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CNG脫水裝置安全設(shè)計要點

文檔作者：李大明文檔來源：西安超濾		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月27日
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2005CNG加氣站建設(shè)、管理及技術(shù)交流會
CNG脫水裝置安全設(shè)計要點
一西安超濾李大盟G
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引言脫水裝是壓縮天然氣(CNG)加氣站的主要設(shè)備之一,也是影響加氣
站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行的重要設(shè)備之一。本文以安全設(shè)計為側(cè)重點,結(jié)合本公
司的實踐,分析、討論了該裝置的技術(shù)傾向、整理布局、設(shè)備結(jié)構(gòu)及選型應(yīng)用等
問題
1、設(shè)計原則CNG加氣站的安全運行事關(guān)人身、財產(chǎn)安全,易觸發(fā)社會和奧
論關(guān)注,而保證產(chǎn)品安全運行的諸多環(huán)節(jié)首推設(shè)計不完善的設(shè)計會造成無法彌
補的缺陷,因為設(shè)備一旦交工運行,現(xiàn)場極難提供整改的機(jī)會,因此,我們奉行
的設(shè)計原則是:安全第一,性能第二,成本第三對客戶的承諾是:更安全、更
可靠、更先進(jìn)、更適用
2、技術(shù)傾向
2.1脫水裝置依在壓縮機(jī)前后安裝位置
不同,分為前置/后置兩種(個別在壓縮
機(jī)級間配置),實際上反映了兩種建站投
資思路,也有個別從技術(shù)角度考慮安裝
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位置(如含水量高低對無油壓縮機(jī)密封環(huán)壽命影響)
表1
低壓高壓脫水裝置經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較
低壓(前置)
中、高壓(級間、后置)
適用于1500-10000m中大型站
適用于1500m3以下小型站
處理氣量較大
處理氣量較小
一般多在0.3~2.5Mpa,壓力過低,會導(dǎo)致當(dāng)管網(wǎng)壓力過低,對壓縮機(jī)的壓縮比、級數(shù)、
設(shè)備過于龐大
功率有較大影響
管網(wǎng)壓力不宜太低
與管網(wǎng)壓力無直接關(guān)系
基本不受壓縮機(jī)負(fù)荷變化影響,可設(shè)計為吸因再生氣回流壓縮機(jī)進(jìn)口,要求壓縮機(jī)開機(jī)
附解析兩個獨立的封閉系統(tǒng)
時間不低于6小時,否則會造成再生解析不
完全
不受壓縮機(jī)開機(jī)時間的限制
易受壓縮機(jī)負(fù)荷變化影響
有益于壓縮機(jī)工作環(huán)境和延長壽命
當(dāng)管網(wǎng)氣體質(zhì)量不好(含水、、凝析油及
固態(tài)雜質(zhì)),有可能對壓縮機(jī)造成腐蝕、磨損、
液擊等損傷
對管網(wǎng)氣質(zhì)要求不高
對管網(wǎng)質(zhì)有嚴(yán)格要求
不受高壓/低壓交變負(fù)荷無潤滑油污染,高低壓切換沖刷吸附劑,壓縮機(jī)潤滑油有可
吸附劑、零部件壽命較長
能污染吸附劑,吸附劑壽命較短,高壓零部
件易損壞,再生氣回收利用困難
維修、運行費用較低
維修、運行費用較高
吸附劑裝填量大,再生循環(huán)工藝復(fù)雜吸附劑裝填量小,無需再生循環(huán)工藝
體積、重量大,投資較大
體積、重量小,投資較小
筆者認(rèn)為:對于中大型站,中、高檔壓縮機(jī)應(yīng)選用前置型,對于小型站,低檔
壓縮機(jī)也應(yīng)優(yōu)先考慮采用前置型,因為從安全可靠性考慮,低壓前置型無疑具有
更多優(yōu)勢
2.2減壓排放與零排放再生:前者因羅茨風(fēng)機(jī)機(jī)殼為鑄件,耐壓性能較差,所以
再生時需將再生系統(tǒng)壓力降至0.5bar以下,當(dāng)管網(wǎng)壓力較高時,減壓排放出的天
然氣造成浪費和污染環(huán)境,且不安全后者因羅茨風(fēng)機(jī)密閉在容器中,由容器承
受管網(wǎng)壓力,羅茨風(fēng)機(jī)僅提供再生系統(tǒng)所需壓力降該機(jī)型可在線壓力下實現(xiàn)再
生運行,無需減壓排放,適用于管網(wǎng)壓力較高工況,是目前最具競爭力的技術(shù)
23控制:低壓(前置)脫水裝置按自動化程度可分為全自動和半自動前者可
做到無人現(xiàn)場操作,后者需在兩塔切換時,到現(xiàn)場手動切換閥門,其后的再生程
序自動進(jìn)行,無需現(xiàn)場操作。依國內(nèi)技術(shù)和資金能力,筆者推薦半自動控制方式
按控制柜安裝位置可分為現(xiàn)場控制和非防爆區(qū)控制前者采用正壓保護(hù)或隔爆
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箱,后者將控制柜設(shè)置在非防爆區(qū),一般與壓縮機(jī)控制柜同區(qū),筆者推薦后者
按控制柜功能又可分為:露點控制、觸摸屏/文本指示燈顯示等。
24高壓(后置控制形式及特點(見表2)
表2:
自動控制型
手動控制型
閥門自動切換,加熱溫度自動調(diào)節(jié)
手動切換閥門,溫控裝置簡單,自動化程度
無人操作,工作可靠
低
操作麻煩,易受人的因素干擾
因自動化程度高,可實現(xiàn)短流程,切換周期手動切換,一般要求再生時間不低于6小時
4小時
切換周期8小時
受壓縮機(jī)負(fù)荷變化影響較小
受壓縮機(jī)負(fù)荷變化影響較大
因短流程,裝填量少,體積小,重量輕流程長裝填量大,廢氣回收罐容積大放
空氣量大
設(shè)備投資略高
設(shè)備投資略低
3、重視CNG加氣站過濾器的選型、配置
3.1管網(wǎng)過濾器:一般前置型脫水裝置已經(jīng)成撬配置了旋風(fēng)分離器或過濾器,作
為CNG站的第一關(guān)口。采用壓縮機(jī)后置高壓脫水裝置的CNG站則需在壓縮機(jī)
前安裝一臺具有氣液分離和除塵過濾功能的分離過濾器,可有效避免對壓縮機(jī)的
液體沖擊和固體顆粒磨蝕。由于壓縮機(jī)頻繁開停機(jī)引起的氣流脈動,過于簡單、
低級的分離過濾單元將難于勝任。
CNG專用壓縮機(jī)在高壓、高溫、高轉(zhuǎn)速和輕質(zhì)氣體條件下運行,限于國內(nèi)
現(xiàn)有技術(shù)和材料,采用無油潤滑技術(shù)并非易事國內(nèi)壓縮機(jī)仍多采用有油潤滑,
且油耗甚高,并已對后續(xù)設(shè)備和汽車動力系統(tǒng)造成損害,但不知為何,有關(guān)cNG
站的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中均未對天然氣中的含油量指標(biāo)做出限定,而壓縮氣體的過濾除
油技術(shù)早已成熟,過濾設(shè)備安裝、使用、維護(hù)為方便,性價比令人滿意,所以
從維護(hù)消費者權(quán)益出發(fā),應(yīng)對CNG含油量立法樹規(guī),推廣普及
補醫(yī)潤
4、低壓前置型安全設(shè)計要點來自附氣路
41再生系統(tǒng)增設(shè)超壓排放和低壓補
氣調(diào)節(jié)裝置:
來自再生增
冷卻器
分離器
入循環(huán)
低壓脫水裝置再生系統(tǒng)由循環(huán)
分離器排污
風(fēng)機(jī)一加熱器一再生塔一冷卻器一
壓
入放散
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分離器一循環(huán)風(fēng)機(jī)組成閉式循環(huán),當(dāng)加熱再生時,系統(tǒng)壓力升高;吹冷時,系統(tǒng)
壓力降低。若氣源中甲烷成份偏低,由于分子篩的選擇吸附作用,會將部分C2
以上成份吸附。加熱時,這部分油氣與水蒸汽一起蒸發(fā)進(jìn)入系統(tǒng)當(dāng)吹冷時,這
部分氣體凝結(jié)成液體排出,更加劇了系統(tǒng)壓力的升降幅度。增設(shè)自動調(diào)節(jié)裝置,
可提高設(shè)備運行安全性和減輕操作工勞動強(qiáng)度。
4.2完善加熱器功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計:
加熱器是再生系統(tǒng)中功率最大,溫度最
高和最容易發(fā)生故障的設(shè)備,采用整體焊接
式加熱組件大大提高了密封性能。兩級外置
臥式加熱器有利于裝配、維修、且不易于積
存冷凝液體(當(dāng)吹冷時),主、副加熱器有利于
降低負(fù)荷調(diào)節(jié)強(qiáng)度,有利于安全運行和降低控制元件成本。
4.3加大裝填量:
中國天然氣產(chǎn)業(yè)剛剛起步,CNG行業(yè)尚不
成熟,管網(wǎng)壓力波動,氣體成份變化,水份含
W
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量不穩(wěn),操作工業(yè)務(wù)生疏,設(shè)備、零部件本身
缺陷等,都有可能造成設(shè)備偏離設(shè)計工況,所
以必要的安全富裕量是保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行
的重要條件之一
5、高壓后置型安全設(shè)計要點
5.1不宜用于大型設(shè)備:大口徑高壓管件、閥門的可靠性和高壓氣排放的安全性、
再生氣排放的經(jīng)濟(jì)性等諸多因素制約高壓后置型脫水裝置大型化,此外由于大型
鍛件為主構(gòu)成的高壓容器在經(jīng)濟(jì)上也是不合算的。
5.2慎用卡套式管件:
卡套式管件雖然方便,但在運輸、安裝過程中,易受力變形,且卡套多為一
次性使用,焊接式球面密封管件雖然加工難,價格貴,但安全、可靠、不易泄漏
5.3天然氣節(jié)流制冷效應(yīng)對加熱器安全運行的威脅:
天然氣每降低1bar,約降溫0.4℃,按減壓200bar計,降溫幅度可達(dá)80℃,
低溫和大幅度溫差對以碳鋼為主的加熱部件及連接件強(qiáng)度、密封性影響不容忽
視。需在努力提升減壓閥后溫度的同時,對加熱器結(jié)構(gòu)、材料做適當(dāng)調(diào)整
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5.4再生氣來源多樣化:
高壓脫水裝置再生系統(tǒng)為開
式循環(huán),來自干燥塔出口或儲氣瓶
返回的干燥天然氣經(jīng)減壓閥、加熱
器、再生塔帶出濕氣再經(jīng)冷器、分
離器排向管網(wǎng)或壓縮機(jī)進(jìn)口,有時
也直接排向大氣設(shè)備調(diào)試階段一
般采用干燥塔出口的產(chǎn)品氣作為
再生氣源,此時儲氣瓶或儲氣井尚
需置換,建立壓力。如果儲氣瓶、
井有殘留水,返回再生系統(tǒng)的天然氣全因露點不合格導(dǎo)致減壓閥冰堵,再生過程中
斷,甚至?xí)斐杉訜崞鞲蔁?
當(dāng)設(shè)備穩(wěn)定運行后,宜用低壓氣瓶存儲氣再生,可有效降低減壓閥的節(jié)流致冷效
應(yīng)和降低能耗。
5.5合理設(shè)置放道:
壓縮機(jī)的級間分離器、機(jī)后除油過濾器、脫水裝置前、后過濾器、再生系統(tǒng)
氣液分離器以及再生排放氣,需分別或合并接入某一個或多個容器
圖一所示:再生排放氣與壓縮機(jī)級間分離器排污管接入同一容器,造成再生
氣排放背壓失穩(wěn)。
調(diào)壓、計量
與
分離出的塵
沖沖沖罐
再生氣
再生分器
分寓液
后置脫水裝置
(圖一)
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圖二所示:將脫水裝置前置分離器和后置粉塵過濾器排出的油、水、塵直接
接入壓縮機(jī)入口。
樂、計
后置過濾器
分離出的粉塵
再生廢氣
再生分離器
除水過濾器
除油過濾器
分寓液
(圖二)
這類細(xì)小環(huán)節(jié)看似不起眼,但同樣會對系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運行造成不必要的
損害。
圖三所示:脫水裝置撬三個氣液分離器與壓縮機(jī)級間分離器接入排污罐,
再生氣排放氣接入緩沖罐,兩罐上部連接,保證足夠的貯氣容積以容納再生氣(當(dāng)
壓縮機(jī)停機(jī)時)和切換時的高壓泄放氣
來自城市營
,
放融
量
生份出的
生氣
儲
↓
生高器
后置水裝置
(圖三)
結(jié)論:能源結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行,天然氣產(chǎn)業(yè)前途光明。安全、可靠、先進(jìn)、經(jīng)
濟(jì)是CNG行業(yè)快速穩(wěn)步發(fā)展的基本條件。
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標(biāo)雅.費下

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