加氢站氢气异常损耗的原因与对策

王一非 江 诚

〔中国石化浙江嘉兴石油分公司 浙江嘉兴 314000〕

目前,加氢站以管束车、管道、压缩和液态氢储罐等设备供气,以管束车、液氢储罐前后质量变化或管道输送的质量流量计前后字数差值为结算量,卸气柱上显示值为实收量,以加氢机质量显示值为零售量[1]。氢气的密度小,在贸易结算中计量器具允许误差大,如加氢机计量的最大允许误差达±1.50%[2];温度、压力、容量、液位等数据对计量交接影响较大,异常损耗也时常出现。如2022年5月某加氢站氢气长管拖车水容积为24.86 m3,进站压力为17.5 MPa,温度为25 ℃,卸气柱泵码数30 626.25;离站压力为13.0 MPa,温度为34 ℃,卸气柱泵码数30 702.25,受温度和余压等因素影响,管束车结算量为84.27 kg,卸气柱实收量为76.00 kg,进货损耗量达8.27 kg,损耗率达9.81%。因此,如何精细管理解决氢气的异常损耗是摆在加氢站管理人员面前的重要课题。现就某两座月销量13～16 t的加氢站损耗率由4%～6%降至2%以下的一些做法进行分享。

1 异常损耗的原因

1.1 进货交接中产生的损耗

1.1.1 温度不准造成的虚增损耗

管束车氢气接卸处、温度表、压力表等都集中在管束车后侧方。受太阳直射影响,温度表的读数温度往往与环境温度相差5 ℃以上,甚至更高。如夏天空气中环境温度30 ℃,而管束车后侧方温度表的读数温度35 ℃,两者相差5 ℃,容量为23.50 m3的管束车,会虚增2 kg的氢气,损耗率达1.20%。

1.1.2 气压修正系数不准造成的虚增损耗

各供气厂方采用的气压换算系数不统一。如有的供气厂方就直接采用工程的大气压“1”,有的采用“1.01”,这样会造成1～2 kg的虚增损耗。而有的供气厂方在表压和绝压上做文章,如采用欧洲某国家的计算法,就在表压的基础上加0.1 MPa,有的甚至加0.2 MPa,这样也会造成0.5～1.0 kg的虚增损耗。

1.1.3 计量器具未检定或校验造成的损耗

管束车、液氢槽车容量未检定也会造成损耗。如管束车容量误差0.01 m3转化为常温达2 m3(0.17 kg),对结算量也会有影响。温度表、压力表、卸气柱等计量器具未检定或校验,以及未正确选取相匹配的计量器具,如部分管束车使用的压力表准确度偏低就会造成人为读数误差偏大,直接影响结算量,从而产生损耗。

1.1.4 卸气不净造成的损耗

许多供气合同是以管束车管组规定的余压值来结算的。如某加氢站供气合同是以管束车余压7 MPa来结算,在压缩机异常或加氢高峰时段,加氢站为提高加氢速度或为缩短加氢车辆等待时间,就会在高于7 MPa时提前更换管束车,这样就会引起氢气未卸净,从而造成损耗。

1.2 压缩机停机排空产生的损耗

一般更换管束车管组或其它特殊情况时,采取压缩机停机作业,采用直接对外排、降压后排或排入缓冲(回收)罐等方式排气,即排空压缩机内腔体内的氢气。直接对外排气除损耗最大外,噪音也最响,如容量0.1 m3的管道、温度20 ℃、压力40 MPa的氢气直接排空损耗就有32 m3(2.64 kg)之多;降压后排气,压缩机停机作业可使一部分氢气回到前端管道,可以减少排空损耗,但还是存在损耗。

1.3 设备密封性、维修等产生的损耗

在日常管理中,阀门、压缩机等设备密封性问题发生泄漏不可避免,主要分内漏和外漏两种现象。一旦发生内漏,泄漏的氢气会进入放散管排入高空,一般不易发现,时间久了就会产生大量的内漏损耗。如果发生外漏,在日常巡检过程中和通过可燃气探测器检测或报警[3]等手段容易发现,引起的损耗相对较少。另外,如氢气的储罐、管道、阀门、加氢机等设备有故障,则需要排空相关设备的氢气才能维修,也会造成维修损耗。

1.4 加氢机计量误差产生的损耗

目前,加氢机计量规程国家还未出台,部分科研机构、协会和企业在研发加氢机检定装置,原采用标准表法和称重法对加氢机进行计量检定存在局限性,操作性不强,很多加氢机出厂时是用水作为介质来检测的,与氢气相对分子质量非常小没有可比性,导致加氢机中的质量流量计计量偏差不能及时准确的发现,所以零售环节加氢机因计量误差产生的损耗心中无底,极有可能出现异常损耗,这对企业和客户都是不公平的。

2 降低异常损耗的对策

2.1 细化改善数据,降低进货损耗

2.1.1 对管束车后侧方门进行技改,降低温度不准产生的损耗

在不影响安全的前提下,可以采用遮阳棚或遮阳布或通过调整后侧门等办法来避免阳光直射,使管束车后侧温度表测量的温度能代表整个管束车的温度,来解决虚假温差产生的损耗。

2.1.2 正确使用大气压修正系数,消除计算产生的损耗

国家相关部门应尽早出台压缩和液态氢气的计算标准,明确是在20 ℃和一个标准大气压条件下或在其它条件下的质量计算公式,明确一个标准大气压等于1.013 25 bar(即等于0.101 325 MPa),其换算系数是“1.013 25[4]”,使结算量计算正确,消除计算损耗。

2.1.3 加强对计量器具的检定或校验,降低计量误差产生的损耗

督促供气方对管束车、液氢槽车容量、温度表、压力表等计量器具进行检定或校验,同时核实温度表、压力表等计量表的准确度,减少人工读数误差,降低计量器具产生的损耗。

2.1.4 错峰更换管束车,降低卸不净产生的损耗

摸索当地加氢车辆加氢时间规律,通过合理的排班,尽量在加氢的高峰时段,让管束车处在高压状态,这样可以缩短加氢车辆等待时间;在加氢空闲时段更换管束车,实现管束车余压在合同规定之下,从而降低进货损耗。同时,也要与供气商沟通,找到平衡点,尽量使计量交接的标点科学、合理。

2.2 优化工作模式,降低排空损耗

积极与设备供应商探索操作经验,在确保安全前提上,完善隔膜压缩机工艺操作流程。月销量在15 t以上的加氢站,可优化PLC柜的设置,将原更换管束车需停压缩机排空氢气改为自循环状态,这样就大大减少了停机排气,同样也完成了更换管束车作业,既提高了安全系数,又降低了损耗。据不完全统计,月销售量15t和每天更换2～3车次管束车的加氢站,每月可降低15～20 kg的排空损耗。月销量小于15 t的加氢站,理想的是在压缩机前端设置缓冲(回收)罐,氢气排到缓冲(回收)罐,避免产生过多的排空损耗。

2.3 加强设备维保,降低泄漏损耗

加氢站绝大多数设备都是高压设备,对设备定期维护保养和检测尤为重要。结合氢气易泄漏特点,在日常巡检时,利用停机作业时观察各管路、储罐等压力表是否有掉压现象,以及利用移动式可燃气体探测器检测和通过对放散管排放口观察是否有泄漏现象。当移动式可燃气体探测器检测到有氢气浓度值时,那么可以判断设备发生了外漏;当没有部位执行排空作业命令,放散管排放口有氢气排出(在一定背景下可肉眼观测),则可确认设备发生了内漏。如确认设备发生了外漏或内漏,务必组织专业人员先排空设备内氢气,然后更换或维修设备,降低设备泄漏损耗。

2.4 跟踪计量误差,降低零售损耗

加氢机计量检定规程国家未出台前,加氢站要建立每日、周和月盘点制度,第一时间掌握氢气的损溢动态,剔除进货、排空、泄漏等损耗后,研判加氢机的计量误差,如果加氢机计量误差超出±1.5%,那么加氢站应立即组织返厂调校,使加氢机计量准确,以维护企业和客户双方权益,降低零售损耗。

3 结束语

建议设计和生产单位研究增设或移位管束车管组的温度表,以解决管束车管组温度的代表性问题。相关部门尽快研究并制定加氢站各环节损耗标准,并开发出管束车管组、压缩和液态氢储罐准确计量的计算机软件。相关科研单位、社会团体和企业开展对加氢机计量检定研发工作,早日使加氢机计量准确性具有溯源性。