加氫站氫氣異常損耗的原因與對(duì)策

王一非 江 誠(chéng)

〔中國(guó)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(chē)、管道、壓縮和液態(tài)氫儲(chǔ)罐等設(shè)備供氣,以管束車(chē)、液氫儲(chǔ)罐前后質(zhì)量變化或管道輸送的質(zhì)量流量計(jì)前后字?jǐn)?shù)差值為結(jié)算量,卸氣柱上顯示值為實(shí)收量,以加氫機(jī)質(zhì)量顯示值為零售量[1]。氫氣的密度小,在貿(mào)易結(jié)算中計(jì)量器具允許誤差大,如加氫機(jī)計(jì)量的最大允許誤差達(dá)±1.50%[2];溫度、壓力、容量、液位等數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)量交接影響較大,異常損耗也時(shí)常出現(xiàn)。如2022年5月某加氫站氫氣長(zhǎng)管拖車(chē)水容積為24.86 m3,進(jìn)站壓力為17.5 MPa,溫度為25 ℃,卸氣柱泵碼數(shù)30 626.25;離站壓力為13.0 MPa,溫度為34 ℃,卸氣柱泵碼數(shù)30 702.25,受溫度和余壓等因素影響,管束車(chē)結(jié)算量為84.27 kg,卸氣柱實(shí)收量為76.00 kg,進(jìn)貨損耗量達(dá)8.27 kg,損耗率達(dá)9.81%。因此,如何精細(xì)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(xiàn)就某兩座月銷(xiāo)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(jìn)行分享。

1 異常損耗的原因

1.1 進(jìn)貨交接中產(chǎn)生的損耗

1.1.1 溫度不準(zhǔn)造成的虛增損耗

管束車(chē)氫氣接卸處、溫度表、壓力表等都集中在管束車(chē)后側(cè)方。受太陽(yáng)直射影響,溫度表的讀數(shù)溫度往往與環(huán)境溫度相差5 ℃以上,甚至更高。如夏天空氣中環(huán)境溫度30 ℃,而管束車(chē)后側(cè)方溫度表的讀數(shù)溫度35 ℃,兩者相差5 ℃,容量為23.50 m3的管束車(chē),會(huì)虛增2 kg的氫氣,損耗率達(dá)1.20%。

1.1.2 氣壓修正系數(shù)不準(zhǔn)造成的虛增損耗

各供氣廠方采用的氣壓換算系數(shù)不統(tǒng)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(huì)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(guó)家的計(jì)算法,就在表壓的基礎(chǔ)上加0.1 MPa,有的甚至加0.2 MPa,這樣也會(huì)造成0.5～1.0 kg的虛增損耗。

1.1.3 計(jì)量器具未檢定或校驗(yàn)造成的損耗

管束車(chē)、液氫槽車(chē)容量未檢定也會(huì)造成損耗。如管束車(chē)容量誤差0.01 m3轉(zhuǎn)化為常溫達(dá)2 m3(0.17 kg),對(duì)結(jié)算量也會(huì)有影響。溫度表、壓力表、卸氣柱等計(jì)量器具未檢定或校驗(yàn),以及未正確選取相匹配的計(jì)量器具,如部分管束車(chē)使用的壓力表準(zhǔn)確度偏低就會(huì)造成人為讀數(shù)誤差偏大,直接影響結(jié)算量,從而產(chǎn)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(chē)管組規(guī)定的余壓值來(lái)結(jié)算的。如某加氫站供氣合同是以管束車(chē)余壓7 MPa來(lái)結(jié)算,在壓縮機(jī)異?；蚣託涓叻鍟r(shí)段,加氫站為提高加氫速度或?yàn)榭s短加氫車(chē)輛等待時(shí)間,就會(huì)在高于7 MPa時(shí)提前更換管束車(chē),這樣就會(huì)引起氫氣未卸凈,從而造成損耗。

1.2 壓縮機(jī)停機(jī)排空產(chǎn)生的損耗

一般更換管束車(chē)管組或其它特殊情況時(shí),采取壓縮機(jī)停機(jī)作業(yè),采用直接對(duì)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(jī)內(nèi)腔體內(nèi)的氫氣。直接對(duì)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(jī)停機(jī)作業(yè)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(shè)備密封性、維修等產(chǎn)生的損耗

在日常管理中,閥門(mén)、壓縮機(jī)等設(shè)備密封性問(wèn)題發(fā)生泄漏不可避免,主要分內(nèi)漏和外漏兩種現(xiàn)象。一旦發(fā)生內(nèi)漏,泄漏的氫氣會(huì)進(jìn)入放散管排入高空,一般不易發(fā)現(xiàn),時(shí)間久了就會(huì)產(chǎn)生大量的內(nèi)漏損耗。如果發(fā)生外漏,在日常巡檢過(guò)程中和通過(guò)可燃?xì)馓綔y(cè)器檢測(cè)或報(bào)警[3]等手段容易發(fā)現(xiàn),引起的損耗相對(duì)較少。另外,如氫氣的儲(chǔ)罐、管道、閥門(mén)、加氫機(jī)等設(shè)備有故障,則需要排空相關(guān)設(shè)備的氫氣才能維修,也會(huì)造成維修損耗。

1.4 加氫機(jī)計(jì)量誤差產(chǎn)生的損耗

目前,加氫機(jī)計(jì)量規(guī)程國(guó)家還未出臺(tái),部分科研機(jī)構(gòu)、協(xié)會(huì)和企業(yè)在研發(fā)加氫機(jī)檢定裝置,原采用標(biāo)準(zhǔn)表法和稱重法對(duì)加氫機(jī)進(jìn)行計(jì)量檢定存在局限性,操作性不強(qiáng),很多加氫機(jī)出廠時(shí)是用水作為介質(zhì)來(lái)檢測(cè)的,與氫氣相對(duì)分子質(zhì)量非常小沒(méi)有可比性,導(dǎo)致加氫機(jī)中的質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量偏差不能及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn),所以零售環(huán)節(jié)加氫機(jī)因計(jì)量誤差產(chǎn)生的損耗心中無(wú)底,極有可能出現(xiàn)異常損耗,這對(duì)企業(yè)和客戶都是不公平的。

2 降低異常損耗的對(duì)策

2.1 細(xì)化改善數(shù)據(jù),降低進(jìn)貨損耗

2.1.1 對(duì)管束車(chē)后側(cè)方門(mén)進(jìn)行技改,降低溫度不準(zhǔn)產(chǎn)生的損耗

在不影響安全的前提下,可以采用遮陽(yáng)棚或遮陽(yáng)布或通過(guò)調(diào)整后側(cè)門(mén)等辦法來(lái)避免陽(yáng)光直射,使管束車(chē)后側(cè)溫度表測(cè)量的溫度能代表整個(gè)管束車(chē)的溫度,來(lái)解決虛假溫差產(chǎn)生的損耗。

2.1.2 正確使用大氣壓修正系數(shù),消除計(jì)算產(chǎn)生的損耗

國(guó)家相關(guān)部門(mén)應(yīng)盡早出臺(tái)壓縮和液態(tài)氫氣的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn),明確是在20 ℃和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下或在其它條件下的質(zhì)量計(jì)算公式,明確一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓等于1.013 25 bar(即等于0.101 325 MPa),其換算系數(shù)是“1.013 25[4]”,使結(jié)算量計(jì)算正確,消除計(jì)算損耗。

2.1.3 加強(qiáng)對(duì)計(jì)量器具的檢定或校驗(yàn),降低計(jì)量誤差產(chǎn)生的損耗

督促供氣方對(duì)管束車(chē)、液氫槽車(chē)容量、溫度表、壓力表等計(jì)量器具進(jìn)行檢定或校驗(yàn),同時(shí)核實(shí)溫度表、壓力表等計(jì)量表的準(zhǔn)確度,減少人工讀數(shù)誤差,降低計(jì)量器具產(chǎn)生的損耗。

2.1.4 錯(cuò)峰更換管束車(chē),降低卸不凈產(chǎn)生的損耗

摸索當(dāng)?shù)丶託滠?chē)輛加氫時(shí)間規(guī)律,通過(guò)合理的排班,盡量在加氫的高峰時(shí)段,讓管束車(chē)處在高壓狀態(tài),這樣可以縮短加氫車(chē)輛等待時(shí)間;在加氫空閑時(shí)段更換管束車(chē),實(shí)現(xiàn)管束車(chē)余壓在合同規(guī)定之下,從而降低進(jìn)貨損耗。同時(shí),也要與供氣商溝通,找到平衡點(diǎn),盡量使計(jì)量交接的標(biāo)點(diǎn)科學(xué)、合理。

2.2 優(yōu)化工作模式,降低排空損耗

積極與設(shè)備供應(yīng)商探索操作經(jīng)驗(yàn),在確保安全前提上,完善隔膜壓縮機(jī)工藝操作流程。月銷(xiāo)量在15 t以上的加氫站,可優(yōu)化PLC柜的設(shè)置,將原更換管束車(chē)需停壓縮機(jī)排空氫氣改為自循環(huán)狀態(tài),這樣就大大減少了停機(jī)排氣,同樣也完成了更換管束車(chē)作業(yè),既提高了安全系數(shù),又降低了損耗。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),月銷(xiāo)售量15t和每天更換2～3車(chē)次管束車(chē)的加氫站,每月可降低15～20 kg的排空損耗。月銷(xiāo)量小于15 t的加氫站,理想的是在壓縮機(jī)前端設(shè)置緩沖(回收)罐,氫氣排到緩沖(回收)罐,避免產(chǎn)生過(guò)多的排空損耗。

2.3 加強(qiáng)設(shè)備維保,降低泄漏損耗

加氫站絕大多數(shù)設(shè)備都是高壓設(shè)備,對(duì)設(shè)備定期維護(hù)保養(yǎng)和檢測(cè)尤為重要。結(jié)合氫氣易泄漏特點(diǎn),在日常巡檢時(shí),利用停機(jī)作業(yè)時(shí)觀察各管路、儲(chǔ)罐等壓力表是否有掉壓現(xiàn)象,以及利用移動(dòng)式可燃?xì)怏w探測(cè)器檢測(cè)和通過(guò)對(duì)放散管排放口觀察是否有泄漏現(xiàn)象。當(dāng)移動(dòng)式可燃?xì)怏w探測(cè)器檢測(cè)到有氫氣濃度值時(shí),那么可以判斷設(shè)備發(fā)生了外漏;當(dāng)沒(méi)有部位執(zhí)行排空作業(yè)命令,放散管排放口有氫氣排出(在一定背景下可肉眼觀測(cè)),則可確認(rèn)設(shè)備發(fā)生了內(nèi)漏。如確認(rèn)設(shè)備發(fā)生了外漏或內(nèi)漏,務(wù)必組織專(zhuān)業(yè)人員先排空設(shè)備內(nèi)氫氣,然后更換或維修設(shè)備,降低設(shè)備泄漏損耗。

2.4 跟蹤計(jì)量誤差,降低零售損耗

加氫機(jī)計(jì)量檢定規(guī)程國(guó)家未出臺(tái)前,加氫站要建立每日、周和月盤(pán)點(diǎn)制度,第一時(shí)間掌握氫氣的損溢動(dòng)態(tài),剔除進(jìn)貨、排空、泄漏等損耗后,研判加氫機(jī)的計(jì)量誤差,如果加氫機(jī)計(jì)量誤差超出±1.5%,那么加氫站應(yīng)立即組織返廠調(diào)校,使加氫機(jī)計(jì)量準(zhǔn)確,以維護(hù)企業(yè)和客戶雙方權(quán)益,降低零售損耗。

3 結(jié)束語(yǔ)

建議設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位研究增設(shè)或移位管束車(chē)管組的溫度表,以解決管束車(chē)管組溫度的代表性問(wèn)題。相關(guān)部門(mén)盡快研究并制定加氫站各環(huán)節(jié)損耗標(biāo)準(zhǔn),并開(kāi)發(fā)出管束車(chē)管組、壓縮和液態(tài)氫儲(chǔ)罐準(zhǔn)確計(jì)量的計(jì)算機(jī)軟件。相關(guān)科研單位、社會(huì)團(tuán)體和企業(yè)開(kāi)展對(duì)加氫機(jī)計(jì)量檢定研發(fā)工作,早日使加氫機(jī)計(jì)量準(zhǔn)確性具有溯源性。