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(lè)

中國(guó)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(lè)

中國(guó)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(diǎn)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(diǎn)，重點(diǎn)從購(gòu)銷計(jì)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(diǎn)氣損產(chǎn)生的原因。提出選擇優(yōu)質(zhì)流量計(jì)、計(jì)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(chǎng)站經(jīng)濟(jì)效益，并通過(guò)實(shí)例分析，在相關(guān)措施落實(shí)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(jì)，2013年國(guó)內(nèi)壓縮天然氣（CNG）加氣站已達(dá)3 000多座，其場(chǎng)站類型為CNG母站、CNG標(biāo)準(zhǔn)站、CNG母標(biāo)一體站、CNG子站。場(chǎng)站的運(yùn)行成本主要有天然氣購(gòu)銷、電（水）消耗、設(shè)備維護(hù)費(fèi)、安全設(shè)施投入費(fèi)、人工費(fèi)等。天然氣購(gòu)銷中氣損是影響CNG加氣站經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要因素，也是場(chǎng)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(guò)程中，會(huì)因技術(shù)、設(shè)備、計(jì)量和正常損失等產(chǎn)生氣損問(wèn)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(guò)濾、調(diào)壓計(jì)量、干燥、增壓、脫水等程序后，一路通過(guò)加氣柱充裝給CNG運(yùn)輸車轉(zhuǎn)送給CNG子站；另一路通過(guò)優(yōu)先順序控制盤為儲(chǔ)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(chǔ)氣井組內(nèi)的天然氣通過(guò)加氣機(jī)為CNG燃料汽車加氣。基于對(duì)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(gè)方面。

1.1 購(gòu)銷計(jì)量器本身的誤差

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

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

加氣柱（機(jī)）所用的質(zhì)量流量計(jì)[1]，在物件部門對(duì)加氣柱（機(jī)）標(biāo)定的時(shí)候，采用的計(jì)量單位是立方米，因此在標(biāo)定時(shí)，要得到天然氣在標(biāo)況下的真實(shí)密度，把測(cè)量所的值換算成體積。但加氣（柱）機(jī)不具備自動(dòng)檢測(cè)天然氣密度的功能，只能靠人為輸入。在實(shí)際工作中，密度往往是憑借標(biāo)定人員的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，在同一個(gè)行政區(qū)域所用的密度值基本一致，而且無(wú)特殊情況長(zhǎng)時(shí)間不做調(diào)整，這造成密度設(shè)定值有時(shí)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(jì)量誤差

天然氣對(duì)溫度的變化比較敏感，隨著環(huán)境溫度的變化，所測(cè)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(huì)引起天然氣壓縮因子變化，致使天然氣密度隨之變化，對(duì)計(jì)量體積造成較大的影響。

天然氣真實(shí)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(shí)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(dòng)，因此常用的公式法、查圖法等計(jì)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(jì)算方法，計(jì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)際摩爾密度ρm和壓縮因子Z；由（1）可得出天然氣真實(shí)密度，達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)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(chǔ)氣井的排污也會(huì)帶走天然氣，因此，上述工藝會(huì)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(wèn)題會(huì)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(shí)間長(zhǎng)，造成密封性差，使三通槍閥泄漏；壓縮機(jī)因?yàn)榛钊麠U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(méi)有回收，在壓縮機(jī)組運(yùn)行時(shí)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(guò)脫硫、干燥、壓縮等流程時(shí)，高分子烴會(huì)以液態(tài)形式在排污過(guò)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(shí)，壓力升高到露點(diǎn)線后，重?zé)N將會(huì)變成液態(tài)；在一定壓力下，溫度下降至露點(diǎn)溫度時(shí)，重?zé)N也會(huì)變成液態(tài)排出，增大了天然氣氣損。此項(xiàng)影響由氣源氣質(zhì)決定，高者可達(dá)到5%。對(duì)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(shí)，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(jì)

根據(jù)場(chǎng)站的氣源氣質(zhì)、流量計(jì)與壓縮機(jī)組的距離選擇合適的流量計(jì)，一般情況下選擇羅茨流量計(jì)。但如果氣質(zhì)較差、距離壓縮機(jī)組較近可選擇高級(jí)針孔板閥流量計(jì)，同時(shí)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(jì)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(shí)，場(chǎng)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(bào)告，盡可能使輸入加氣柱（機(jī)）的密度接近壓縮氣計(jì)量真實(shí)密度，降低氣源密度對(duì)計(jì)量的影響。有條件場(chǎng)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(jì)算軟件程序，計(jì)算出不同壓力、不同溫度下的天然氣真實(shí)密度，與色譜分析密度進(jìn)行比對(duì)，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(chǎng)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(duì)壓縮機(jī)的活塞桿、填料、各種高壓閥門進(jìn)行檢驗(yàn)，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(chǎng)站壓縮機(jī)經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化設(shè)計(jì)，基本實(shí)現(xiàn)了填料氣的回收功能。填料氣通過(guò)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(guó)內(nèi)部分加氣柱（機(jī)）實(shí)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(duì)于無(wú)法實(shí)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(shí)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(shí)例分析

某公司母標(biāo)一體站氣源來(lái)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(shí)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(jì)與加氣機(jī)（柱）計(jì)量器具的準(zhǔn)確度、構(gòu)造、原理不同（上游分輸站計(jì)量采用精確度約為1%超聲流量計(jì)，母站售氣加氣機(jī)（柱）采用精度為0.5%的質(zhì)量流量計(jì)）；生產(chǎn)過(guò)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(duì)氣體密度進(jìn)行取樣檢測(cè)，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(bào)告時(shí)，該市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局對(duì)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(bào)告后，按照分析報(bào)告中的密度值對(duì)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(shí)，該公司加強(qiáng)站點(diǎn)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(shí)間和工藝管網(wǎng)的排污放空時(shí)間，2013年氣損問(wèn)題得到有效解決,如表2所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，CNG母標(biāo)一體站因購(gòu)銷計(jì)量設(shè)備的原理、構(gòu)造不同，造成一定的購(gòu)銷誤差。同時(shí)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(duì)氣損都有著不同程度的影響，結(jié)合場(chǎng)站的自身特點(diǎn)，借助計(jì)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(wèn)題，保障場(chǎng)站經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

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

表2 某公司母標(biāo)一體站2014年購(gòu)銷差統(tǒng)計(jì)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(wèn)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(yùn)行等工作。