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?xì)庥邢薰灸壳耙寻惭b管道燃?xì)庥脩?span>70034戶，其中，民用69846戶，工商業(yè)188戶，實(shí)際使用管道燃?xì)庥脩魹?1000戶，由城市環(huán)形管網(wǎng)供應(yīng)燃?xì)庥脩?。擁有兩座低壓螺旋濕式?chǔ)氣柜，擔(dān)負(fù)著城區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)的輸配、供應(yīng)、儲(chǔ)存、調(diào)峰等任務(wù)，最大儲(chǔ)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(tuán)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(huì)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(chǔ)配站儲(chǔ)氣量下降，供氣能力不足及應(yīng)急儲(chǔ)備有限；若氣源廠設(shè)備維修或停產(chǎn)檢修，容易造成儲(chǔ)配站無上游氣源可儲(chǔ)存。儲(chǔ)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?xì)夤┬杳苋诊@突出，為解決制約燃?xì)庥脩舭l(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?xì)狻＝?jīng)反復(fù)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?xì)饧夹g(shù)指標(biāo)與所供的沼氣性能基本相同，以滿足城市燃?xì)庥脩舻男枨?，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(chǔ)罐、空溫式氣化器、羅茨計(jì)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(tái)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(yùn)輸，通過計(jì)量后停至儲(chǔ)配站卸車臺(tái)，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(chǔ)罐儲(chǔ)存；壓縮天然氣由長管集束拖車長途專用運(yùn)輸，停至儲(chǔ)配站CNG卸氣柱，作為應(yīng)急調(diào)峰儲(chǔ)氣罐。當(dāng)沼氣產(chǎn)量減少、儲(chǔ)氣柜儲(chǔ)氣量不足或氣源廠設(shè)備維修停產(chǎn)時(shí)，第一步，先開啟液態(tài)二氧化碳儲(chǔ)罐液相閥門，氣化器進(jìn)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(dòng)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)闅庀啵?jīng)自然氣化后的二氧化碳進(jìn)入調(diào)壓柜調(diào)壓，壓力由2.0Mpa降至0.03Mpa左右，通過計(jì)量表后進(jìn)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(jí)、二級(jí)調(diào)壓降至0.03 Mpa左右，通過計(jì)量表后進(jìn)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(jìn)入低壓濕式螺旋儲(chǔ)氣柜再次混合后儲(chǔ)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?xì)庑阅苤笜?biāo)保持在一個(gè)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(biāo)熱值為5100Kcal/Nm³左右，以確保出站燃?xì)鉄嶂捣€(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(duì)摻混氣樣的氣體成分化驗(yàn)分析，來控制或調(diào)節(jié)摻混氣的熱值。因?yàn)檎託獾闹饕煞譃榧淄楹投趸?，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(shí)壓縮天然氣甲烷含量一般按100%計(jì)，所以通過對(duì)摻混氣的氣體成分進(jìn)行化學(xué)分析，求出二氧化碳和甲烷的體積百分含量，計(jì)算出摻混氣的熱值，并以此驗(yàn)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(jì)量上通過天然氣、二氧化碳的羅茨流量計(jì)來實(shí)現(xiàn)。實(shí)際控制可對(duì)照瞬時(shí)流量、累計(jì)流量予以參考綜合調(diào)整，一般情況下以瞬時(shí)流量調(diào)節(jié)較為直觀、實(shí)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(chǔ)罐是采用發(fā)泡絕熱技術(shù)儲(chǔ)存低溫液體，儲(chǔ)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(dá)到相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)儲(chǔ)罐吸收外界熱量罐內(nèi)壓力升高，壓力值通過儲(chǔ)罐壓差計(jì)顯示。若超出警戒壓力2.0Mpa，可開啟儲(chǔ)罐氣相管道閥門經(jīng)氣化器泄壓，使儲(chǔ)罐內(nèi)氣、液兩相重新達(dá)到平衡，保證其正常運(yùn)行。

空溫式氣化器應(yīng)確保始終有一臺(tái)能夠隨時(shí)開啟進(jìn)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(shí)開啟兩臺(tái)空溫汽化器時(shí)要?jiǎng)?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(yùn)行中要掌握好合理的除霜時(shí)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(dǎo)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?xì)鉁囟冗^低，不能滿足燃?xì)獗砭咴谄涔r條件下運(yùn)行，對(duì)燃?xì)夤╀N差有一定影響。因此根據(jù)實(shí)際工藝條件需對(duì)調(diào)壓器前的壓縮天然氣進(jìn)行預(yù)加熱，天然氣在經(jīng)過電加熱器內(nèi)的蛇形盤管流動(dòng)時(shí)被加熱，熱源來自加熱器內(nèi)水溫，通過不斷吸收熱量被預(yù)熱至40-50℃，經(jīng)高-中、中-低兩級(jí)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(chǔ)氣量不足、應(yīng)急調(diào)峰問題，對(duì)于具有類似條件的城市燃?xì)廨斉淦髽I(yè)，具有一定實(shí)踐指導(dǎo)意義值得借鑒。

 

(本文作者：宋士文 杜永民 梁喆 南陽鄭燃燃?xì)庥邢薰?473000)