摘要：本文介紹了壓縮天然氣摻混二氧化碳的技術(shù)，包括摻混的主要設(shè)備、工藝流程、工藝參數(shù)、設(shè)備操作要求等。

關(guān)鍵詞：壓縮天然氣　二氧化碳　摻混

 

南陽鄭燃燃氣有限公司目前已安裝管道燃氣用戶70034戶，其中，民用69846戶，工商業(yè)188戶，實際使用管道燃氣用戶為61000戶，由城市環(huán)形管網(wǎng)供應(yīng)燃氣用戶。擁有兩座低壓螺旋濕式儲氣柜，擔負著城區(qū)燃氣管網(wǎng)的輸配、供應(yīng)、儲存、調(diào)峰等任務(wù)，最大儲氣量為8萬立方米，日供氣能力4.8萬立方米，高峰用氣量為5.5萬立方米。由于天然氣支線管道未輻射到南陽市區(qū)，缺少氣源生產(chǎn)廠，氣源來自天冠集團利用生物發(fā)酵技術(shù)產(chǎn)生的沼氣，日產(chǎn)量約4.3-5.0萬立方米。沼氣產(chǎn)量受許多種因素制約，如原材料、溫度、季節(jié)、技術(shù)工藝等條件變化，都會使沼氣的單位產(chǎn)氣量發(fā)生變化，日產(chǎn)量極不均衡，造成儲配站儲氣量下降，供氣能力不足及應(yīng)急儲備有限；若氣源廠設(shè)備維修或停產(chǎn)檢修，容易造成儲配站無上游氣源可儲存。儲氣量不足影響了高峰用氣調(diào)峰，無備用氣源影響了城市居民、工商業(yè)用戶的正常使用。隨著用氣結(jié)構(gòu)調(diào)整及居民用氣量的增加，新用戶的不斷發(fā)展，燃氣供需矛盾日顯突出，為解決制約燃氣用戶發(fā)展的瓶頸，確保居民及工商業(yè)用戶用氣，就必須解決氣源短缺問題，尋找新的可替代燃氣。經(jīng)反復論證利用壓縮天然氣摻混二氧化碳技術(shù)使天然氣的熱值降低，摻混后的燃氣技術(shù)指標與所供的沼氣性能基本相同，以滿足城市燃氣用戶的需求，從根本上解決了沼氣產(chǎn)氣量不足和高峰應(yīng)急調(diào)峰等任務(wù)，使企業(yè)走上可持續(xù)發(fā)展的軌道。

一. 壓縮天然氣摻混系統(tǒng)設(shè)備：

    液態(tài)二氧化碳儲罐、空溫式氣化器、羅茨計量表、長管集束拖車（CNG拖車），高壓、低壓調(diào)壓器（柜）、水浴式電加熱器兩臺及工藝管道。

二. 壓縮天然氣摻混工藝流程：

 

液態(tài)二氧化碳由低溫槽車運輸，通過計量后停至儲配站卸車臺，連接卸車液相、氣相膠管，將液態(tài)二氧化碳由泵增壓卸入CO₂儲罐儲存；壓縮天然氣由長管集束拖車長途專用運輸，停至儲配站CNG卸氣柱，作為應(yīng)急調(diào)峰儲氣罐。當沼氣產(chǎn)量減少、儲氣柜儲氣量不足或氣源廠設(shè)備維修停產(chǎn)時，第一步，先開啟液態(tài)二氧化碳儲罐液相閥門，氣化器進口閥門，液態(tài)二氧化碳由工藝管道流入空溫式氣化器，液體在管道流動過程吸收空氣中的熱量，使液態(tài)二氧化碳逐步由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀?，?jīng)自然氣化后的二氧化碳進入調(diào)壓柜調(diào)壓，壓力由2.0Mpa降至0.03Mpa左右，通過計量表后進入摻混器和天然氣混合；第二步，再開啟壓縮天然氣長管集束拖車閥門和卸氣工藝管道閥門，20.0Mpa的高壓天然氣由工藝管道流經(jīng)水浴式電加熱器，（溫控在45℃左右），加熱后的高壓天然氣經(jīng)過一級、二級調(diào)壓降至0.03 Mpa左右，通過計量表后進入摻混器和二氧化碳混合。摻混后的天然氣、二氧化碳由工藝管道進入低壓濕式螺旋儲氣柜再次混合后儲存調(diào)峰。

三. 壓縮天然氣摻混技術(shù)要求

壓縮天然氣摻混二氧化碳作為應(yīng)急調(diào)峰氣源，其核心工作是控制天然氣和二氧化碳的摻混比，以確保燃氣性能指標保持在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，摻混方案應(yīng)根據(jù)沼氣熱值、華白指數(shù)和燃燒勢的要求確定。沼氣熱值一般為4800-5600 Kcal/Nm³左右，壓縮天然氣的熱值一般為8500 Kcal/Nm³左右要求摻混后目標熱值為5100Kcal/Nm³左右，以確保出站燃氣熱值穩(wěn)定在4500-5500 Kcal/Nm³范圍內(nèi)。

一般二氧化碳、天然氣兩種氣體的摻混比控制在4:6（體積比），通過對摻混氣樣的氣體成分化驗分析，來控制或調(diào)節(jié)摻混氣的熱值。因為沼氣的主要成分為甲烷和二氧化碳，體積比一般維持在6:4，而壓縮天然氣的主要成分主要為甲烷，體積比大于98%，摻混時壓縮天然氣甲烷含量一般按100%計，所以通過對摻混氣的氣體成分進行化學分析，求出二氧化碳和甲烷的體積百分含量，計算出摻混氣的熱值，并以此驗證和調(diào)節(jié)天然氣、二氧化碳的摻混比例；若CH₄:CO₂＞6:4，說明天然氣摻混量過大，若CH₄:CO₂＜6:4，說明二氧化碳摻混量過大，以此數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)和控制天然氣、二氧化碳的摻混量。

在計量上通過天然氣、二氧化碳的羅茨流量計來實現(xiàn)。實際控制可對照瞬時流量、累計流量予以參考綜合調(diào)整，一般情況下以瞬時流量調(diào)節(jié)較為直觀、實用。

四. 壓縮天然氣摻混系統(tǒng)各設(shè)備的操作要求

液態(tài)二氧化碳儲罐是采用發(fā)泡絕熱技術(shù)儲存低溫液體，儲罐內(nèi)液態(tài)二氧化碳以氣、液兩相狀態(tài)共存，在一定條件下達到相對動態(tài)平衡。當儲罐吸收外界熱量罐內(nèi)壓力升高，壓力值通過儲罐壓差計顯示。若超出警戒壓力2.0Mpa，可開啟儲罐氣相管道閥門經(jīng)氣化器泄壓，使儲罐內(nèi)氣、液兩相重新達到平衡，保證其正常運行。

空溫式氣化器應(yīng)確保始終有一臺能夠隨時開啟進行氣化。因CO₂氣化量受空溫汽化器氣化能力、環(huán)境溫度等因素影響，在CO₂混配需求量較大，如果同時開啟兩臺空溫汽化器時要務(wù)必注意汽化器的結(jié)霜情況，并且要注意汽化器的最低工作溫度不能低于-18℃，運行中要掌握好合理的除霜時間，以確保氣態(tài)CO₂的持續(xù)供給的能力。

高壓天然氣在降壓過程中溫度降低，容易導致調(diào)壓器出現(xiàn)結(jié)霜、結(jié)冰現(xiàn)象，影響調(diào)壓器工作性能，如果管網(wǎng)輸送的燃氣溫度過低，不能滿足燃氣表具在其工況條件下運行，對燃氣供銷差有一定影響。因此根據(jù)實際工藝條件需對調(diào)壓器前的壓縮天然氣進行預加熱，天然氣在經(jīng)過電加熱器內(nèi)的蛇形盤管流動時被加熱，熱源來自加熱器內(nèi)水溫，通過不斷吸收熱量被預熱至40-50℃，經(jīng)高-中、中-低兩級調(diào)壓，使低壓出口壓力、溫度滿足工藝要求。

總之壓縮天然氣和二氧化碳摻混技術(shù)，解決了南陽市儲氣量不足、應(yīng)急調(diào)峰問題，對于具有類似條件的城市燃氣輸配企業(yè)，具有一定實踐指導意義值得借鑒。

 

(本文作者：宋士文 杜永民 梁喆 南陽鄭燃燃氣有限公司 473000)