設(shè)備管理_張士cng減壓混氣站氣質(zhì)問(wèn)題研究

張士CNG減壓混氣站氣質(zhì)問(wèn)題研究摘要：根據(jù)張士CNG減壓混氣站的生產(chǎn)狀況及出現(xiàn)的問(wèn)題，分析CNG中C2以上組分的存在對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)的影響。從理論和生產(chǎn)實(shí)際兩個(gè)方面研究天然氣減壓后的物態(tài)，組成和溫度的變化，對(duì)CNG的氣質(zhì)提出要求。并找到可能的解決措施，對(duì)今后的生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。一張士CNG減壓混氣站簡(jiǎn)介該站坐落于沈陽(yáng)市的張士經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，2004年剛剛建成運(yùn)行，氣源比較復(fù)雜，來(lái)自于長(zhǎng)嶺，阜新和盤錦。其中盤錦油田的C2以上組分含量較多，油田氣組分分析報(bào)告列入表1：表1 油田氣組分分析報(bào)告組分含量組分含量N22.80C50.87C179.45C60.26C28.72C70.11C35.09C80.02C42.67可見油田氣中約有甲烷80和其他烷烴組分20，本文中稱這些C2至C8組分為重質(zhì)組分。本文討論CNG重質(zhì)組分對(duì)CNG減壓混氣站生產(chǎn)的影響，并提出一些可能的解決措施。首先簡(jiǎn)述一下工藝過(guò)程：油田的壓縮天然氣由罐車運(yùn)至本站，罐車的壓力約為1020MPa，經(jīng)過(guò)一級(jí)換熱減壓至4MPa，再經(jīng)過(guò)二級(jí)換熱減壓至1.6MPa。然后三級(jí)減壓到約0.2MPa，混氣后送到市街管網(wǎng)?；鞖夂蟮囊恍〔糠痔烊粴馑突刂寥?xì)忮仩t，用于提供一級(jí)和二級(jí)的換熱器加熱水。二CNG重質(zhì)組分對(duì)生產(chǎn)的影響1 在4MPa以上時(shí)，重質(zhì)組分為液相。卸車之初液相在管道內(nèi)造成管道局部阻力增加，罐車與卸氣柱之間的壓損在1MPa以上。2 重質(zhì)組分在三級(jí)減壓后大量氣化，介質(zhì)溫度急劇下降，超過(guò)鋼材（20#鋼）使用溫度下限，造成安全隱患。3 由于重質(zhì)組分的高熱值混合氣的熱值比正?；鞖飧叱黾s2000 kcal/m3（7600-9600 kcal/m3），影響鍋爐燃燒器的正常工作，有可能造成鍋爐熄火，系統(tǒng)停車。三相平衡理論計(jì)算從理論上分析CNG重質(zhì)組分在減壓后對(duì)管道內(nèi)天然氣溫度的影響，討論能夠接受的重質(zhì)組分含量。取二級(jí)和三級(jí)調(diào)壓前后的壓力4MPa，1.6MPa和0.2MPa狀態(tài)計(jì)算平衡組成。CNG重質(zhì)組分包括C2到C8的烴類，減壓時(shí)這些組分不同程度的氣化，根據(jù)相平衡條件計(jì)算出溫度-20時(shí)氣液相的組成列入表2中：表2 氣液相平衡組成計(jì)算數(shù)據(jù)重質(zhì)組分壓力4.0MPa壓力1.6MPa壓力0.2MPa液相氣相液相氣相液相氣相C10.00%100%0.00%87.47%0.00%81.14%C249.20%0.00%15.58%8.68%1.40%9.84%C328.70%33.71%3.23%4.74%5.73%C415.10%32.68%0.58%13.29%2.99%C54.90%12.54%0.04%20.97%0.94%C61.50%3.98%0.00%26.49%0.25%C70.50%1.34%0.00%25.09%0.05%C80.10%0.27%0.00%8.11%0.00%三相關(guān)參數(shù)的確定實(shí)際生產(chǎn)的三級(jí)減壓，即壓力1.6MPa減壓到0.2MPa的溫度變化情況列入表3：表3 三級(jí)減壓溫度變化生產(chǎn)記錄時(shí)間三級(jí)減壓前溫度三級(jí)減壓后溫度減壓前后溫度差5：356-22.828.65：406-24.530.55：455-23.628.65：506.2-24.630.85：558-24.832.86：009-24.833.8重質(zhì)組分氣化放出的顯熱與潛熱相比可以忽略。重質(zhì)組分氣化所吸收的全部熱量Q1等于甲烷降溫放出的熱量Q2和管道外空氣傳遞的熱量Q3之和。在天然氣流量為L(zhǎng)=1000Nm3/h，甲烷放熱前后的溫差?？紤]到節(jié)流效應(yīng)有約5的溫降，由甲烷本身放熱造成的溫差。所以重質(zhì)組分氣化吸收的熱量為：其中i組分的體積百分含量；i組分的氣化潛熱kJ/kg；i組分的密度kg/m3；天然氣的流量Nm3/h；表示組分含碳的個(gè)數(shù)。其中表示甲烷的比熱。表示甲烷的減壓前后的溫度差。取當(dāng)時(shí)空氣溫度。空氣傳熱給天然氣的溫差。又由傳熱方程對(duì)于該減壓系統(tǒng)，空氣與天然氣的傳熱面積不變，即A不變。另外管內(nèi)天然氣強(qiáng)制對(duì)流換熱，而管外空氣自然對(duì)流換熱，因此管道外空氣與管壁的傳熱熱阻遠(yuǎn)大于管道內(nèi)管壁與天然氣的傳熱熱阻，可以認(rèn)為總傳熱系數(shù)K與管道內(nèi)天然氣流量無(wú)關(guān)。將此實(shí)驗(yàn)值帶入其他狀態(tài)計(jì)算天然氣減壓后溫降是符合實(shí)際情況的。四不同重質(zhì)組分含量時(shí)天然氣溫降的計(jì)算計(jì)算出氣液相組成后可知天然氣壓力由4MPa減壓到1.6MPa和1.6MPa減壓到0.2MPa時(shí)重質(zhì)組分的氣化量，根據(jù)氣化潛熱計(jì)算所需吸收的熱量Q1。這部分熱量除了從空氣中吸收的部分Q3外，其余從天然氣中吸收的部分Q2使天然氣溫度下降，因?yàn)樘烊粴庵薪^大部分組分是甲烷，根據(jù)甲烷的熱容估算甲烷的溫降，并近似認(rèn)為是天然氣的溫降。重質(zhì)組分的含量也影響天然氣的溫度降低的程度，重質(zhì)組分的含量越大則天然氣溫降越大。另外壓力降低產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)也可以使天然氣溫度降低，根據(jù)實(shí)際情況觀察壓力在4MPa到0.2MPa范圍內(nèi)，壓力每降低0.3MPa，溫度就下降1。計(jì)算重質(zhì)組分含量分別為5，10，20和30時(shí)天然氣溫度降低的結(jié)果并列入表4：表4 減壓過(guò)程天然氣溫降的計(jì)算結(jié)果重質(zhì)組分含量4MPa減壓到1.6MPa1.6MPa減壓到0.2MPa重質(zhì)組分氣化節(jié)流效應(yīng)總溫差重質(zhì)組分氣化節(jié)流效應(yīng)總溫差5%7.0815.02.54.77.210%15.8823.810.04.714.720%47.3855.326.04.730.730%46.0854.048.24.752.9重質(zhì)組分含量30時(shí)，1.6MPa減壓到0.2MPa后C3-C5組分大量氣化，導(dǎo)致溫度急劇下降。從計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)CNG中重質(zhì)組分含量在5以內(nèi)時(shí)，重質(zhì)組分氣化與節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生的溫降相近，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)有太大影響。五限制管道流量時(shí)天然氣溫降的計(jì)算因?yàn)楣艿劳饪諝鈧鬟f的熱量Q3與管道流量無(wú)關(guān)，而流量減小單位時(shí)間內(nèi)重質(zhì)組分氣化量減小，需要吸收的熱量減小，所以天然氣溫降也相應(yīng)減小。同時(shí)認(rèn)為節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生的天然氣溫降與流量無(wú)關(guān)。計(jì)算重質(zhì)組分含量為20，天然氣流量分別為500Nm3/h， 750Nm3/h和1000Nm3/h時(shí)溫度降低的結(jié)果并列入表5：表5 減壓過(guò)程天然氣溫降的計(jì)算結(jié)果天然氣流量Nm3/h4MPa減壓到1.6MPa1.6MPa減壓到0.2MPa重質(zhì)組分氣化節(jié)流效應(yīng)總溫差重質(zhì)組分氣化節(jié)流效應(yīng)總溫差50019.4827.46.24.710.975038.5846.522.54.727.2100047.3855.326.04.730.712005