CNG后置深度脱水器中使用超音频加热器的初探

李平

随着科技的不断发展，利用超音频的电磁感应对物质加热已普遍在使用，如家用的电磁炉、地下石油抽取的加热等生活及工业领域。在压缩天燃气（CNG）用于汽车的加气系统中，CNG后置深度脱水器是必不可少的设备，因为它可使常压下CNG中水的露点温度低于-62℃，以达到车用CNG的使用标准，但在传统后置深度脱水器的使用中，存在着加热管易损坏、能耗高、气体回收不便等缺点，为此，我们用超音频加热器对罐内的分子筛加热，使罐内及分子筛所含水分受热后蒸发，以达到分子筛再生的目的。

1、超音频加热器的组成及工作原理。

1.1总体结构（见图1）

由超音频电流发生器及缠绕在脱水罐外的电感线圈和脱水罐体、罐内的分子筛等主要器部件组成。

1.2工作原理

当脱水罐体通过缠绕在自身外表面电感线圈的交变电磁场作用下，会产生涡流，这种涡流很快使罐体发热，发热的罐体通过传导和辐射使罐中的分子筛受热，从而使分子筛中的水分得以蒸发去除。

2、实验设备

我公司预投的2500m3/h～3000m3/h深度脱水器脱水罐；超音频加热控制器（15KW）；与脱水罐匹配的电感线圈；Pt100热电阻；PID调节仪；φ2.5～φ5 4A分子筛。

3、温度的控制

为使脱水器安全可靠的工作，将热电阻安装在脱水罐的内部及外表面，通过PID调节仪使罐内、外温度可控。

3.1脱水罐内分子筛温度的控制

由于分子筛的再生温度在200℃～280℃间最佳，因此将PID温控仪1的控制温度设置在此范围内。加热时通过插入分子筛中的热电阻1将罐内温度反馈到PID温控仪1，当罐内温度超过设定值，则使超音频电流发生器的电源接触器断开；当罐内温度低于设定值，则使超音频电流发生器的电源接触器合上，从而使罐内温度保持在设定值。

3.2罐表温度的控制

脱水罐由耐腐蚀高强度碳钢制成，在超音频电流发生器及缠绕在罐体上的电感线圈作用下，其自身温度越高对罐内升温越快，对分子筛的再生时间就越短，但罐体温度太高，即影响罐体使用寿命，也会增加安全隐患，因此罐体最高温度控制在300℃以内较为合适，为此将热电阻2放置在罐体的外表面，当罐表温度超过PID温控仪2的設定值时，则同样使超音频电流发生器的电源接触器断开。

4、试验过程及数据如下：

试验在我公司轻容车间进行，利用预投的2500m3/h～3000m3/h深度脱水器脱水罐半成品，即脱水罐只焊接一端的封头，另一端敞开，将0.06m3体积的分子筛装入脱水罐约2/3的高度处（见图1），再将10000ml自来水从罐的上面倒入分子筛中（此时分子筛的颜色从米白色变为淡黄色，就象干衣服打湿了水一样），过后把加热线圈装上并在罐的顶部用一块石棉板挖了一约￠25mm的孔后盖上，通电加热，30分钟后罐体（金属）表面温度从9℃升到预设置的230℃，但罐内分子筛中间部位的温度变化不大，仅从10℃升到12℃，保温30分钟后将罐体（金属）温度提升到275℃再保温，分子筛的温度逐步上升，中间的水份逐渐变成可见的汽雾从石棉板孔和石棉板与罐的接缝处溢出，约4小时分子筛的颜色逐渐恢复，加热5小时分子筛中间部位的温度升到230℃，5小时10分断电停止加热，分子筛中间部位的温度升到235℃（如继续监测分子筛中间部位的温度，还会继续上深），全部冷却后，分子筛的颜色从装入时的淡黄色又变成了米白色。通电时每相的电流15～17A，折合为输入功率10.4～11.8kw，由于保温层覆盖不到罐体的一半，罐体的散热较大，通电时间约占全部加热时间的4/5。

5、与传统产品的比较

现在CNG加气站使用的2500m3/h～3000m3/h后置深度脱水器，基本上是通过脱水后高压储气罐内减压的天燃气，流过加热器被加热后，再通过管道输送到脱水罐加热分子筛的，使分子筛中的水份随着高温气体的流动而被带出。电加热器的功率15kw，加热后的气体温度除与保温的保护层和加热的功率外，还与气体的流量有关，如气体流量掌控不好，实际温度将达不到设定温度。满负荷通电时间约占整个加热时间的4/5～5/6，根据我公司颁布的企业标准再生时间为6小时，实际的工作中可能更长。从以上可看出，超音频加热可减少输入功率降低能耗，温度也更易控制，并可减少加热器罐及相关管路，还可减少减压调压器。

6、讨论

⑴电感线圈与罐体外表面的间隙还须进一步的确定，间隙宽磁损大不利于加热，间隙窄罐体产生的热量易使线圈的绝缘损坏。⑵支撑电感线圈的材料即要绝缘又要耐热隔热，因此对支撑材料的选择应作比较，加工成型的方式方法还须进一步的寻找。⑶可通过PID调节仪控制加热频率，使加热速度更快，温度控制更平稳，能耗更低。利用超音频加热器对CNG后置深度脱水器分子筛的再生仅做了初步探索，但实验表明可节省能耗21%以上，待进一步完善后可为CNG后置深度脱水器开辟一新的加热工艺，由于比传统的脱水器节能、使用寿命长，将会有广阔的使用前景。

（作者单位：自贡大业高压容器有限责任公司）

作者简介

男，1959年6月出生，大专文化，工程师，自贡大业高压容器有限责任公司生物质能源项目技术部，主要从事CNG压缩机的电控技术。