淺析CNG母標(biāo)一體站氣損原因及修正措施

景泳淼，高清波，周永紅，雍曉樂

中國石油昆侖燃?xì)庥邢薰菊憬止荆ㄕ憬贾?10000）

淺析CNG母標(biāo)一體站氣損原因及修正措施

景泳淼，高清波，周永紅，雍曉樂

中國石油昆侖燃?xì)庥邢薰菊憬止荆ㄕ憬贾?10000）

氣損是影響CNG站點經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。結(jié)合母標(biāo)一體站工藝設(shè)備特點，重點從購銷計量器本身的誤差、壓力溫度、工藝流程產(chǎn)生損失、工藝設(shè)備自身的泄漏與缺陷、正常損耗等方面綜合分析站點氣損產(chǎn)生的原因。提出選擇優(yōu)質(zhì)流量計、計算機(jī)輔助模擬、合理設(shè)定天然氣密度值、做好設(shè)備日常維護(hù)、控制放空、排污損耗、優(yōu)化工藝設(shè)備等措施，保障場站經(jīng)濟(jì)效益，并通過實例分析，在相關(guān)措施落實后，達(dá)到控制氣損的目的。

母標(biāo)站；氣損原因；解決措施

據(jù)不完全統(tǒng)計，2013年國內(nèi)壓縮天然氣（CNG）加氣站已達(dá)3 000多座，其場站類型為CNG母站、CNG標(biāo)準(zhǔn)站、CNG母標(biāo)一體站、CNG子站。場站的運行成本主要有天然氣購銷、電（水）消耗、設(shè)備維護(hù)費、安全設(shè)施投入費、人工費等。天然氣購銷中氣損是影響CNG加氣站經(jīng)濟(jì)效益的一個重要因素，也是場站管理不可逾越的紅線之一。CNG母標(biāo)一體站在脫水、壓縮、充裝過程中，會因技術(shù)、設(shè)備、計量和正常損失等產(chǎn)生氣損問題。就氣損產(chǎn)生的具體原因及解決措施進(jìn)行探析，以此減少氣損，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 氣損原因分析

CNG母標(biāo)一體站是從天然氣管道中獲得天然氣，經(jīng)過濾、調(diào)壓計量、干燥、增壓、脫水等程序后，一路通過加氣柱充裝給CNG運輸車轉(zhuǎn)送給CNG子站；另一路通過優(yōu)先順序控制盤為儲氣井組充裝天然氣，或直接輸送至加氣機(jī)為CNG燃料汽車加氣，也可以利用儲氣井組內(nèi)的天然氣通過加氣機(jī)為CNG燃料汽車加氣。基于對母標(biāo)一體站工藝、設(shè)備的綜合分析，其產(chǎn)生氣損的原因有以下幾個方面。

1.1 購銷計量器本身的誤差

母標(biāo)一體站的計量一般由氣源處的流量計和加氣機(jī)的計量系統(tǒng)組成。一般來說，進(jìn)站氣源用的流量計為體積流量計，加氣柱（機(jī)）的流量計為質(zhì)量流量計。

體積流量計，如羅茨流量計的精度為±1.5%，對氣源質(zhì)量要求較高，若氣源雜質(zhì)多、含水量大，會因污損造成較大的計量偏差。

加氣柱（機(jī)）所用的質(zhì)量流量計[1]，在物件部門對加氣柱（機(jī)）標(biāo)定的時候，采用的計量單位是立方米，因此在標(biāo)定時，要得到天然氣在標(biāo)況下的真實密度，把測量所的值換算成體積。但加氣（柱）機(jī)不具備自動檢測天然氣密度的功能，只能靠人為輸入。在實際工作中，密度往往是憑借標(biāo)定人員的經(jīng)驗設(shè)定，在同一個行政區(qū)域所用的密度值基本一致，而且無特殊情況長時間不做調(diào)整，這造成密度設(shè)定值有時誤差加大[2]。另在冬季，因天然氣用氣量陡增，輸氣管的天然氣由不同地方不同密度的天然氣組成，造成原密度發(fā)生變化。

1.2 溫度、壓力影響天然氣密度，造成計量誤差

天然氣對溫度的變化比較敏感，隨著環(huán)境溫度的變化，所測出的氣體體積數(shù)誤差很大，在夏天和冬天尤為突出[3]。溫度變化會引起天然氣壓縮因子變化，致使天然氣密度隨之變化，對計量體積造成較大的影響。

天然氣真實氣體的密度與壓縮因子存在以下關(guān)系，即

式中：ρ（T,P）為天然氣真實密度，kg/m3，ρ0（T,P）為天然氣理想密度，kg/m3，Zmix（T,P）為壓縮因子。

由于地面瓶組、壓縮機(jī)到加氣機(jī)（柱）的距離較遠(yuǎn)，溫度一般發(fā)生微小波動，因此常用的公式法、查圖法等計算壓縮因子的方法不再適用。根據(jù)ISO 12213-2：2009第二部分提供的AGA8-92DC計算方法，計算壓縮因子。

式中：B為第二維利系數(shù)；ρm為摩爾密度，mol/m3；ρr為對比密度，kg/m3；bn，cn，kn為常數(shù)，查GB/T 17747.2-2011表B.1可知；為溫度和組成函數(shù)的系數(shù)，對比密度ρr與摩爾密度ρm的關(guān)系為：ρr=K3ρm；K為混合物體積參數(shù)。式中：p為絕對壓力，Pa；R為摩爾氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度，K。

根據(jù)不同壓力、不同溫度，聯(lián)立公式（1）和（2）可以得出天然氣實際摩爾密度ρm和壓縮因子Z；由（1）可得出天然氣真實密度，達(dá)到準(zhǔn)確計量效果。

1.3 工藝流程產(chǎn)生損失

在CNG母標(biāo)一體站的工藝中，壓縮機(jī)低壓放空一般直接放入大氣，進(jìn)氣分離器的排污、脫水裝置的排污以及儲氣井的排污也會帶走天然氣，因此，上述工藝會造成一定程度的天然氣損失。

1.4 工藝設(shè)備自身的泄漏與缺陷

CNG母標(biāo)一體站的放空閥、排污閥、安全閥等因使用年限、本身質(zhì)量及日常維護(hù)保養(yǎng)等問題會產(chǎn)生內(nèi)漏，造成天然氣泄漏[4]；電磁閥和拉斷閥由于使用時間長，造成密封性差，使三通槍閥泄漏；壓縮機(jī)因為活塞桿的磨損，與填料不能完全密封，使高壓天然氣竄入曲軸箱，從呼吸口溢出。壓縮機(jī)的填料密封靠的是氣體壓力進(jìn)行密封，目前，有一部分壓縮機(jī)的填料氣沒有回收，在壓縮機(jī)組運行時一直有天然氣排到大氣。加氣柱（機(jī)）在充裝完一輛車后的高壓放空，也直接進(jìn)入大氣，未回收，形成氣損。

1.5 排污損耗

天然氣是以各種碳?xì)浠衔餅橹鞯幕旌蠚怏w[5]，經(jīng)過脫硫、干燥、壓縮等流程時，高分子烴會以液態(tài)形式在排污過程中排出，形成氣損。

1.6 壓力溫度影響天然氣相態(tài)，造成氣損

碳?xì)浠衔镏械闹責(zé)N在低于最高凝析溫度的某一溫度值時，壓力升高到露點線后，重?zé)N將會變成液態(tài)；在一定壓力下，溫度下降至露點溫度時，重?zé)N也會變成液態(tài)排出，增大了天然氣氣損。此項影響由氣源氣質(zhì)決定，高者可達(dá)到5%。對天然氣氣質(zhì)分析，通常乙烷約占3%左右，乙烷的臨界壓力4.88MPa，當(dāng)壓力高于4.88MPa時，在一定溫度下，乙烷將變成液態(tài)排出，形成氣損。

2 降低氣損措施研究

2.1 選擇優(yōu)質(zhì)流量計

根據(jù)場站的氣源氣質(zhì)、流量計與壓縮機(jī)組的距離選擇合適的流量計，一般情況下選擇羅茨流量計。但如果氣質(zhì)較差、距離壓縮機(jī)組較近可選擇高級針孔板閥流量計，同時在日常工作中應(yīng)該注意維護(hù)保養(yǎng)，避免由于氣壓、氣流等原因造成污損，影響流量計的精確性。

2.2 合理設(shè)定天然氣密度值

在加氣柱（機(jī)）標(biāo)定時，場站應(yīng)給標(biāo)定人員提供一份近期的氣質(zhì)密度參數(shù)報告，盡可能使輸入加氣柱（機(jī)）的密度接近壓縮氣計量真實密度，降低氣源密度對計量的影響。有條件場站，可在脫水干燥后安裝在線氣相色譜分析或離線氣相色譜分析系統(tǒng)，進(jìn)行氣質(zhì)色譜分析，了解氣源密度。根據(jù)公式（1）、（2）、（3），利用計算軟件程序，計算出不同壓力、不同溫度下的天然氣真實密度，與色譜分析密度進(jìn)行比對，合理設(shè)定天然氣密度，達(dá)到減少氣損目的。

2.3 做好設(shè)備日常維護(hù)

重視場站設(shè)備設(shè)施的維護(hù)保養(yǎng)，定期給閥門注脂，減少放空、排污閥的內(nèi)漏。加強(qiáng)壓縮機(jī)組的維護(hù)，要定期對壓縮機(jī)的活塞桿、填料、各種高壓閥門進(jìn)行檢驗，防止設(shè)備損傷后產(chǎn)生更大的氣損；定期清洗加氣柱（機(jī)）的電磁閥，減少因密封不嚴(yán)造成的天然氣氣損。

2.4 優(yōu)化工藝設(shè)備

天然氣場站壓縮機(jī)經(jīng)過不斷的優(yōu)化設(shè)計，基本實現(xiàn)了填料氣的回收功能。填料氣通過冷卻器冷卻，經(jīng)緩沖罐到達(dá)進(jìn)氣系統(tǒng)，極大地減少氣損。國內(nèi)部分加氣柱（機(jī)）實現(xiàn)了高壓氣的放空回收功能，減少因高壓放空產(chǎn)生的氣損。因此對于無法實現(xiàn)填料氣的壓縮機(jī)組，可進(jìn)行管網(wǎng)和機(jī)組改造，實現(xiàn)回收功能，并逐漸淘汰老機(jī)組，選擇新型壓縮機(jī)組。

3 實例分析

某公司母標(biāo)一體站氣源來自某省天然氣公司支線管道，2013年該站天然氣輸差率一直在3%～4%之間，經(jīng)分析，造成氣損的原因有：氣源實際密度與加氣機(jī)（柱）標(biāo)定的密度值誤差較大；進(jìn)氣流量計與加氣機(jī)（柱）計量器具的準(zhǔn)確度、構(gòu)造、原理不同（上游分輸站計量采用精確度約為1%超聲流量計，母站售氣加氣機(jī)（柱）采用精度為0.5%的質(zhì)量流量計）；生產(chǎn)過程中壓縮機(jī)和脫水裝置的排污、壓縮機(jī)的停機(jī)及加氣機(jī)（柱）維修中的放空。

經(jīng)該公司對氣體密度進(jìn)行取樣檢測，2013年10月氣體密度為0.717g/L,12月氣體密度為0.716g/L, 2013年2月氣體密度為0.700g/L。2013年10月前，在未取得天然氣組分分析報告時，該市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對加氣機(jī)（柱）的密度標(biāo)準(zhǔn)值為0.72 g/L，造成較大輸差。10月提供氣質(zhì)分析報告后，按照分析報告中的密度值對加氣機(jī)（柱）重新標(biāo)定后，輸差得到有效控制，如表1所示。

同時，該公司加強(qiáng)站點設(shè)備設(shè)施的日常維護(hù)與保養(yǎng)，并進(jìn)一步優(yōu)化壓縮機(jī)啟停時間和工藝管網(wǎng)的排污放空時間，2013年氣損問題得到有效解決,如表2所示。

4 結(jié)束語

綜上所述，CNG母標(biāo)一體站因購銷計量設(shè)備的原理、構(gòu)造不同，造成一定的購銷誤差。同時氣源密度、工藝設(shè)備設(shè)施的放空（排污）、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等對氣損都有著不同程度的影響，結(jié)合場站的自身特點，借助計算機(jī)輔助程序，分析產(chǎn)生氣損的重要原因，找準(zhǔn)解決措施，就能夠解決氣損問題，保障場站經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)安全平穩(wěn)運行。

表1 某公司母標(biāo)一體站2013年1月至10月購銷差統(tǒng)計表/104m3

表2 某公司母標(biāo)一體站2014年購銷差統(tǒng)計表

[1]王力勇,陳效華,宋春慧,等.CNG加氣母站數(shù)質(zhì)量管理存在的問題及解決措施[J].上海煤氣,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

左學(xué)敏

2016-04-19

景泳淼(1985-)，男，現(xiàn)主要從事燃?xì)夤こ探ㄔO(shè)、運行等工作。