱倪^程，活動(dòng)部件必然存在一定的“滲漏”，除此之外，跑冒滴漏是造成輸差的一個(gè)重要來源，法蘭、閥門、活塞等處是泄漏的高發(fā)部位，加強(qiáng)對(duì)這些部位的泄漏檢測(cè)，按技術(shù)要求進(jìn)行操作和維保，避免或降低泄漏量。尤其加強(qiáng)對(duì)安全閥的監(jiān)測(cè)，安全閥出口端直接連接放空管，加氣站的安全閥基本為彈簧安全閥，多次起跳后密封性能降低，直接進(jìn)入放空管，往往無法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)。

4 結(jié)語

加氣站輸差直接反應(yīng)場(chǎng)站設(shè)施設(shè)備運(yùn)行和管理水平，是一項(xiàng)重要的工作，對(duì)于實(shí)際產(chǎn)生的輸差，可通過排污提升和保證氣質(zhì)、降低卸車損耗、強(qiáng)化法蘭及安全閥等部位的檢查維護(hù)能降低輸差，提高經(jīng)濟(jì)效益；但由于購進(jìn)和銷售采取的計(jì)量單位的差異，在計(jì)算輸差時(shí)的單位換算由于選用的密度和實(shí)際密度的差異引入“虛擬誤差”，則可通過財(cái)務(wù)管理的方式來平衡或可通過具有檢測(cè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)對(duì)密度進(jìn)行復(fù)核和修正。