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            CNG脱水装置安全设计要点

            文档作者: 李大明        文档来源: 西安超滤
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            更新时间: 2020年12月27日
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            Eva ht 2002-2019 Aspose Pty Ltd 2005CNG加气站建设、管理及技术交流会 CNG脱水装置安全设计要点 一西安超滤李大盟G onki.net 引言脱水装是压缩天然气(CNG)加气站的主要设备之一,也是影响加气 站安全、稳定、经济运行的重要设备之一。本文以安全设计为侧重点,结合本公 司的实践,分析、讨论了该装置的技术倾向、整理布局、设备结构及选型应用等 问题 1、设计原则CNG加气站的安全运行事关人身、财产安全,易触发社会和奥 论关注,而保证产品安全运行的诸多环节首推设计不完善的设计会造成无法弥 补的缺陷,因为设备一旦交工运行,现场极难提供整改的机会,因此,我们奉行 的设计原则是:安全第一,性能第二,成本第三对客户的承诺是:更安全、更 可靠、更先进、更适用 2、技术倾向 2.1脱水装置依在压缩机前后安装位置 不同,分为前置/后置两种(个别在压缩 机级间配置),实际上反映了两种建站投 资思路,也有个别从技术角度考虑安装 F. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 2005C加气站建设、管理及技术交流会 位置(如含水量高低对无油压缩机密封环寿命影响) 表1 低压高压脱水装置经济技术比较 低压(前置) 中、高压(级间、后置) 适用于1500-10000m中大型站 适用于1500m3以下小型站 处理气量较大 处理气量较小 一般多在0.3~2.5Mpa,压力过低,会导致当管网压力过低,对压缩机的压缩比、级数、 设备过于庞大 功率有较大影响 管网压力不宜太低 与管网压力无直接关系 基本不受压缩机负荷变化影响,可设计为吸因再生气回流压缩机进口,要求压缩机开机 附解析两个独立的封闭系统 时间不低于6小时,否则会造成再生解析不 完全 不受压缩机开机时间的限制 易受压缩机负荷变化影响 有益于压缩机工作环境和延长寿命 当管网气体质量不好(含水、、凝析油及 固态杂质),有可能对压缩机造成腐蚀、磨损、 液击等损伤 对管网气质要求不高 对管网质有严格要求 不受高压/低压交变负荷无润滑油污染,高低压切换冲刷吸附剂,压缩机润滑油有可 吸附剂、零部件寿命较长 能污染吸附剂,吸附剂寿命较短,高压零部 件易损坏,再生气回收利用困难 维修、运行费用较低 维修、运行费用较高 吸附剂装填量大,再生循环工艺复杂吸附剂装填量小,无需再生循环工艺 体积、重量大,投资较大 体积、重量小,投资较小 笔者认为:对于中大型站,中、高档压缩机应选用前置型,对于小型站,低档 压缩机也应优先考虑采用前置型,因为从安全可靠性考虑,低压前置型无疑具有 更多优势 2.2减压排放与零排放再生:前者因罗茨风机机壳为铸件,耐压性能较差,所以 再生时需将再生系统压力降至0.5bar以下,当管网压力较高时,减压排放出的天 然气造成浪费和污染环境,且不安全后者因罗茨风机密闭在容器中,由容器承 受管网压力,罗茨风机仅提供再生系统所需压力降该机型可在线压力下实现再 生运行,无需减压排放,适用于管网压力较高工况,是目前最具竞争力的技术 23控制:低压(前置)脱水装置按自动化程度可分为全自动和半自动前者可 做到无人现场操作,后者需在两塔切换时,到现场手动切换阀门,其后的再生程 序自动进行,无需现场操作。依国内技术和资金能力,笔者推荐半自动控制方式 按控制柜安装位置可分为现场控制和非防爆区控制前者采用正压?;せ蚋舯?75 标xw.com费下载 F. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd. 2005CNG加气站建设、管理及技术交流会 箱,后者将控制柜设置在非防爆区,一般与压缩机控制柜同区,笔者推荐后者 按控制柜功能又可分为:露点控制、触摸屏/文本指示灯显示等。 24高压(后置控制形式及特点(见表2) 表2: 自动控制型 手动控制型 阀门自动切换,加热温度自动调节 手动切换阀门,温控装置简单,自动化程度 无人操作,工作可靠 低 操作麻烦,易受人的因素干扰 因自动化程度高,可实现短流程,切换周期手动切换,一般要求再生时间不低于6小时 4小时 切换周期8小时 受压缩机负荷变化影响较小 受压缩机负荷变化影响较大 因短流程,装填量少,体积小,重量轻流程长装填量大,废气回收罐容积大放 空气量大 设备投资略高 设备投资略低 3、重视CNG加气站过滤器的选型、配置 3.1管网过滤器:一般前置型脱水装置已经成撬配置了旋风分离器或过滤器,作 为CNG站的第一关口。采用压缩机后置高压脱水装置的CNG站则需在压缩机 前安装一台具有气液分离和除尘过滤功能的分离过滤器,可有效避免对压缩机的 液体冲击和固体颗粒磨蚀。由于压缩机频繁开?;鸬钠髀龆?过于简单、 低级的分离过滤单元将难于胜任。 CNG专用压缩机在高压、高温、高转速和轻质气体条件下运行,限于国内 现有技术和材料,采用无油润滑技术并非易事国内压缩机仍多采用有油润滑, 且油耗甚高,并已对后续设备和汽车动力系统造成损害,但不知为何,有关cNG 站的法规、标准中均未对天然气中的含油量指标做出限定,而压缩气体的过滤除 油技术早已成熟,过滤设备安装、使用、维护为方便,性价比令人满意,所以 从维护消费者权益出发,应对CNG含油量立法树规,推广普及 补医润 4、低压前置型安全设计要点来自附气路 41再生系统增设超压排放和低压补 气调节装置: 来自再生增 冷却器 分离器 入循环 低压脱水装置再生系统由循环 分离器排污 风机一加热器一再生塔一冷却器一 压 入放散 d. http:/www.cnki.net PDF. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd 2005]CNG加气站建设、管理及技术交流会 分离器一循环风机组成闭式循环,当加热再生时,系统压力升高;吹冷时,系统 压力降低。若气源中甲烷成份偏低,由于分子筛的选择吸附作用,会将部分C2 以上成份吸附。加热时,这部分油气与水蒸汽一起蒸发进入系统当吹冷时,这 部分气体凝结成液体排出,更加剧了系统压力的升降幅度。增设自动调节装置, 可提高设备运行安全性和减轻操作工劳动强度。 4.2完善加热器功能、结构设计: 加热器是再生系统中功率最大,温度最 高和最容易发生故障的设备,采用整体焊接 式加热组件大大提高了密封性能。两级外置 卧式加热器有利于装配、维修、且不易于积 存冷凝液体(当吹冷时),主、副加热器有利于 降低负荷调节强度,有利于安全运行和降低控制元件成本。 4.3加大装填量: 中国天然气产业刚刚起步,CNG行业尚不 成熟,管网压力波动,气体成份变化,水份含 W W 量不稳,操作工业务生疏,设备、零部件本身 缺陷等,都有可能造成设备偏离设计工况,所 以必要的安全富裕量是保证设备安全稳定运行 的重要条件之一 5、高压后置型安全设计要点 5.1不宜用于大型设备:大口径高压管件、阀门的可靠性和高压气排放的安全性、 再生气排放的经济性等诸多因素制约高压后置型脱水装置大型化,此外由于大型 锻件为主构成的高压容器在经济上也是不合算的。 5.2慎用卡套式管件: 卡套式管件虽然方便,但在运输、安装过程中,易受力变形,且卡套多为一 次性使用,焊接式球面密封管件虽然加工难,价格贵,但安全、可靠、不易泄漏 5.3天然气节流制冷效应对加热器安全运行的威胁: 天然气每降低1bar,约降温0.4℃,按减压200bar计,降温幅度可达80℃, 低温和大幅度温差对以碳钢为主的加热部件及连接件强度、密封性影响不容忽 视。需在努力提升减压阀后温度的同时,对加热器结构、材料做适当调整 免费下载 F. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd 2005CG加气站建设、管理及技术交流会 5.4再生气来源多样化: 高压脱水装置再生系统为开 式循环,来自干燥塔出口或储气瓶 返回的干燥天然气经减压阀、加热 器、再生塔带出湿气再经冷器、分 离器排向管网或压缩机进口,有时 也直接排向大气设备调试阶段一 般采用干燥塔出口的产品气作为 再生气源,此时储气瓶或储气井尚 需置换,建立压力。如果储气瓶、 井有残留水,返回再生系统的天然气全因露点不合格导致减压阀冰堵,再生过程中 断,甚至会造成加热器干烧。 当设备稳定运行后,宜用低压气瓶存储气再生,可有效降低减压阀的节流致冷效 应和降低能耗。 5.5合理设置放道: 压缩机的级间分离器、机后除油过滤器、脱水装置前、后过滤器、再生系统 气液分离器以及再生排放气,需分别或合并接入某一个或多个容器 图一所示:再生排放气与压缩机级间分离器排污管接入同一容器,造成再生 气排放背压失稳。 调压、计量 与 分离出的尘 冲冲冲罐 再生气 再生分器 分寓液 后置脱水装置 (图一) 78 ic Journal Electronic Publishing House. All rights F. Copyright 2002-2019 Aspose Pty Ltd 2005]CNG加气站建设、管理及技术交流会 图二所示:将脱水装置前置分离器和后置粉尘过滤器排出的油、水、尘直接 接入压缩机入口。 乐、计 后置过滤器 分离出的粉尘 再生废气 再生分离器 除水过滤器 除油过滤器 分寓液 (图二) 这类细小环节看似不起眼,但同样会对系统的安全经济运行造成不必要的 损害。 图三所示:脱水装置撬三个气液分离器与压缩机级间分离器接入排污罐, 再生气排放气接入缓冲罐,两罐上部连接,保证足够的贮气容积以容纳再生气(当 压缩机?;?和切换时的高压泄放气 来自城市营 , 放融 量 生份出的 生气 储 ↓ 生高器 后置水装置 (图三) 结论:能源结构调整势在必行,天然气产业前途光明。安全、可靠、先进、经 济是CNG行业快速稳步发展的基本条件。 79 标雅.费下
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