浅谈CNG加气母站的工艺设计

朱琳

【摘要】本文结合大庆油田某CNG加气母站的建设实践，介绍CNG加气母站主要工艺流程及工艺设备的选型分析，并对其安全控制系统进行了简单描述，希望今后对CNG加气母站的设计建设具有借鉴意义。

【关键词】紧急切断；紧急放散；调压计量；脱硫塔；脱水器；储气井 ；加气柱

序言

大庆油田某CNG母站总设计规模10X104Nm3/d，竣工总投资805万元（不含土地费）；该母站主要设備：调压计量撬、双塔脱硫装置、双塔脱水装置、压缩机、储气井、加气柱等设备。该站功能包含天然气的处理、压缩、给拖车加气等。

1、加气站的工艺流程

大庆油田某CNG母站气源接自大庆门站高压汇管，进站压力0.8MPa～1.8MPa。进站天然气首先进入调压计量撬进行稳压计量。稳压计量后的天然气经脱硫装置和脱水装置分别进行脱硫、脱水等工艺处理后再进入压缩机压缩升压至25MPa，经压缩后的天然气通过加气柱给CNG拖车加气。加满气的拖车运至CNG加气子站给燃气汽车加气。简单流程图如下：

2、设计初步构思

1）进站天然气管道上设置紧急切断阀。考虑加气站事故状态时，能够及时、快速切断气源，将事故波及的范围降到最低，设计考虑在进站管线上设置紧急切断阀。2）脱硫。根据该站原料天然气气质成分，原料气含硫化氢（H2S）含量在20mg/m3以下，考虑汽车用天然气的气质标准，故本设计考虑设置脱硫装置。并设置一路旁通以便于在硫化氢（H2S）含量≤15mg/m3时直接进入下一工序。3）脱水。依据CNG加气站天然气气质成份表，原料气的含水量超过了《车用压缩天然气》的气质标准要求。原料气经脱水器脱水，脱水后的天然气水露点在-60℃以下。经脱水后得天然气满足车用压缩天然气气质标准的要求。4）加气站的安全泄放。高压管道及设备的安全泄放：压缩机各级安全泄放系统，调压计量放空、脱水安全放散及管道安全放散的气体汇集在一起进入放空管进行放空。5）站内浓度报警及ESD按纽。站内设置可燃气体报警器，监测工艺装置区等处的泄漏天然气的浓度。为充分保证加气站的安全运行，降低事故发生后的次生灾害，在加气站的安全出入口、加气机、压缩机以及脱水器PLC控制柜、压缩机PLC控制柜上均要求设置了ESD按纽。这些ESD按纽串联，重大事故一旦发生后，可以随时按下ESD按纽，然后与ESD按纽联动的所有设备均停止工作，从而避免次生灾害的产生。6）压缩机工作状态。压缩机进行并联，正常工作时通过旁通阀进行隔断，互不影响。异常情况时，通过开启旁通阀，实现压缩机互用。

3、主要工艺设备选型

3.1调压计量系统

本加气母站气源接自门站高压汇管，用气时段的不同，压力变动较大，为了保护压缩机，延长压缩机的使用寿命，进站天然气要进行调压，使其压力处于较稳定状态。为了配合上游贸易计量，在调压器后设有天然气流量计。

3.2脱硫系统

计量后的天然气如果含硫量大于15mg/Nm3时，需要进行脱硫。根据门站供气的气质情况，本站应设计脱硫装置，结合加气站的工作特点和脱硫装置的再生周期，本站要求选用双塔结构的脱硫设备，一塔吸附，一塔再生。脱硫塔装置排出的气体含硫量不得大于15mg/Nm3。结合该站生产规模，本站脱硫装置的处理量为8500Nm3/h。

3.3脱水系统

由于本站天然气含水量较高，因此脱硫后的天然气必须进行脱水处理。脱硫后的天然气根据脱水工艺在气体压缩的前、中、后，分为前置脱水、中间脱水和后置脱水。一般地，压缩机为集成设备，很少中间导出天然气，因此一般不用中间脱水的工艺方式。后置脱水工艺要求脱水设备的配件、阀件质量比较高；同时，由于工作压力较高，析出的重烃组分容易使脱水剂中毒。目前国内在这方面的技术工艺问题仍未有较好的处理措施，后置脱水一般用于处理量不大，压缩机对气质要求不高的场合，如配置国产压缩机的常规站或小型母站。前置脱水与后置脱水相比，脱水设备的安全性能好、设备配备的阀件性能要求低、吸附剂不易油中毒等优点，结合本站压缩前的工作压力，在五里届CNG母站设计中，选用前置脱水的生产工艺。

3.4压缩系统

压缩机为本站的核心设备，设备选型优劣关系整个母站运行状况的好坏。进口压缩机与国产压缩机相比有如下优点：排气量大、消音措施高效，噪音低；技术成熟，安全可靠，自控水平高，自我保护措施强；鉴于上述优点，该CNG母站设计时，采用了进口压缩机。加气站内压缩机型号规格的选取主要根据该站的设计规模、进站天然气压力和脱水工艺等确定。

3.5压缩机保护系统

压缩机是加气站的核心设备，是加气站的心脏。压缩机一旦出现故障，这个加气站必将停止营业。保护压缩机，使压缩机正常工作，是该站设计的必不可少的部分。按照传统加气母站对压缩机的保护，就是在压缩机撬前增设进气缓冲罐，平衡压缩机的进气量，减少气体脉冲对压缩机的冲击，同时减少压缩机进口管线的震荡。为解决上述问题，结合站场用地，设计考虑在每台压缩机撬内均撬装一个小型的进气缓冲罐，在每台压缩机进口管线上设有一个长为600mm的金属软管。该CNG母站采用的压缩机为活塞推动式压缩机，根据压缩机的工作原理，在某一工作压力状态下，压缩机排气量成余弦线，为了减少压缩机后气体脉动对压缩机和充气系统的影响，以及两台压缩机排气量的相互影响，设计考虑在压缩机后增设储气井进行缓冲。

3.6充气系统

处理压缩后的天然气经加气柱给CNG拖车充气。依据加气站的生产规模、拖车加气时间结合日有效工作时间确定加气柱的台数。单台拖车加气时间一般在1.5小时，日有效工作时间以16h计算，本站日加气拖车按28辆/d，根据如下公式决定加气柱的数量：

加气机枪数=日加气拖车数X单台拖车加气时间/日有效工作时间

4、结束语

随着天然气在城市能源供应中的普及，CNG越来越多的为燃气汽车所用。作为生产CNG的加气母站，设计合理的工艺流程、配置经济可靠的工艺设备是保证加气站安全、可靠、经济运行的关键因素。CNG加气母站工艺技术不断开拓、完善，工艺设备的合理选择，对于推动CNG加气子站的建设，促进燃气汽车的发展，净化城市环境具有不可替代的作用。