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vily
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 压缩天然气中的水分析
摘要：介绍了HZ系列工业气相微量水分仪在CNG加气站应用的重要性，详细阐述了HZ系列工业气相微量水分仪的工作原理和技术指标。文章着重针对CNG加气站天然气的水分析提出测量分析方案，并对天然气的压力减压和稳压控制说明了具体实施过程。
关键词：CNG PPmV露点电解；
天然气作为汽车燃料是近几年发展的新型产业，也是城市发展建设的绿色环保工程。压缩天然气的标志是CNG，它具有空气污染小、节约能源和成本低等优点，已成为城市清洁汽车的发展方向。汽车燃油排放的废气是城市大气污染的主要根源之一。有资料表明，城市大气中的一氧化碳、碳氮和碳氧化合物以及尘埃等大部分污染物是由汽车废气排出的。随着城市建设的加快和汽车拥有量的增加，汽车排放的废气在大气污染中所占的比重将进一步增大，解决这一问题的主要办法就是大力推广使用压缩天然气汽车。CNG绿色环保汽车同燃油汽车相比可降低排放废气污染物达80%以上。因此，CNG汽车可以有效的改变城市的大气质量和环境，也是城市建设和人民生活迫切需要的。
天然气是指在开采油气田时出来的可燃气体。它的组分也随油气田的形成和地质构造的不同而各异。但主要化学组分是甲烷、乙烷、丙烷、硫化物、水和二氧化碳等无机物。天然气的特点是无毒、无色、无味、比重轻和热值高以及燃烧充分等，是汽车的理想燃料。
一、CNG水分析的重要性
天然气被引入城市人民生活，CNG站也如雨后春笋在城市中建立起来，但是，CNG站主要是用于汽车充气，它于民用天然气站相比，对天然气中的水含量和硫含量的要求更为严格，特别是天然气中的水含量，如果超标，它将会引起两个主要的副作用。
1、水和硫化氢超反映生成硫酸，反应式如下：H2O+SH→H2SO4
CNG中假若有硫酸生成，它将会腐蚀CNG站的设备和储气罐，以及腐蚀汽车的加气瓶一旦发生泄露，爆炸事故是在所难免的。
2、汽车的加气瓶中所充的天然气一般是20Mpa，汽车在燃烧天然气时，首先是减压，由于急剧减压会在减压阀和气体管路中产生制冷效应，倘若CNG中的水含量过高，就会因制冷效应而发生冰冷堵导致汽车供气不畅的后果。
从以上的两个副作用来看，水含量和硫化氢含量是CNG站的两个非常重要的指标。因此，CNG帽站都有脱硫和脱水装置，特别是脱水装置，它要使CNG中的含水量在操作压力下(20MPa)达到低于水露点-13℃，相当于常压下的水露点-62℃。所以，CNG站的水含量分析和检测是非常重要的。
二、水分分析方法
气体中的水含量分析有多种方法，但可以归结为两大类：即直接法和间接法。直接法是通过干燥或化学反应直接地测出绝对的含水量。间接法是通过测量与水分变化相关的物理量变化来测量水分含量的。直接法主要用于液相和固相物质的含水量测量，间接法大多用于气相物质的含水量测量。间接法主要有电解法、电容法、红外吸收法、微波法和中子法等。用于在线测量的水分仪表大多数为电解法和电容法。两者相比较，电解法有原理简单、使用寿命长、测量准确等优点，是气体水含量分析的理想仪器。
CNG中的含水量要求在水露点-62℃以下，已经属于微量水的分析范畴，如此低的含水量已无法用取样分析，最佳的分析方法是安装在线分析仪表。化工机械及自动化研究设计院生产的HZ系列工业微量水分仪是检测CNG中含水量的最佳在线分析仪表，它采用电解法原理制造，检测器部分具有防爆功能，特别适用于天然气的含水量分析。
HZ系列工业微量水分仪是根据电解吸收的原理进行工作，电解池中的传感器为双铑(铂)丝绕制而成并涂敷P2O5薄膜，气体在流经电解池时，气体中的水被传感器上的P2O5吸收并在电解池中电解，当吸收和电解达到平衡后，进入电解池中的水分全部被P2O5薄膜层吸收同时被加在传感器上的直流电压电解成H2和O2随样气排出。
其反应过程是：
P2O5+H2O→HPO3 (吸湿)
HPO3→P2O5+H2↑+O2↑ (电解)
电解过程中，产生电解电流。根据法拉第电解定律和气体状态方程可以导出水的电解电流与气体中含水量的关系式：
I=RPT0FU×10-4/3P0TU0
式中：I：水的电解电流 uA
U：气体含水量 PPmV
R：气体流量 ml/min
P：环境压力 MPa
F：96485C 法拉第常数
P0∶0.1MPa 标准大气压
V0∶22.4L/mol 摩尔体积
T0∶273K 绝对温度
T∶环境温度 K
从关系式中可以得出电解电流的大小比于气体中的含水量。如在标准大气压和温度20℃的条件下，气体以100ml/min的流量进入电解池，当样气的含水量为IPPmV时，由式中可以计算出电解电流为13.4uA，因此可以得出每PPmV的水含量对应的电解电流为13.4uA。
三、HZ系列工业气相微量水分仪在CNG站中的应用
CNG站的天然气来自城市天然气管网，大约以0.3MPa的压力进入CNG站的缓冲罐，然后再由压缩机加压至25MPa，天然气被压缩后，气体中的部分非饱和水被压缩成游离状，压缩机在加压的同时也将大部分的施离水排出，气体中无法排出的非饱和水和部分游离水进入再生干燥器进行干燥脱水，使天然气中的水含量达到要求后进入储气瓶储存以待给汽车加气。HZ系列工业气相微量水分仪就是用来分析干燥后气体的水含量是不是达到要求。 |
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