1概述
在地球上水分子無處不在，天然氣中含有程度不同的水分。從GB 5832．2--2008《氣體中微量水分的測(cè)定第2部分：露點(diǎn)法》附錄中，可知即使在一100℃、大氣壓下的飽和空氣中，仍然有0.010 39 mg/m3的水以水蒸氣狀態(tài)存在。在很多工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，水是必須去除的有害組分。
天然氣中含有水、硫化氫、二氧化碳等有害組分，對(duì)這些組分必須進(jìn)行控制。天然氣中有害組分控制要求和國(guó)內(nèi)主要管道天然氣的有害組分參數(shù)見表l。從表1可以看到，我國(guó)車用天然氣標(biāo)準(zhǔn)GB18047--2000《車用壓縮天然氣》對(duì)水分、硫化氫的要求怛J，要高于城市管道天然氣的標(biāo)準(zhǔn)GB 17820—1999《天然氣》。各條長(zhǎng)輸管道天然氣實(shí)際的水分、硫化氫、二氧化碳等有害組分的控制結(jié)果也各不相同。
表1 天然氣中有害組分的控制要求和國(guó)內(nèi)主要管道天然氣的有害組分參數(shù)
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際準(zhǔn)名或管道天然氣名
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水分 |
硫化氫 |
E氧化碳體積分?jǐn)?shù)／％ |
總硫質(zhì)量濃／(mg·m13) |
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GB 17820—1999
《天然氣》 |
在天然氣交接點(diǎn)的壓力和溫度條件下，天然氣的水露點(diǎn)應(yīng)比最低環(huán)境溫度低5℃。 |
一類 |
≤6 m∥m’ |
≤3.000
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≤100 |
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二類 |
≤20 m∥m。 |
≤200 |
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三類 |
~<460 mg／m’ |
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≤460 |
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GB 18047—2000
《車用壓縮天然氣》 |
在汽車駕駛的特定地理區(qū)域內(nèi)，在最高操作壓力下，水露點(diǎn)不應(yīng)高于一13℃；當(dāng)最低氣溫低于一8℃時(shí)，水露點(diǎn)應(yīng)比最低氣溫低5℃。 |
≤15 m∥m’
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≤3：000 |
≤200 |
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西氣東輸夭然氣
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體積分?jǐn)?shù)上限為20×10“
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體積分?jǐn)?shù)上限為 20×lO一‘ |
0.473 |
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續(xù)表1
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標(biāo)準(zhǔn)名或管道天然氣名
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水分 |
硫化氫
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二氧化碳體積分?jǐn)?shù)／％ |
總硫質(zhì)量濃度／(mg·m一。) |
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陜京線天然氣 |
4.5 MPa下，水露點(diǎn)≤一13℃。 |
≤20 m∥m。 |
3.000 |
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忠武線天然氣 |
0.6—1.6 MPa下，水露點(diǎn)≤一13 cC。 |
≤20 mg／m’ |
0.863 |
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中海油天然氣 |
1.9—2.6 MPa下，水露點(diǎn)≤一15℃。 |
≤6 mg／m。 |
2.893 |
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中原油田天然氣 |
常壓下水露點(diǎn)≤一29℃ |
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未經(jīng)處理的天然氣中所含有的水分、硫和其他雜質(zhì)，不僅會(huì)影響天然氣的熱值及辛烷值，還會(huì)影響管道、加氣站設(shè)備和天然氣汽車的安全。當(dāng)水分子處于氣體狀態(tài)時(shí)，天然氣中的硫化氫、二氧化碳對(duì)于處理和儲(chǔ)存天然氣的設(shè)備無害或者危害極小，可以忽略不計(jì)。當(dāng)氣態(tài)的水分子一旦凝結(jié)成液體后，便和硫化氫、二氧化碳形成酸性的腐蝕性液體，給設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行帶來安全隱患。另外，水分的存在也會(huì)直接導(dǎo)致加氣站設(shè)備(如加氣機(jī)等)在運(yùn)行中出現(xiàn)冰堵等故障，影響正常生產(chǎn)。
天然氣中的水分脫除是加氣站建設(shè)中一項(xiàng)重要的工藝過程，它對(duì)加氣站的安全運(yùn)行和CNG汽車的安全行駛起著至關(guān)重要的作用。因此合理地選擇天然氣脫水裝置成為壓縮天然氣加氣站建設(shè)中一項(xiàng)不可忽視的工作。
2氣體脫水方法的分類
目前用于工業(yè)上的氣體水分脫除方法主要有加壓冷卻、冷凍降溫分離、膜分離、吸收、物理吸附等方法。
加壓冷卻和冷凍降溫分離的原理相同，都是通過使氣體中水蒸氣的分壓力超過其當(dāng)時(shí)溫度下的飽和壓力，導(dǎo)致水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水，再通過機(jī)械分離的方法將液態(tài)水排除，以降低氣體中的水分含量。兩者的不同之處在于加壓冷卻是采用壓縮機(jī)將氣體壓力提升到適當(dāng)?shù)闹�，然后將壓縮后的氣體再冷卻到接近常溫；當(dāng)水蒸氣的分壓力超過其溫度下的飽和壓力時(shí)，一部分水蒸氣便凝結(jié)成液體；隨著氣體水分子的凝結(jié)，水蒸氣分壓力也隨之下降，直到與該溫度下的飽和壓力相等，氣態(tài)的水蒸氣分子不再凝結(jié)；然后，用機(jī)械的方法排除凝結(jié)水，再將氣體減壓膨脹到所需的壓力，氣體由此得到干燥。而冷凍降溫分離則利用冷凍機(jī)冷卻氣體，隨著溫度的降低，水蒸氣的飽和壓力也逐漸下降，直到低于水蒸氣的分壓力，水蒸氣便凝結(jié)成液體，被排出系統(tǒng)。氣體溫度越低，從水蒸氣凝結(jié)的液態(tài)水也越多，氣體干燥的程度也越高。冷凍降溫法僅適用于干燥度要求不高的工業(yè)氣體，如壓縮空氣等。
膜分離利用氣體組分在有機(jī)高聚合物膜內(nèi)的滲透能力、擴(kuò)散速度不同，以壓力或化學(xué)位能為推動(dòng)力，達(dá)到分離水分或某種組分的目的。膜式干燥器目前可將氣體的水露點(diǎn)降低20—30℃。由于氣體通過中空的纖維膜時(shí)，水分子或某種特定組分是依靠分子的滲透率及擴(kuò)散速度差實(shí)現(xiàn)分離，因此過程中不需要耗電。膜分離目前主要應(yīng)用于壓縮空氣的干燥及化工領(lǐng)域的氣體分離。
吸收分離法主要是利用甘醇類物質(zhì)的吸水性，通過洗淋等方法將氣體中的水分吸收，達(dá)到干燥氣體的目的，可使氣體水露點(diǎn)降低28—42℃，適用于大流量、水分含量較高的氣體的干燥。
吸附分離是一種非相變狀態(tài)下的組分在吸附劑微孔表面的富集，其機(jī)理是在兩相界面上，因異相分子間作用力與主體分子問作用力不同，導(dǎo)致相界面上流體分子密度不同于主體密度而產(chǎn)生吸附作用。多孔介質(zhì)顆粒吸附劑擁有大量的微孔，具有較大的比表面積(400～1 000 m2／g)，見表2，適合于不同類型的吸附分離過程。工業(yè)用多孔介質(zhì)顆粒吸附劑的性能參數(shù)見表2。
表2工業(yè)用多孔介質(zhì)顆粒吸附劑的性能參數(shù)
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項(xiàng)目 |
碳分子篩 |
活性炭 |
氟石分子篩 |
硅膠 |
鋁膠 |
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比表面積／(m m 3·g-1)
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450～550
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微孔：500—1 500
過渡孔：2～200
大孔：0.5～2.0 |
400—1 000
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200—600
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150～300
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項(xiàng)目 |
碳分子篩 |
活性炭 |
氟石分子篩 |
硅膠 |
鋁膠 |
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平均孔徑／nm
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O.3^_0.4 |
微孔：<20 過渡孔：20—1 000 大孔：1 000～10 000 |
3A：0.30～O．33
4A：0.42～0.47
5A：0.49～0.56
10X：0.8—0.9
13X：0.9—1．O |
細(xì)孔：<8
中孔：5—20
粗孔：>100
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1一100 |
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孔容/(mL g-1·)
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0.5～0.6
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微孔：0.15～0.50
過渡孔：0.02—0.85
大孔：0.2—0.5 |
0.4～0.6 |
0.3～0.8
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0.3～O．8
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注：3A為鉀A型，4A為鈉A型，5A為鈣A型，10X為鈣x型，13X為鈉x型。 |
目前常用于加氣站天然氣脫水的吸附劑主要是人工合成的分子篩，如鉀A型分子篩、鈉A型分子篩。
3天然氣深度脫水原理
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主要的天然氣深度脫水裝置，是利用合成氟石分子篩對(duì)氣體中的水蒸氣分子的強(qiáng)烈吸附作用，達(dá)到深度脫水的目的。
合成氟石分子篩是一種有嚴(yán)格骨架結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽晶體，其硅鋁四面體形成的內(nèi)部骨架具有三維連通的無數(shù)微孔，是一種孔徑大小均一的強(qiáng)極性吸附劑，具有很高的選擇吸附分離能力。隨著硅鋁比的增加，分子篩的極性逐漸降低，因此低硅鋁比的分子篩具有更強(qiáng)烈的吸附水分的能力，適合于氣體的深度脫水。
分子篩是壓縮天然氣常用的高效脫水劑，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：
①分子篩可以使氣體深度脫水。在通常情況下，它的吸附量比其他吸附劑高，因而可以縮小干燥塔的尺寸，節(jié)約資金。
②分子篩在較高溫度下也能有效地干燥氣體。
③分子篩能選擇性地吸附水分，避免發(fā)生重?zé)N類共吸附而使吸附劑失效。
④分子篩不易被液態(tài)水損壞，而硅膠等吸附劑遇水則容易破脆。
按不同的分子結(jié)晶結(jié)構(gòu)和不同的交換金屬離子，分子篩微孔孔徑的大小也各異。如鉀A型分子篩的有效孔徑為0.30—0.33 nm，稱為3A型分子篩；鈉A型分子篩的有效孔徑為0.42～0.47 nm，稱為4A型分子篩。天然氣脫水多用4A型分子篩。
當(dāng)氣體通過分子篩床層時(shí)，氣體中的水蒸氣分子隨氣流進(jìn)入分子篩內(nèi)部的孔道。由于水分子屬于強(qiáng)極性分子，因此被吸附在孔道上不再隨氣體流動(dòng)；而甲烷等烴類氣體屬于非極性分子，會(huì)順利通過，氣體從而得到干燥。
隨著吸附塔內(nèi)的分子篩吸附的水分增加，分子篩對(duì)水分子的吸附能力也逐漸下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值時(shí)，吸附塔出口的氣體中的水分子就會(huì)超過規(guī)定值，說明該塔內(nèi)的分子篩已吸附飽和。此時(shí)，必須對(duì)該吸附塔內(nèi)的分子篩進(jìn)行再生。
再生流程就是將分子篩微孔內(nèi)吸附的水分子驅(qū)逐出去，使分子篩重新活化的過程。再生流程的設(shè)計(jì)對(duì)于干燥器的連續(xù)運(yùn)行至關(guān)重要。作為吸附水分的分子篩填裝塔體，不論選取了多大的設(shè)計(jì)余度，分子篩終究會(huì)飽和，失去吸附水分的能力。因此，選擇合理的再生流程和參數(shù)成為干燥器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。一個(gè)合理的再生流程可以做到用盡可能少的消耗(電加熱功率、氣體耗損率)，達(dá)到有效再生的目的。
吸附劑的再生方法主要有降壓再生法、電熱再生法、將降壓與電熱結(jié)合的降壓電熱再生法。在某些領(lǐng)域，還有采用降壓再生法的變種——真空再生法。根據(jù)再生氣流的流動(dòng)方式，分為開式再生法和閉式循環(huán)再生法。
開式再生法是將脫水后的氣體減壓后，先加熱或者不加熱(無熱再生)，再通過吸附塔將分子篩上吸附的水分帶走，再排出干燥器外。根據(jù)再生氣體的價(jià)值高低，分為回收和不回收兩種。對(duì)于空氣等廉價(jià)氣體，一般是排出到大氣中，不再回收；而對(duì)于天然氣等氣體，則該部分氣體必須回收，一般是放回進(jìn)氣管路。
閉式循環(huán)再生時(shí)，通過循環(huán)風(fēng)機(jī)，氣體被加熱后反向流動(dòng)(與分子篩吸附水分時(shí)的氣流方向逆向流動(dòng))通過吸附塔，將吸附塔內(nèi)分子篩微孔表面所吸附的水分子帶走，分子篩便重新獲得吸附能力。
開式再生法和閉式循環(huán)再生法各有優(yōu)缺點(diǎn)，分別應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。
4干燥器脫水工藝
天然氣干燥器采用雙吸附塔(A塔和B塔)并聯(lián)工作方式。當(dāng)一個(gè)塔工作，即脫去氣體中的水分時(shí)，另一個(gè)塔活化再生。除了電控箱設(shè)置在操作室，干燥器的其余部件均集中安裝在同一橇體上，用管道、閥門、電纜等聯(lián)成整體，以方便運(yùn)輸、安裝、操作、控制。
4·1 前置式干燥器脫水工藝
一般地，前置式天然氣干燥器最主要的優(yōu)點(diǎn)是在壓縮前將天然氣中存在的水分脫除，給天然氣壓縮機(jī)提供較好品質(zhì)的天然氣，延長(zhǎng)壓縮機(jī)氣閥、活塞環(huán)、填料函等運(yùn)動(dòng)密封件的使用壽命。另一方面，由于大多數(shù)的管輸天然氣在長(zhǎng)距離集輸前，經(jīng)過了相當(dāng)程度的凈化，其中的水分含量很低，此時(shí)采用前置式干燥器，由于天然氣壓力較低，整個(gè)脫水系統(tǒng)壓力等級(jí)較低，設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、運(yùn)行、維護(hù)管理都較簡(jiǎn)便，一次性投資費(fèi)用少。因此，實(shí)際運(yùn)行成本較低 (特別是在加氣母站運(yùn)行的干燥器)，這也是大部分的天然氣加氣站采用前置式干燥器的重要原因之一。
閉式循環(huán)再生干燥器工藝流程見圖l。利用兩組閥門(A塔側(cè)的切換閥A1～4和B塔側(cè)的切換閥
B1～4)的開啟或關(guān)閉組合，使天然氣在從循環(huán)風(fēng)機(jī)，經(jīng)過加熱器，到吸附塔(A塔或B塔)，再通過冷卻器、分離器，最后又回到循環(huán)風(fēng)機(jī)，形成封閉循環(huán)的氣流。此循環(huán)中的天然氣即是再生氣，功能是將吸附在塔內(nèi)分子篩內(nèi)孔壁面上的水分子帶出吸附塔。
假設(shè)A塔工作，B塔再生，其工藝流程如下：當(dāng)A塔工作時(shí)，濕氣體經(jīng)穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓后，經(jīng)過人口過濾器和切換閥A。進(jìn)入干燥器的A塔脫水干燥。脫水后的干燥氣體由上端出氣，經(jīng)過濾器后匯人壓縮機(jī)進(jìn)氣總管。另一塔(B塔)則通過閥門的開啟、關(guān)閉與循環(huán)風(fēng)機(jī)、冷卻器、加熱器等組成一個(gè)閉式循環(huán)回路。再生時(shí)，循環(huán)風(fēng)機(jī)將氣體送往加熱器加熱至一定溫度，然后進(jìn)入B塔吹洗吸附劑，使其獲得活化再生。A塔與B塔的吸附一再生過程交替進(jìn)行，自動(dòng)切換，供氣過程得以連續(xù)不斷。
由于分子篩內(nèi)部的微孔壁面對(duì)水分子類的極性分子有著強(qiáng)烈的吸附力，再生時(shí)，水分子需要獲得足夠的能量，才能掙脫這種分子間的吸附力。因此再生氣在進(jìn)入吸附塔前，需要被加熱到一定溫度，通常是200～300℃，其目的是：將能量通過熱交換傳遞給水分子和分子篩；通過提高再生氣的溫度，以降低再生氣的相對(duì)濕度，使其獲得攜帶水蒸氣分子的能力，將分子篩內(nèi)解吸出來的水分子帶出吸附塔，實(shí)現(xiàn)再生的目的。
出塔后的再生氣，溫度較高，攜帶了大量的水蒸氣，在冷卻器中冷卻后，水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水，通過分離器分離后排出。
閉式再生循環(huán)中實(shí)現(xiàn)氣體循環(huán)的動(dòng)力來自于循環(huán)風(fēng)機(jī)，它是干燥器能否實(shí)現(xiàn)分子篩再生的關(guān)鍵。目前廣泛使用的是羅茨鼓風(fēng)機(jī)，主要應(yīng)用于鼓風(fēng)壓力不超過0.1 MPa的工業(yè)領(lǐng)域。采用羅茨鼓風(fēng)機(jī)作為循環(huán)動(dòng)力時(shí)，需選用帶機(jī)械密封的天然氣專用型，以防止?jié)櫥瓦M(jìn)入機(jī)殼，污染分子篩。
4．2后置式干燥器脫水工藝
后置式天然氣干燥器實(shí)際上是加壓冷卻脫水法和吸附分離法的串聯(lián)應(yīng)用。．先利用壓縮機(jī)在逐級(jí)的壓縮一冷卻過程中，將天然氣中的大量水分脫出，再采用吸附分離法進(jìn)行深度干燥。由于天然氣在壓縮過程中已脫出了其原始含水量中95％以上的水分，因此，與前置干燥器相比，同等處理量的后置干燥器具有更小的體積，其電加熱功率也較低。
在某些特定區(qū)域，如川、渝地區(qū)油氣田，天然氣意進(jìn)行處理，天然氣中的水分含量不穩(wěn)定，且氣體中丕含有大量的有害雜質(zhì)。1989年，后置式天然氣干桑器應(yīng)用在我國(guó)第一個(gè)采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備的四川榮縣天寒氣加氣站�？梢�，采用后置式天然氣干燥器****l勺優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)氣源天然氣的品質(zhì)要求不高，因而特別舌合于水分含量不確定或需要在進(jìn)站前脫除硫化氫向場(chǎng)所。
關(guān)于硫化氫的脫除，目前對(duì)于管道天然氣主要黽采用化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化法：
Fe203+3H2S+H20=Fe2S3·H20+3H20
可見在脫硫過程中，干燥的管道天然氣被重新加濕。此時(shí)若采用前置式脫水裝置，其造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用將遠(yuǎn)高于同等處理量的后置式干燥器，因此后置式天然氣干燥器成為主要的選擇。
后置式天然氣干燥器在進(jìn)行脫水前先濾除從壓縮機(jī)中帶出來的潤(rùn)滑油，因此干燥后的氣體不再需要進(jìn)行處理，且氣體脫水程度更高，常壓下水露點(diǎn)可以達(dá)到一80℃。
在圖2的流程中，再生氣有兩個(gè)出口，根據(jù)不同情況分別采用其中一種。對(duì)于空氣等低價(jià)值氣體，通常是將再生氣放空處理，以降低處理成本；而對(duì)于天然氣等高價(jià)值氣體，則將再生氣回流到壓縮機(jī)前的進(jìn)氣管道中，將其回收，重新壓縮、干燥。
回收的天然氣雖然回到壓縮機(jī)的進(jìn)氣管道進(jìn)行重新壓縮、干燥，但在此并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的循環(huán)。出塔的再生氣在冷卻器、分離器中將凝結(jié)水分離出系統(tǒng)后，變成了飽和氣。在重新壓縮的過程中，其中的絕大部分水分冷凝而被排出壓縮機(jī)外。此外，由于再生氣的體積流量只占?jí)嚎s機(jī)進(jìn)氣體積流量的3％左右，再次進(jìn)入干燥器的再生氣攜帶的水分只占原始含水量的O.6％～0.9％。因此采用此方法回收的天然氣，不會(huì)形成循環(huán)干燥。
對(duì)后置干燥器運(yùn)行成本影響****的是再生氣。再生氣的選取可采用兩種方式(見圖2)：干燥后的成品氣，從其他氣源取氣。
由于再生氣需要干燥器處理量(體積流量)的3％左右的氣體，而天然氣的壓縮所耗電費(fèi)大約為0.11形m。，因此消耗的成品氣意味著運(yùn)行成本的增加。對(duì)于一座日產(chǎn)15 000 m3／d的標(biāo)準(zhǔn)站，按3％的耗氣率計(jì)算的再生氣消耗的電費(fèi)約為1.8×104形a。為了降低這部分運(yùn)行費(fèi)用，便產(chǎn)生了采用其他氣源的干燥方式。
對(duì)于其他氣源的選取，目前主要的方法是從壓縮機(jī)的一級(jí)壓縮后的管道上引出少量天然氣，經(jīng)過加熱后作為再生氣體。由于天然氣只經(jīng)過了一級(jí)壓縮，消耗的電力也相應(yīng)減少。對(duì)于四級(jí)壓縮的壓縮機(jī)，如果按等壓力比分配各級(jí)的壓縮比，則每級(jí)消耗的電能在理論上相等，采用一級(jí)壓縮后引出的再生氣，消耗的電費(fèi)只有采用引自成品氣的再生氣的23％。
對(duì)于天然氣進(jìn)氣壓力較高、擁有較低壓力的城市管網(wǎng)的天然氣公司，可以直接采用進(jìn)站的天然氣作為再生氣，完成再生流程后再進(jìn)入城市管網(wǎng)。此方式既消除了對(duì)壓縮機(jī)供氣量的消耗，增加了售氣量，又沒有消耗壓縮電費(fèi)，是最經(jīng)濟(jì)的再生方式。
另一方面，由于管道天然氣的含水量較高，而一級(jí)壓縮后的天然氣在冷卻后屬于飽和氣體，均不適于作為冷卻再生塔的氣體，因此在冷卻再生塔的過程中，仍然需要從成品氣中引出冷卻氣體，這便帶來了成本的升高以及運(yùn)行操作的復(fù)雜性。因此綜合各方面的情況，目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的仍是采用引白成品氣的再生方式。
關(guān)于加熱器的選擇，理論上加熱器采用壓縮機(jī)的某級(jí)級(jí)間壓縮后的熱量作為熱源是最經(jīng)濟(jì)的方式，此時(shí)只需要補(bǔ)充很少的熱能甚至不補(bǔ)充熱能即可以滿足再生氣的加熱需要。但是，由于在實(shí)際運(yùn)行和操作中需要考慮的因素較多，實(shí)現(xiàn)這種方式加熱的實(shí)例極少，廣泛應(yīng)用的仍是電加熱方式。
同一處理量的干燥器，在外形尺寸、技術(shù)指標(biāo)和能耗上相差較大，這主要是由于各廠家的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和加熱方式不同所致。
5 影響干燥器正常運(yùn)行的主要因素
5．1 影響前置式干燥器的因素
對(duì)前置式天然氣干燥器影響****的因素是進(jìn)站的天然氣的水含量。前置式干燥器的設(shè)計(jì)是根據(jù)處理氣體的流量和其中的水含量，吸附塔的尺寸確定后，其水分吸附量便基本確定。如果進(jìn)站的管道天然氣的水含量超出了干燥器的額定值，干燥器的連續(xù)工作時(shí)間便開始下降。當(dāng)連續(xù)工作時(shí)間少于干燥器的再生時(shí)問，干燥器運(yùn)行便面臨兩個(gè)選擇：①將再生不徹底的吸附塔投入脫水工作'后果是要么該吸附塔的連續(xù)工作時(shí)問更短，要么其出口的天然氣不能達(dá)到規(guī)定的露點(diǎn)要求。②無視不合格的天然氣進(jìn)入壓縮機(jī)，等待另一個(gè)塔再生完成后，再轉(zhuǎn)換將其投
入脫水工作。
天然氣干燥器的工作壓力也影響到干燥器吸附塔的尺寸設(shè)計(jì)。壓力越低，同等氣體的體積越大，其要求的管道和吸附塔尺寸也越大。當(dāng)采用在較高壓力下進(jìn)行再生循環(huán)時(shí)，其工作壓力大幅度變化的影響非常顯著，特別當(dāng)工作壓力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值時(shí)，其再生循環(huán)時(shí)間會(huì)大幅度延長(zhǎng)。
5．2影響后置式干燥器的因素
壓縮機(jī)最后一級(jí)壓縮后的天然氣冷卻溫度是影響后置式天然氣干燥器的最主要因素。由于我國(guó)沒有專門的天然氣干燥器標(biāo)準(zhǔn)，因此在設(shè)計(jì)后置式干燥器時(shí)，一般可參考GB／T 10893—1989《壓縮空氣干燥器規(guī)范與試驗(yàn)》，以40℃時(shí)的天然氣絕對(duì)濕度作為后置式干燥器進(jìn)氣水含量。
飽和水蒸氣的參數(shù)見表3�？梢钥吹�，40℃的氣體，即使溫度變化5℃，其飽和絕對(duì)濕度的變化也在一22.5％一28.1％；當(dāng)氣體的溫度從40℃上升，到50 cC時(shí)，其飽和絕對(duì)濕度增加了62.3％；反之當(dāng)溫度下降，到30℃時(shí)，飽和絕對(duì)濕度僅下降了40.6％。
由此可見，降低壓縮機(jī)排出的天然氣溫度對(duì)于后置干燥器有著非常重要的意義。其措施包括選用大的后冷卻器，對(duì)冷卻水進(jìn)行軟化及滅藻等凈化處理，選用高品質(zhì)的循環(huán)風(fēng)機(jī)和冷卻器，定期清洗冷卻器等。
表3飽和水蒸氣參數(shù)
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露點(diǎn)／℃
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露點(diǎn)下的飽和絕對(duì) 濕度／(g·m13) |
相對(duì)濕度／％
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30 |
30.37 |
59.4 |
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35 |
39.66 |
77.5 |
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40 |
51.16 |
100.0 |
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45 |
65.53 |
128.1 |
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50 |
83.02 |
162.3 |
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55 |
104.50 |
204.3 |
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60 |
130.20 |
254.5 |
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注：以40℃時(shí)的相對(duì)濕度為100％。 |
影響后置式干燥器正常運(yùn)行的另一個(gè)重要因素是過濾天然氣中含有的潤(rùn)滑油(從壓縮機(jī)中帶來的潤(rùn)滑油)的能力。雖然分子篩不吸附重?zé)N，且其微孔孔徑較小，重?zé)N和潤(rùn)滑油不能進(jìn)入微孔，但是潤(rùn)滑油可以附著于分子篩表面，堵塞通向分子篩內(nèi)部的通道，使水分子不能進(jìn)入，由此造成分子篩失去吸附水分的能力，即分子篩中毒。
因此在天然氣進(jìn)入吸附塔前將天然氣中所含潤(rùn)滑油濾除，成為影響干燥器分子篩壽命的一個(gè)重要因素。目前國(guó)內(nèi)一般的后置式天然氣干燥器的分子篩壽命在3～6個(gè)月，視壓縮機(jī)排氣溫度、干燥器的設(shè)計(jì)與操作的差異而不同。
6 展望
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的能源對(duì)外依賴程度迅速加大，僅2008年1月一11月就進(jìn)口了約1.98×108t原油和成品油。鑒于我國(guó)嚴(yán)峻的能源形勢(shì)，大力發(fā)展石油的替代能源是我國(guó)的長(zhǎng)期國(guó)策。天然氣汽車在我國(guó)是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，有著良好的發(fā)展前景。我們也應(yīng)該看到，作為汽車加氣站的重要設(shè)備，國(guó)內(nèi)的天然氣干燥器雖經(jīng)過多年的發(fā)展，但目前還存在著能耗高、可靠性差、無故障工作時(shí)間短、脫水程度不達(dá)標(biāo)、自動(dòng)化程度低等問題。
進(jìn)一步優(yōu)化干燥器的再生工藝流程和參數(shù)，降低干燥器運(yùn)行本身的能耗，提高自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性，除去天然氣中潤(rùn)滑油霧，延長(zhǎng)分子篩壽命等是我國(guó)今后一段時(shí)期干燥器的主要研究方向。相信隨著我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)水平的不斷提高，我國(guó)天然氣脫水技術(shù)必將邁上一個(gè)新的臺(tái)階。
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