摘　要：CNG站脱水装置是CNG加气站的主要耗能单元之一，其脱水效果的好坏直接影响到CNG的气质。针对目前CNG站脱水装置再生工艺不合理、再生时间长、再生能耗高等问题，结合脱水装置实际运行情况，开展了节能技术研究，提出了利用再生气余热的节能技术。其节能核心在于通过能量(热量和冷量)的互补利用，提高加热炉的进口温度以缩短加热时间，降低加热炉电耗量，同时降低冷凝分离器的进口温度以改善CNG的分离效果，实现了CNG站脱水装置节能降耗与优化再生效果的双重目标。在不改变其他设备及参数的条件下，完成了节能技术改造前后能耗对比测试。结果表明：CNG站脱水装置的加热时间缩短了27.3％，再生气用量节约了l8.4％，加热炉电耗量降低了28.6％，节能效果明显。

关键词：CNG  加气站  脱水  再生  加热炉  节能  余热利用

An energy-saving technology for a dehydrating device at a CNG station

Abstract：A dehydrating plant is one of the main power consumption units at a CNG filling station and its dehydrating result will directly influence the CNG quality.In view of the unreasonable regeneration process with time and energy highly consumed in the current dehyd ratlng plant at a CNG station，this paper aims to improve the operation efficiency through performing the studies of energy-saving technologles. Thus，an energy-saving technology was developed by USe of the residual heat of the regenerated gas，the core ot which is to utilize energy sources(cold and heat)synthetically and efficiently．The inlet temperature of a heating furnace was raised to shorten the heating time and reduce the electric power cons umption．Meanwhile，the inlet temperature of a condensing separator was reduced to improve the separation resuh．In this way，the dual goals were achieved：energy saving＆consumption reducmg and the optimized regene ratlon result for a dehydrating plant at a CNG filling station．Under the condition of the same equipments and parameters,a comparative testing was made before and after the energy-saving technology was adopted in a case study．With this energy-saving technology，the heating time was shortened by 27.3％，the regenerated gas volume was saved by l8.4％，and the electric power of a heating furnace was reduced by 28.6％．

Key words：CNG filling station，dehydration，regeneration，heating furnace，encrgy saving，residual-heat utilization

CNG加气站脱水装置的脱水效果对加气站的安全运行至关重要^[1]。车用压缩天然气增压后的水露点应符合GB l8047的规定，CNG加气站脱水装置宜采用吸附法脱水^[2-4]。为保证CNG加气站连续运行，至少需要2个脱水塔，一个塔进行脱水操作，另一个塔进行吸附再生和冷却，然后切换操作。按照脱水装置在CNG加气站工艺流程中的位置分为低压脱水、中压脱水、高压脱水3种方式^[5-7]。

脱水装置是CNG加气站的主要耗能单元，其能耗主要体现在加热炉电耗、再生气用量上。目前脱水装置存在再生过程能耗较大、再生气用量大、再生时间和温度不合理、分子筛再生不彻底、再生频率较高、操作次数多等问题^[8-14]。为此，结合CNG站脱水装置实际工艺流程，提出了再生气余热利用节能技术，使能量(热量和冷量)互补利用，实现脱水装置节能降耗与优化再生效果的双重目的^[15-16]。试验数据表明：在不改变其他设备及参数的条件下，节能改造后再生时间缩短了3h，市能比为27.3％；单次再生气用量减少了60.7m³，节能比为l8.4％；加热炉的电耗降低了28.6％。

1　脱水装置工艺流程

两塔脱水装置运行时，保持一个塔处于吸附状态，另一个塔处于再生状态。其单塔循环过程为：吸附®卸压®加热再生®冷吹®充压®吸附^[17]。脱水装置工艺流程包括脱水操作和再生操作两部分，其高压脱水工艺流程如图1所示。现假设塔A进行脱水操作，塔B进行再生操作，对其工艺流程进行简述^[18-19]。

脱水操作流程：被压缩后的高压天然气经前置过滤分离器分离可能存在的游离水、油和杂质，然后经A高进阀从塔A顶部进入，与塔内分子筛充分接触，分子筛吸附高压天然气所含的水和部分烃得到干燥的天然气，干燥后的天然气从塔A底部排出，经A高出阀进入后置过滤分离器分离后进入高压储气容器。后置过滤分离器主要滤掉气流中携带的分子筛粉末，以免堵塞后续设备。

再生操作流程：再生气(储气容器内的干气)经调压柜节流降压后进入加热炉加热，温度上升至210℃左右，经B热进阀从塔B底部进入，与分子筛接触传热，随着分子筛温度升高，分子筛吸附的水分及部分烃被再生气带走，逐步完成分子筛的再生。当脱水塔顶部温控仪温度显示为125℃左右时，标志加热再生阶段完成。随后进入脱水塔的冷吹再生阶段，关闭加热炉电源，继续通干气对分子筛进行冷吹降温，当脱水塔顶部温控仪温度显示为125℃左右时，标志加热再生阶段完成。随后进入脱水塔的冷吹再生阶段，关闭加热炉电源，继续通干气对分子筛进行冷吹降温，当脱水塔顶部温度降至40℃以下时，分子筛恢复吸附能力，停止冷吹，脱水塔再生完成。再生气经脱水塔顶部排出，经B热出阀进入冷凝分离器冷却分离后进入回收罐。

2　再生气余热利用节能技术

由脱水装置工艺流程知，再生气从塔A顶部排出时携带了大量的热量直接进入冷凝分离器，存在如下问题：①冷凝分离器进口温度较高，不利于气液分离，影响分离效果；②再生气的热量大量浪费，没能得到再次利用，同时也提高了回收罐的温度。再生气调压后存在节流降压积霜现象(图2)，导致加热炉的进气温度很低，而脱水塔顶部出口温度较高，致使冷凝分离器进口温度较高，不利于CNG分离，由此提出了再生气余热利用节能技术，即利用再生气的余热预热调压后的低温再生气，同时利用调压阀节流降温后的冷量冷却脱水后的高温再生气，两者的能量(热量与冷量)互补利用，实现节能降耗的目的。节能技术有如下效果：①提高再生气进入加热炉的进气温度，降低加热炉的电耗；②减少再生气加热时间，减少再生气的用量；③降低冷凝分离器进口温度，提高分离效果。

再生气余热利用节能技术的工艺流程如图3所示，增加了再生气换热器及其相关转换流程。现仍然假定塔A进行脱水操作，塔B进行再生操作，对其工艺流程进行简述。脱水操作流程保持不变，再生操作流程略有变化，换热器与加热炉处于同步状态(图4)。加热再生时，打开阀1，关闭阀2，调压后的低温再生气进入新增加的换热器壳程，塔A出口的高温再生气进入换热器管程，实现换热，从而提高加热炉再生气的进口温度、降低冷凝分离器的进口温度。冷吹再生时，打开阀2，关闭阀l，调压后的低温再生气经过加热炉旁通(避免换热器把热量再次带入塔B)，直接进入塔B冷吹分子筛，使分子筛快速冷却，完成分子筛再生。

3　节能技术效果分析

为分析节能技术的可行性和节能效果，按图3的工艺流程，结合脱水装置的工艺流程，完成了脱水装置的节能技术改造，脱水装置节能改造前后现场见图5。为完成节能技术的效果分析，分别统计了节能技术改造前后，在不改变其他设备及参数的条件下，完成一次分子筛再生所需要的气量和电耗量。改造前后脱水装置再生操作时的试验数据(加热再生时间、电耗量、再生气用量)见表l，改造前后加热炉进口管壁温度变化曲线、加热炉单位时间电耗量变化趋势见图6、7。

分析上述图表数据可以得出：①改造后加热时间减少了27.3％，再生气用量减少了18.4％，加热炉电耗量减少了28.6％；②由于再生气余热是一个自身循环预热的过程，大约lh之后，换热炉才开始对再生气预热，随后加热炉进口温度缓慢升高，最后管壁温度稳定在47℃左右；③再生气余热利用存在滞后，随着换热器逐渐换热，加热炉单位时间电耗量相比改造前电耗减小，充分说明再生气余热得到利用，达到了节能运行的目的。

4　结论

1)应用再生气余热利用的节能技术提高了加热炉的进气温度，减少了加热时间和电耗量，降低了脱水装置的能耗，技术上可行。

2)利用再生气节流降压的冷量冷却脱水塔出口的再生气，降低了冷凝分离器进口温度，改善了CNG分离效果。

3)能量互补利用的模式可用于类似的工艺流程，实现节能降耗、经济运行的目的。

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本文作者：梁政  李双双  田家林  朱小华  张力文

作者单位：石油天然气装备教育部重点实验室·西南石油大学

  中国石油西南油气出公司销售分公司

  中国石油宝鸡石油机械有限责任公司