浅析CNG母标一体站气损原因及修正措施

景泳淼，高清波，周永红，雍晓乐

中国石油昆仑燃气有限公司浙江分公司（浙江杭州310000）

浅析CNG母标一体站气损原因及修正措施

景泳淼，高清波，周永红，雍晓乐

中国石油昆仑燃气有限公司浙江分公司（浙江杭州310000）

气损是影响CNG站点经济效益的重要因素。结合母标一体站工艺设备特点，重点从购销计量器本身的误差、压力温度、工艺流程产生损失、工艺设备自身的泄漏与缺陷、正常损耗等方面综合分析站点气损产生的原因。提出选择优质流量计、计算机辅助模拟、合理设定天然气密度值、做好设备日常维护、控制放空、排污损耗、优化工艺设备等措施，保障场站经济效益，并通过实例分析，在相关措施落实后，达到控制气损的目的。

母标站；气损原因；解决措施

据不完全统计，2013年国内压缩天然气（CNG）加气站已达3 000多座，其场站类型为CNG母站、CNG标准站、CNG母标一体站、CNG子站。场站的运行成本主要有天然气购销、电（水）消耗、设备维护费、安全设施投入费、人工费等。天然气购销中气损是影响CNG加气站经济效益的一个重要因素，也是场站管理不可逾越的红线之一。CNG母标一体站在脱水、压缩、充装过程中，会因技术、设备、计量和正常损失等产生气损问题。就气损产生的具体原因及解决措施进行探析，以此减少气损，提高经济效益。

1 气损原因分析

CNG母标一体站是从天然气管道中获得天然气，经过滤、调压计量、干燥、增压、脱水等程序后，一路通过加气柱充装给CNG运输车转送给CNG子站；另一路通过优先顺序控制盘为储气井组充装天然气，或直接输送至加气机为CNG燃料汽车加气，也可以利用储气井组内的天然气通过加气机为CNG燃料汽车加气。基于对母标一体站工艺、设备的综合分析，其产生气损的原因有以下几个方面。

1.1 购销计量器本身的误差

母标一体站的计量一般由气源处的流量计和加气机的计量系统组成。一般来说，进站气源用的流量计为体积流量计，加气柱（机）的流量计为质量流量计。

体积流量计，如罗茨流量计的精度为±1.5%，对气源质量要求较高，若气源杂质多、含水量大，会因污损造成较大的计量偏差。

加气柱（机）所用的质量流量计[1]，在物件部门对加气柱（机）标定的时候，采用的计量单位是立方米，因此在标定时，要得到天然气在标况下的真实密度，把测量所的值换算成体积。但加气（柱）机不具备自动检测天然气密度的功能，只能靠人为输入。在实际工作中，密度往往是凭借标定人员的经验设定，在同一个行政区域所用的密度值基本一致，而且无特殊情况长时间不做调整，这造成密度设定值有时误差加大[2]。另在冬季，因天然气用气量陡增，输气管的天然气由不同地方不同密度的天然气组成，造成原密度发生变化。

1.2 温度、压力影响天然气密度，造成计量误差

天然气对温度的变化比较敏感，随着环境温度的变化，所测出的气体体积数误差很大，在夏天和冬天尤为突出[3]。温度变化会引起天然气压缩因子变化，致使天然气密度随之变化，对计量体积造成较大的影响。

天然气真实气体的密度与压缩因子存在以下关系，即

式中：ρ（T,P）为天然气真实密度，kg/m3，ρ0（T,P）为天然气理想密度，kg/m3，Zmix（T,P）为压缩因子。

由于地面瓶组、压缩机到加气机（柱）的距离较远，温度一般发生微小波动，因此常用的公式法、查图法等计算压缩因子的方法不再适用。根据ISO 12213-2：2009第二部分提供的AGA8-92DC计算方法，计算压缩因子。

式中：B为第二维利系数；ρm为摩尔密度，mol/m3；ρr为对比密度，kg/m3；bn，cn，kn为常数，查GB/T 17747.2-2011表B.1可知；为温度和组成函数的系数，对比密度ρr与摩尔密度ρm的关系为：ρr=K3ρm；K为混合物体积参数。式中：p为绝对压力，Pa；R为摩尔气体常数；T为热力学温度，K。

根据不同压力、不同温度，联立公式（1）和（2）可以得出天然气实际摩尔密度ρm和压缩因子Z；由（1）可得出天然气真实密度，达到准确计量效果。

1.3 工艺流程产生损失

在CNG母标一体站的工艺中，压缩机低压放空一般直接放入大气，进气分离器的排污、脱水装置的排污以及储气井的排污也会带走天然气，因此，上述工艺会造成一定程度的天然气损失。

1.4 工艺设备自身的泄漏与缺陷

CNG母标一体站的放空阀、排污阀、安全阀等因使用年限、本身质量及日常维护保养等问题会产生内漏，造成天然气泄漏[4]；电磁阀和拉断阀由于使用时间长，造成密封性差，使三通枪阀泄漏；压缩机因为活塞杆的磨损，与填料不能完全密封，使高压天然气窜入曲轴箱，从呼吸口溢出。压缩机的填料密封靠的是气体压力进行密封，目前，有一部分压缩机的填料气没有回收，在压缩机组运行时一直有天然气排到大气。加气柱（机）在充装完一辆车后的高压放空，也直接进入大气，未回收，形成气损。

1.5 排污损耗

天然气是以各种碳氢化合物为主的混合气体[5]，经过脱硫、干燥、压缩等流程时，高分子烃会以液态形式在排污过程中排出，形成气损。

1.6 压力温度影响天然气相态，造成气损

碳氢化合物中的重烃在低于最高凝析温度的某一温度值时，压力升高到露点线后，重烃将会变成液态；在一定压力下，温度下降至露点温度时，重烃也会变成液态排出，增大了天然气气损。此项影响由气源气质决定，高者可达到5%。对天然气气质分析，通常乙烷约占3%左右，乙烷的临界压力4.88MPa，当压力高于4.88MPa时，在一定温度下，乙烷将变成液态排出，形成气损。

2 降低气损措施研究

2.1 选择优质流量计

根据场站的气源气质、流量计与压缩机组的距离选择合适的流量计，一般情况下选择罗茨流量计。但如果气质较差、距离压缩机组较近可选择高级针孔板阀流量计，同时在日常工作中应该注意维护保养，避免由于气压、气流等原因造成污损，影响流量计的精确性。

2.2 合理设定天然气密度值

在加气柱（机）标定时，场站应给标定人员提供一份近期的气质密度参数报告，尽可能使输入加气柱（机）的密度接近压缩气计量真实密度，降低气源密度对计量的影响。有条件场站，可在脱水干燥后安装在线气相色谱分析或离线气相色谱分析系统，进行气质色谱分析，了解气源密度。根据公式（1）、（2）、（3），利用计算软件程序，计算出不同压力、不同温度下的天然气真实密度，与色谱分析密度进行比对，合理设定天然气密度，达到减少气损目的。

2.3 做好设备日常维护

重视场站设备设施的维护保养，定期给阀门注脂，减少放空、排污阀的内漏。加强压缩机组的维护，要定期对压缩机的活塞杆、填料、各种高压阀门进行检验，防止设备损伤后产生更大的气损；定期清洗加气柱（机）的电磁阀，减少因密封不严造成的天然气气损。

2.4 优化工艺设备

天然气场站压缩机经过不断的优化设计，基本实现了填料气的回收功能。填料气通过冷却器冷却，经缓冲罐到达进气系统，极大地减少气损。国内部分加气柱（机）实现了高压气的放空回收功能，减少因高压放空产生的气损。因此对于无法实现填料气的压缩机组，可进行管网和机组改造，实现回收功能，并逐渐淘汰老机组，选择新型压缩机组。

3 实例分析

某公司母标一体站气源来自某省天然气公司支线管道，2013年该站天然气输差率一直在3%～4%之间，经分析，造成气损的原因有：气源实际密度与加气机（柱）标定的密度值误差较大；进气流量计与加气机（柱）计量器具的准确度、构造、原理不同（上游分输站计量采用精确度约为1%超声流量计，母站售气加气机（柱）采用精度为0.5%的质量流量计）；生产过程中压缩机和脱水装置的排污、压缩机的停机及加气机（柱）维修中的放空。

经该公司对气体密度进行取样检测，2013年10月气体密度为0.717g/L,12月气体密度为0.716g/L, 2013年2月气体密度为0.700g/L。2013年10月前，在未取得天然气组分分析报告时，该市质量技术监督局对加气机（柱）的密度标准值为0.72 g/L，造成较大输差。10月提供气质分析报告后，按照分析报告中的密度值对加气机（柱）重新标定后，输差得到有效控制，如表1所示。

同时，该公司加强站点设备设施的日常维护与保养，并进一步优化压缩机启停时间和工艺管网的排污放空时间，2013年气损问题得到有效解决,如表2所示。

4 结束语

综上所述，CNG母标一体站因购销计量设备的原理、构造不同，造成一定的购销误差。同时气源密度、工艺设备设施的放空（排污）、设备维护保养等对气损都有着不同程度的影响，结合场站的自身特点，借助计算机辅助程序，分析产生气损的重要原因，找准解决措施，就能够解决气损问题，保障场站经济效益，实现安全平稳运行。

表1 某公司母标一体站2013年1月至10月购销差统计表/104m3

表2 某公司母标一体站2014年购销差统计表

[1]王力勇,陈效华,宋春慧,等.CNG加气母站数质量管理存在的问题及解决措施[J].上海煤气,2013(1):9-10.

Gas loss is an important factor affecting the economic benefits of CNG stations.According to the characteristics of the process and equipment of parent-standard station,the causes leading to the gas loss are analyzed mainly from the error of the metering devices for buying and selling,the gas loss caused by pressure,temperature and process,the leakage and defects of process equipment,the nor⁃mal loss,etc.Some measures for decreasing the gas loss are proposed,such as selecting high-quality flow meter,using computer aided simulation,reasonably setting the density of natural gas,doing well the daily maintenance of equipment,controlling the gas loss due to venting and pollution discharge,optimizing process equipment,to ensure the economic benefit of gas stations.The analysis of an exam⁃ple shows that after the implementation of the related measures,the goal of controlling gas loss is achieved.

parent-standard station；gas loss cause；solution measures

左学敏

2016-04-19

景泳淼(1985-)，男，现主要从事燃气工程建设、运行等工作。