張士CNG減壓混氣站氣質(zhì)問題研究50001

1、張士 CNG 減壓混氣站氣質(zhì)問題研究摘要：根據(jù)張士 CNG 減壓混氣站的生產(chǎn)狀況及出現(xiàn)的問題，分析 CNG 中 C2以上組分 的存在對設(shè)備和生產(chǎn)的影響。從理論和生產(chǎn)實際兩個方面研究天然氣減壓后的物態(tài)，組 成和溫度的變化，對 CNG 的氣質(zhì)提出要求。并找到可能的解決措施，對今后的生產(chǎn)有重 要的指導(dǎo)意義。一張士 CNG 減壓混氣站簡介該站坐落于沈陽市的張士經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)， 2004 年剛剛建成運行，氣源比較復(fù)雜， 來自于長嶺，阜新和盤錦。其中盤錦油田的 C2 以上組分含量較多，油田氣組分分析報告 列入表 1：表 1 油田氣組分分析報告組分含量組分含量N22.80C50.87C179.45C60.2

2、6C28.72C70.11C35.09C80.02C42.67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 CNG 減壓混氣站生產(chǎn)的影響，并提出一些可能的解 決措施。首先簡述一下工藝過程：油田的壓縮天然氣由罐車運至本站，罐車的壓力約為1020MPa，經(jīng)過一級換熱減壓至 4MPa，再經(jīng)過二級換熱減壓至 1.6MPa。然后三級減壓到約 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 級和二級的換熱器加熱水。CNG 重質(zhì)組分對生產(chǎn)的影響1在 4MPa 以上時，重質(zhì)組分為液相。卸車之初液相在

3、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)組分在三級減壓后大量氣化，介質(zhì)溫度急劇下降，超過鋼材(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(7600-9600kcal/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。三相平衡理論計算從理論上分析 CNG 重質(zhì)組分在減壓后對管道內(nèi)天然氣溫度的影響，討論能夠接受的 重質(zhì)組分含量。取二級和三級調(diào)壓前后的壓力 4MPa，1.6MPa和 0.2MPa狀態(tài)計算平衡組 成。CNG 重質(zhì)組分包括 C2 到 C8的烴類，減壓時這些組分不同程度

4、的氣化，根據(jù)相平衡 條件計算出溫度 -20時氣液相的組成列入表 2 中：表 2 氣液相平衡組成計算數(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%

5、0.05%C80.10%0.27%0.00%8.11%0.00%三相關(guān)參數(shù)的確定實際生產(chǎn)的三級減壓，即壓力 1.6MPa 減壓到 0.2MPa的溫度變化情況列入表 3：表 3 三級減壓溫度變化生產(chǎn)記錄時間三級減壓前溫度 三級減壓后溫度 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=1000Nm

6、3/h，甲烷放熱前后的溫差 T 30 ?？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 T 25 。所以重質(zhì)組分氣化吸收的熱量為 ：8Q1Cihi i L 12955.5W i2其中 Ci i 組分的體積百分含量；hi i 組分的氣化潛熱 kJ/kg ；i i 組分的密度 kg/m3 ；L天然氣的流量 Nm3/h；i 表示組分含碳的個數(shù)。Q2 C1Cp1 1L T 7854.4W 其中 Cp1表示甲烷的比熱。T 表示甲烷的減壓前后的溫度差。取當(dāng)時空氣溫度 Ta 0 。空氣傳熱給天然氣的溫差 Tm 0 ( 24) 24 Q3 Q1 Q2 12955.5 7854.4 5101.1W 又

7、由傳熱方程 Q3 KA TmKAQ3Tm5101.124212.5W / K對于該減壓系統(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)制對流換熱，而管外空氣自然對流換熱，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)天然氣流量無關(guān)。將此實驗 值帶入其他狀態(tài)計算天然氣減壓后溫降是符合實際情況的。四不同重質(zhì)組分含量時天然氣溫降的計算計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 時重質(zhì)組分的氣化量，根據(jù)氣化潛熱計算所需吸收的熱量 Q1。這部分熱量除了 從空氣中吸收的部分 Q3

8、外，其余從天然氣中吸收的部分 Q2 使天然氣溫度下降，因為天 然氣中絕大部分組分是甲烷，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。計算重質(zhì)組分含量分別為 5， 10，20和 30時天然氣溫度降低的結(jié)果并列入 表 4 ：表 4 減壓過程天然氣溫降的計算結(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

9、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， 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，重質(zhì)組分氣化與節(jié)流 效應(yīng)產(chǎn)生的溫降相近，不會對生產(chǎn)有太大影響。五限制管道流量時天然氣溫降的計算因為管道外空氣傳遞的熱量 Q3 與管道流量無關(guān)，而流量減小單位時間內(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。同時認(rèn)為節(jié)流效應(yīng)產(chǎn) 生的天然氣溫降與流量無關(guān)。計算重質(zhì)組分含量為 20，天然氣流量分別為 500Nm3/h， 750Nm3/h 和 1000Nm3/h 時溫度降低的結(jié)果并列入表 5：表 5 減壓過程天然氣溫降的計算結(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50019.4827.46.24.710.975038.5846.522.54.727.2100047.3855.32