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工业过程天然气监测-卢旺达KivuWatt天然气开采监测项目

项目背景

    卢旺达的基伍湖被誉为“非洲大湖”之一,在分层深水区(低于250米)中有大量溶解甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2),高达约20 mmol/l的甲烷浓度足以用于商业气体提取和发电。 ContourGlobal 将在基伍湖上实施了一个发电计划,利用基伍湖深水中发现的高浓度甲烷气体来发电,这一项目被称为KivuWatt项目。


    合作背景

    KivuWatt项目是世界上第一个漂浮在湖中的天然气开采平台,为了安全开采基伍湖的甲烷,天然气提取设施位于湖岸13公里处,连接至湖底。项目从350米深处取水,气体提取过程通过气体分离器,从压力35-2bar的载气水中提取出含有CH4的气泡,然后在四个洗涤塔中洗涤原始气体,最终产生洁净的高浓度甲烷气体,通过一条13公里长的半淹没管道输送到湖岸边26兆瓦的发电厂。发电厂内的大型内燃发电机组将沼气能量转化为电能,为卢旺达国家公用电力系统提供必须的电力。二氧化碳则被泵回湖中,以维持湖中微妙的平衡不被破坏。


    基伍湖分层深水区示意图


    项目介绍

    为确保输送到发电厂的气体符合内燃机对燃气的质量要求,卢旺达KivuWatt项目需要在气体提取平台上安装一个可长期连续运行的沼气监测系统,用于监测来自3个不同工艺点的天然气气体质量数据:原始气体,提纯后的气体,以及火炬气。

    为了精准检测气体成分,项目需要直接测量原始气体的成分,包括甲烷、二氧化碳、硫化氢、O2和N2。其中,为确保原料气的质量,N2必须直接测量,不能通过计算得出;而且需要实时在线连续监测,确保工艺的正常运转并尽量降低维护周期和停机检修带来的损失,以达到最佳生产效率。

    为实现以上监测目的,通过对不同技术路线和不同供应商方案的比较,KivuWatt项目最终采用了湖北锐意激光拉曼在线防爆型分析系统,提供高精度、低维护的实时监测。


    卢旺达KivuWatt项目示意图

产品原型

    激光拉曼光谱气体分析仪(防爆型)LRGA-6000

    激光拉曼光谱气体分析仪LRGA-6000基于激光拉曼散射原理,通过对待测气体的特装拉曼散射光谱进行增强、收集、处理和识别,并对含量进行定量计算。可同时对多种气体进行全量程的在线和实时检测。


    产品特性

    1、采用激光拉曼气体特征指纹技术,干扰少

    2、在线、实时:一台仪器解决工业过程气体全流程监测

    3、全组分:测量包括CH4、CO2、H2S、N2、O2、H2O在内的气体组分

    4、响应速度快,样气进入分析仪后直接显示测量结果

    5、全量程气体浓度测量,检测范围为(0.01-100)%,调整时间,也可以测量微量组分

    6、具备温度和压力自动修正功能,无漂移

    7、使用和维护成本低,无需载气与耗材

    8、可选配集成系统,实时对多个监测点的实时循环监测

    9、智能化软件设计,全触屏界面,数据直观显示,可外接PC键盘


项目实施

    技术方案

    湖北锐意激光拉曼在线防爆分析系统,主要由预处理单元、控制单元、分析单元三部分组成,专为中低粉尘工作环境设计。产品采用PLC程序控制,可以自动完成3个采样通道之间的切换,实现24小时无人值守操作。极大降低了手动负载,保证系统的长期稳定,实现了准确、连续的自动在线运行。


    一、预处理装置

    预处理装置通过对进气电磁阀的控制,实现气体采样的三通道循环切换。在气体净化提纯过程中,采用过滤精度为5um的气水分离器,将液态水从样品气体中分离出来,同时过滤样品气体;初次过滤后的气体通过半导体冷凝器,去除样品气体中可凝固的气态水。整个过程用到的过滤器均设有自动排水装置,确保系统自动完成正常的取样与排水过程。最后采用过滤精度为0.1um的精密过滤器,确保样品气体满足分析仪器的使用要求,保证监测数据的准确性和系统的可靠性。


    二、控制单元

    激光拉曼气体分析仪通过内置IPC上的定制操作软件实时显示所有数据,并通过MODBUSTCP协议提供实时数据输出,并为每个气体组件提供4-20mA的模拟输出。


    三、分析单元

    分析单元为湖北锐意自主知识产权的多组分激光拉曼分析仪。它采用激光拉曼气体特征指纹谱技术,通过对待测气体的特征拉曼散射光谱进行增强、收集、处理和识别,可对气体成分进行定量计算,实现在线实时对多种类气体进行定性及定量监测,保障KivuWatt基伍瓦特项目长期稳定的自动在线运行。


    方案价值

    湖北锐意激光拉曼光谱气体分析仪,不仅可以完成CH4、CO2、H2S等主要组分的监测需求,还可以直接精确测量N2浓度,且提供高精度和长寿命的H2S测量,完美解决客户的痛点。该方案将仪表集成在正压防爆柜内,完全适用于危险场景的使用。经过在卢旺达生物天然气现场的实际性能验证以及严格测试评估,湖北锐意激光拉曼气体分析仪被项目评估团队批准,今后将被优先应用于该客户即将投建的其他沼气发电厂项目中。


    项目现场


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