1、1某 CNG 加气母站脱水装置技术改造的案例分析摘 要：某天然气管网工程 CNG 加气母站项目使用的前置脱水装置存在干燥器设计参数误差、脱水工艺设计缺陷，针对其存在的缺陷，该装置采取了技术改造方案，通过改造前后的能耗对比分析，证明其达到了良好的干燥塔吸附能力。 关键词：天然气 脱水装置 技术改造 干燥塔 吸附能力 一旦有含水量超标的原料气进到压缩机的情况，就会出现下游的管道堵塞，甚至当液态的水和压缩天然气（CNG）中的化合物发生反应，产生腐蚀性的物质，严重侵蚀管路的内壁，造成氢脆、压缩机气阀损坏等恶劣后果。因此，脱水工艺在压缩天然气处理中的重要性是不言而喻的。一、天然气脱水装置的脱水工艺流程
2、某天然气管网工程加气母站项目使用的前置脱水装置为双塔流程，一塔吸附，一塔再生待机，其工作压力 2.54.0MPa，处理量10000m3/h。该脱装置改造前的工艺流程为：干燥塔吸附时，通过塔内的4A 型分子筛吸附管道天然气中所含的水分和部分烃，使压缩后天然气达到国家要求的露点；干燥塔再生时，天然气经循环风机带动进入加热器进行加热，当冷却器入口的天然气温度升至 110时，加热器停止工作，2天然气进入干燥塔内与分子筛进行热交换，随着温度升高，分子筛吸附的水分被再生热气带出，然后经过冷却器的冷却和分离器的分离过滤作用，将水分从再生气里分离出来，恢复分子筛的吸附能力。 二、脱水装置的技术缺陷分析 干燥器
3、系统运行压力为 3.53.7MPa，亦对吸附塔再生效果存在一定影响。根据克劳修斯-克拉伯龙方程 pV=nRT（其中：p 为压力，Pa；V 为入口气体体积，m3；n 为物质的量，mol；T 为热力学温度，K；R 为气体常数）计算可得：在 3.7MPa 压力下，水沸点值为 245.75，而加热器出口温度设定值为 200，存在因加热时间相对较短，分子筛脱水深度不够的问题。 再生饱和湿气进入到吸附塔中，污染分子筛，增加其工作负荷量；再生饱和湿气进入到吸附塔前，与干燥器进气交汇，冷凝出大量的水合物，积聚在前置过滤器中，吸附过程中会增大原料气的含水量。 三、脱水装置的技术改造方案及其能耗分析 1.脱水工艺
4、的改造设计 1.1 将干燥器的再生工艺流程由双塔开式循环改为单塔闭式减压循环，即将设备的吸附与再生过程完全分开，再生气在再生系统内进行闭式循环，不再返回吸附系统。该方法可避免再生系统的水分进入吸附系统污染其分子筛，同时可实现两个独立的系统在任意时间进行再生。 1.2 更换冷却分离器的滤芯，将过滤的精度等级由 3m 升级为0.01m，提高气液分离效率。 1.3 改变干燥塔压力时，应缓慢增压或减压，避免扰动吸附剂床层。3如果塔内压力波动较大，床层截面局部气流过高，易引起床层的移动和摩擦，因此压力变化速度一般控制在 240kPa/min 以下。 1.4 干燥器再生运行时，如果仅追求较高的再生温度和较
5、长的再生时间，虽然可提高再生分子筛的湿容量，但会缩短其有效寿命，同时增加再生的运行能耗。 因此，工艺改造后，需要合理分配再生阶段的加热时间和冷却时间，若再生气量和再生温度一定，应由热平衡确定再生加热时间。 2.脱水装置改造前后的能耗对比分析 脱水装置再生工艺流程由双塔开式循环改造为单塔闭式减压循环后，解决了由于再生饱和湿气与工艺来气存在交汇点，致使冷凝出的水合物大量积聚在前置过滤器中，导致工艺来气在进入到吸附塔前含水量陡增的问题。改造后的脱水装置较改造前吸附能力显著提升，再生频率大幅降低。与此同时，减少了再生过程中天然气和电能的损耗，节能效果较为显著。以目前某天然气管网工程加气母站年产量计算，
6、每年可节省约10104 元的生产成本（表 1） 。 四、脱水装置的技术改造量化对比 干燥器基本参数为：单塔分子筛质量 450kg，设计处理量10000m3/h，设计吸附周期 16h。为量化分析工艺改造前后生产参数的变化（表 2） ，依据相关规定，将国家规定标况下压缩天然气的水露点60换算成工况（3.6MPa）下的水露点为30。 1.改造前后的工艺来气含水量对比 根据上述已知条件计算可得，在吸附周期（处理天然气，使其含水4量符合国家标准的连续工作时间）内，干燥塔最多可吸附 45kg 的水（分子筛动态吸附量为静态吸附量的 10） 。由式（1）可得，改造前工艺来气含水量 908mg/m3，改造后工艺
7、来气含水量 53mg/m3。Ww= （1） 式中：mw 为干燥塔进水量，mg；G 为吸附周期内处理的天然气气量，m3；Ww为国家标准压缩天然气含水量，mg/m3。 此外，工艺改造后干燥塔实际吸附天然气 100104m3 后，吸附塔并未达到极限处理能力，对其进行再生后排出 25L 的水合物（表 2） 。因此，综合计算得到改造后工艺进气含水量的实际值为 33mg/m3。表 1 脱水装置改造前后能耗对比表 2 脱水装置改造前后再生运行参数对比 2.改造后的干燥塔吸附能力校验 技术改造后消除了脱水装置的工艺缺陷，使天然气含水量大幅缩减，分子筛的湿容积得到有效释放，因此对干燥塔的吸附能力需重新评估。根据
8、干燥器基本参数，可知改造后干燥塔工作一周期（16h）实际吸附水量为 5.28kg，所需分子筛吸附剂量为 52.8kg。由式（1）计算可得，改造后加气母站干燥器单塔吸附周期可达 136h。同理计算可得，改造前加气母站干燥器单塔吸附周期仅为 5h，无法满足生产需要。 五、结语 将分子筛脱水装置的再生工艺流程由双塔开式循环改为单塔闭式减压循环后，从改造前后脱水装置能耗及再生运行能力的对比结果来看，其吸附能力显著提高，同时降低了再生成本，可为同行业类似问题的处理提供借鉴。值得一提的是，在脱水装置选型阶段，需要充分考虑运行工况下的各种干扰因素，并做好技术方面的经济核算，力求设备在安全、5高效的状态下长周期地运行。参考文献1王遇东.天然气处理与加工工艺M.北京：石油工业出版社，2011：49-100.
