摘要：本文介绍了压缩天然气掺混二氧化碳的技术，包括掺混的主要设备、工艺流程、工艺参数、设备操作要求等。

关键词：压缩天然气　二氧化碳　掺混

 

南阳郑燃燃气有限公司目前已安装管道燃气用户70034户，其中，民用69846户，工商业188户，实际使用管道燃气用户为61000户，由城市环形管网供应燃气用户。拥有两座低压螺旋湿式储气柜，担负着城区燃气管网的输配、供应、储存、调峰等任务，最大储气量为8万立方米，日供气能力4.8万立方米，高峰用气量为5.5万立方米。由于天然气支线管道未辐射到南阳市区，缺少气源生产厂，气源来自天冠集团利用生物发酵技术产生的沼气，日产量约4.3-5.0万立方米。沼气产量受许多种因素制约，如原材料、温度、季节、技术工艺等条件变化，都会使沼气的单位产气量发生变化，日产量极不均衡，造成储配站储气量下降，供气能力不足及应急储备有限；若气源厂设备维修或停产检修，容易造成储配站无上游气源可储存。储气量不足影响了高峰用气调峰，无备用气源影响了城市居民、工商业用户的正常使用。随着用气结构调整及居民用气量的增加，新用户的不断发展，燃气供需矛盾日显突出，为解决制约燃气用户发展的瓶颈，确保居民及工商业用户用气，就必须解决气源短缺问题，寻找新的可替代燃气。经反复论证利用压缩天然气掺混二氧化碳技术使天然气的热值降低，掺混后的燃气技术指标与所供的沼气性能基本相同，以满足城市燃气用户的需求，从根本上解决了沼气产气量不足和高峰应急调峰等任务，使企业走上可持续发展的轨道。

一. 压缩天然气掺混系统设备：

    液态二氧化碳储罐、空温式气化器、罗茨计量表、长管集束拖车（CNG拖车），高压、低压调压器（柜）、水浴式电加热器两台及工艺管道。

二. 压缩天然气掺混工艺流程：

 

液态二氧化碳由低温槽车运输，通过计量后停至储配站卸车台，连接卸车液相、气相胶管，将液态二氧化碳由泵增压卸入CO₂储罐储存；压缩天然气由长管集束拖车长途专用运输，停至储配站CNG卸气柱，作为应急调峰储气罐。当沼气产量减少、储气柜储气量不足或气源厂设备维修停产时，第一步，先开启液态二氧化碳储罐液相阀门，气化器进口阀门，液态二氧化碳由工艺管道流入空温式气化器，液体在管道流动过程吸收空气中的热量，使液态二氧化碳逐步由液相转变为气相，经自然气化后的二氧化碳进入调压柜调压，压力由2.0Mpa降至0.03Mpa左右，通过计量表后进入掺混器和天然气混合；第二步，再开启压缩天然气长管集束拖车阀门和卸气工艺管道阀门，20.0Mpa的高压天然气由工艺管道流经水浴式电加热器，（温控在45℃左右），加热后的高压天然气经过一级、二级调压降至0.03 Mpa左右，通过计量表后进入掺混器和二氧化碳混合。掺混后的天然气、二氧化碳由工艺管道进入低压湿式螺旋储气柜再次混合后储存调峰。

三. 压缩天然气掺混技术要求

压缩天然气掺混二氧化碳作为应急调峰气源，其核心工作是控制天然气和二氧化碳的掺混比，以确保燃气性能指标保持在一个稳定的范围内，掺混方案应根据沼气热值、华白指数和燃烧势的要求确定。沼气热值一般为4800-5600 Kcal/Nm³左右，压缩天然气的热值一般为8500 Kcal/Nm³左右要求掺混后目标热值为5100Kcal/Nm³左右，以确保出站燃气热值稳定在4500-5500 Kcal/Nm³范围内。

一般二氧化碳、天然气两种气体的掺混比控制在4:6（体积比），通过对掺混气样的气体成分化验分析，来控制或调节掺混气的热值。因为沼气的主要成分为甲烷和二氧化碳，体积比一般维持在6:4，而压缩天然气的主要成分主要为甲烷，体积比大于98%，掺混时压缩天然气甲烷含量一般按100%计，所以通过对掺混气的气体成分进行化学分析，求出二氧化碳和甲烷的体积百分含量，计算出掺混气的热值，并以此验证和调节天然气、二氧化碳的掺混比例；若CH₄:CO₂＞6:4，说明天然气掺混量过大，若CH₄:CO₂＜6:4，说明二氧化碳掺混量过大，以此数据来调节和控制天然气、二氧化碳的掺混量。

在计量上通过天然气、二氧化碳的罗茨流量计来实现。实际控制可对照瞬时流量、累计流量予以参考综合调整，一般情况下以瞬时流量调节较为直观、实用。

四. 压缩天然气掺混系统各设备的操作要求

液态二氧化碳储罐是采用发泡绝热技术储存低温液体，储罐内液态二氧化碳以气、液两相状态共存，在一定条件下达到相对动态平衡。当储罐吸收外界热量罐内压力升高，压力值通过储罐压差计显示。若超出警戒压力2.0Mpa，可开启储罐气相管道阀门经气化器泄压，使储罐内气、液两相重新达到平衡，保证其正常运行。

空温式气化器应确保始终有一台能够随时开启进行气化。因CO₂气化量受空温汽化器气化能力、环境温度等因素影响，在CO₂混配需求量较大，如果同时开启两台空温汽化器时要务必注意汽化器的结霜情况，并且要注意汽化器的最低工作温度不能低于-18℃，运行中要掌握好合理的除霜时间，以确保气态CO₂的持续供给的能力。

高压天然气在降压过程中温度降低，容易导致调压器出现结霜、结冰现象，影响调压器工作性能，如果管网输送的燃气温度过低，不能满足燃气表具在其工况条件下运行，对燃气供销差有一定影响。因此根据实际工艺条件需对调压器前的压缩天然气进行预加热，天然气在经过电加热器内的蛇形盘管流动时被加热，热源来自加热器内水温，通过不断吸收热量被预热至40-50℃，经高-中、中-低两级调压，使低压出口压力、温度满足工艺要求。

总之压缩天然气和二氧化碳掺混技术，解决了南阳市储气量不足、应急调峰问题，对于具有类似条件的城市燃气输配企业，具有一定实践指导意义值得借鉴。

 

(本文作者：宋士文 杜永民 梁喆 南阳郑燃燃气有限公司 473000)