加氫站氫氣異常損耗的原因與對策

王一非 江 誠

〔中國石化浙江嘉興石油分公司 浙江嘉興 314000〕

目前,加氫站以管束車、管道、壓縮和液態氫儲罐等設備供氣,以管束車、液氫儲罐前后質量變化或管道輸送的質量流量計前后字數差值為結算量,卸氣柱上顯示值為實收量,以加氫機質量顯示值為零售量[1]。氫氣的密度小,在貿易結算中計量器具允許誤差大,如加氫機計量的最大允許誤差達±1.50%[2];溫度、壓力、容量、液位等數據對計量交接影響較大,異常損耗也時常出現。如2022年5月某加氫站氫氣長管拖車水容積為24.86 m3,進站壓力為17.5 MPa,溫度為25 ℃,卸氣柱泵碼數30 626.25;離站壓力為13.0 MPa,溫度為34 ℃,卸氣柱泵碼數30 702.25,受溫度和余壓等因素影響,管束車結算量為84.27 kg,卸氣柱實收量為76.00 kg,進貨損耗量達8.27 kg,損耗率達9.81%。因此,如何精細管理解決氫氣的異常損耗是擺在加氫站管理人員面前的重要課題?，F就某兩座月銷量13～16 t的加氫站損耗率由4%～6%降至2%以下的一些做法進行分享。

1 異常損耗的原因

1.1 進貨交接中產生的損耗

1.1.1 溫度不準造成的虛增損耗

管束車氫氣接卸處、溫度表、壓力表等都集中在管束車后側方。受太陽直射影響,溫度表的讀數溫度往往與環境溫度相差5 ℃以上,甚至更高。如夏天空氣中環境溫度30 ℃,而管束車后側方溫度表的讀數溫度35 ℃,兩者相差5 ℃,容量為23.50 m3的管束車,會虛增2 kg的氫氣,損耗率達1.20%。

1.1.2 氣壓修正系數不準造成的虛增損耗

各供氣廠方采用的氣壓換算系數不統一。如有的供氣廠方就直接采用工程的大氣壓“1”,有的采用“1.01”,這樣會造成1～2 kg的虛增損耗。而有的供氣廠方在表壓和絕壓上做文章,如采用歐洲某國家的計算法,就在表壓的基礎上加0.1 MPa,有的甚至加0.2 MPa,這樣也會造成0.5～1.0 kg的虛增損耗。

1.1.3 計量器具未檢定或校驗造成的損耗

管束車、液氫槽車容量未檢定也會造成損耗。如管束車容量誤差0.01 m3轉化為常溫達2 m3(0.17 kg),對結算量也會有影響。溫度表、壓力表、卸氣柱等計量器具未檢定或校驗,以及未正確選取相匹配的計量器具,如部分管束車使用的壓力表準確度偏低就會造成人為讀數誤差偏大,直接影響結算量,從而產生損耗。

1.1.4 卸氣不凈造成的損耗

許多供氣合同是以管束車管組規定的余壓值來結算的。如某加氫站供氣合同是以管束車余壓7 MPa來結算,在壓縮機異?；蚣託涓叻鍟r段,加氫站為提高加氫速度或為縮短加氫車輛等待時間,就會在高于7 MPa時提前更換管束車,這樣就會引起氫氣未卸凈,從而造成損耗。

1.2 壓縮機停機排空產生的損耗

一般更換管束車管組或其它特殊情況時,采取壓縮機停機作業,采用直接對外排、降壓后排或排入緩沖(回收)罐等方式排氣,即排空壓縮機內腔體內的氫氣。直接對外排氣除損耗最大外,噪音也最響,如容量0.1 m3的管道、溫度20 ℃、壓力40 MPa的氫氣直接排空損耗就有32 m3(2.64 kg)之多;降壓后排氣,壓縮機停機作業可使一部分氫氣回到前端管道,可以減少排空損耗,但還是存在損耗。

1.3 設備密封性、維修等產生的損耗

在日常管理中,閥門、壓縮機等設備密封性問題發生泄漏不可避免,主要分內漏和外漏兩種現象。一旦發生內漏,泄漏的氫氣會進入放散管排入高空,一般不易發現,時間久了就會產生大量的內漏損耗。如果發生外漏,在日常巡檢過程中和通過可燃氣探測器檢測或報警[3]等手段容易發現,引起的損耗相對較少。另外,如氫氣的儲罐、管道、閥門、加氫機等設備有故障,則需要排空相關設備的氫氣才能維修,也會造成維修損耗。

1.4 加氫機計量誤差產生的損耗

目前,加氫機計量規程國家還未出臺,部分科研機構、協會和企業在研發加氫機檢定裝置,原采用標準表法和稱重法對加氫機進行計量檢定存在局限性,操作性不強,很多加氫機出廠時是用水作為介質來檢測的,與氫氣相對分子質量非常小沒有可比性,導致加氫機中的質量流量計計量偏差不能及時準確的發現,所以零售環節加氫機因計量誤差產生的損耗心中無底,極有可能出現異常損耗,這對企業和客戶都是不公平的。

2 降低異常損耗的對策

2.1 細化改善數據,降低進貨損耗

2.1.1 對管束車后側方門進行技改,降低溫度不準產生的損耗

在不影響安全的前提下,可以采用遮陽棚或遮陽布或通過調整后側門等辦法來避免陽光直射,使管束車后側溫度表測量的溫度能代表整個管束車的溫度,來解決虛假溫差產生的損耗。

2.1.2 正確使用大氣壓修正系數,消除計算產生的損耗

國家相關部門應盡早出臺壓縮和液態氫氣的計算標準,明確是在20 ℃和一個標準大氣壓條件下或在其它條件下的質量計算公式,明確一個標準大氣壓等于1.013 25 bar(即等于0.101 325 MPa),其換算系數是“1.013 25[4]”,使結算量計算正確,消除計算損耗。

2.1.3 加強對計量器具的檢定或校驗,降低計量誤差產生的損耗

督促供氣方對管束車、液氫槽車容量、溫度表、壓力表等計量器具進行檢定或校驗,同時核實溫度表、壓力表等計量表的準確度,減少人工讀數誤差,降低計量器具產生的損耗。

2.1.4 錯峰更換管束車,降低卸不凈產生的損耗

摸索當地加氫車輛加氫時間規律,通過合理的排班,盡量在加氫的高峰時段,讓管束車處在高壓狀態,這樣可以縮短加氫車輛等待時間;在加氫空閑時段更換管束車,實現管束車余壓在合同規定之下,從而降低進貨損耗。同時,也要與供氣商溝通,找到平衡點,盡量使計量交接的標點科學、合理。

2.2 優化工作模式,降低排空損耗

積極與設備供應商探索操作經驗,在確保安全前提上,完善隔膜壓縮機工藝操作流程。月銷量在15 t以上的加氫站,可優化PLC柜的設置,將原更換管束車需停壓縮機排空氫氣改為自循環狀態,這樣就大大減少了停機排氣,同樣也完成了更換管束車作業,既提高了安全系數,又降低了損耗。據不完全統計,月銷售量15t和每天更換2～3車次管束車的加氫站,每月可降低15～20 kg的排空損耗。月銷量小于15 t的加氫站,理想的是在壓縮機前端設置緩沖(回收)罐,氫氣排到緩沖(回收)罐,避免產生過多的排空損耗。

2.3 加強設備維保,降低泄漏損耗

加氫站絕大多數設備都是高壓設備,對設備定期維護保養和檢測尤為重要。結合氫氣易泄漏特點,在日常巡檢時,利用停機作業時觀察各管路、儲罐等壓力表是否有掉壓現象,以及利用移動式可燃氣體探測器檢測和通過對放散管排放口觀察是否有泄漏現象。當移動式可燃氣體探測器檢測到有氫氣濃度值時,那么可以判斷設備發生了外漏;當沒有部位執行排空作業命令,放散管排放口有氫氣排出(在一定背景下可肉眼觀測),則可確認設備發生了內漏。如確認設備發生了外漏或內漏,務必組織專業人員先排空設備內氫氣,然后更換或維修設備,降低設備泄漏損耗。

2.4 跟蹤計量誤差,降低零售損耗

加氫機計量檢定規程國家未出臺前,加氫站要建立每日、周和月盤點制度,第一時間掌握氫氣的損溢動態,剔除進貨、排空、泄漏等損耗后,研判加氫機的計量誤差,如果加氫機計量誤差超出±1.5%,那么加氫站應立即組織返廠調校,使加氫機計量準確,以維護企業和客戶雙方權益,降低零售損耗。

3 結束語

建議設計和生產單位研究增設或移位管束車管組的溫度表,以解決管束車管組溫度的代表性問題。相關部門盡快研究并制定加氫站各環節損耗標準,并開發出管束車管組、壓縮和液態氫儲罐準確計量的計算機軟件。相關科研單位、社會團體和企業開展對加氫機計量檢定研發工作,早日使加氫機計量準確性具有溯源性。