天然氣發(fā)電-天然氣系統(tǒng)課件

2023/4/212023/4/21天然氣系統(tǒng)2023/4/22主要內(nèi)容一、天然氣的基本知識二、天然氣的物理化學性質(zhì)三、天然氣計量四、液化天然氣的儲運和利用五、9FA機組氣體燃料及系統(tǒng)2023/4/222023/4/23第一章、天然氣的基本知識2023/4/232023/4/25天然氣的組成1．鏈烷烴類

它是已發(fā)現(xiàn)的大部分天然氣的主要成分，它是飽和脂肪族類烴，化學通式CnH2n+2，常用P作代號。天然氣中可能存在的鏈烷烴有甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、2.2二甲基丙烷、2一甲基丁烷、正戊烷、2一甲基戊烷、3一甲基戊烷、2，2一二甲基丁烷、2，3一二甲基丁烷、正己烷等組分。在常壓，20℃時，甲烷，乙烷，丙烷，丁烷為氣態(tài)烴，戊烷及以上至十七烷烴為液態(tài)烴。從丁烷開始，就存在同分異構物，隨著碳數(shù)的增多，同分異構物也增多，盡管鏈烷烴中庚烷以上組分含量極低，但同分異構物的個數(shù)卻很多，例如，戊烷有3個，己烷有5個，庚烷有9個，辛烷有18個，壬烷有35個，癸烷有75個異構物。因此，若將天然氣深度分析至C10，可能存在的鏈烷烴組分就可達到150個。2023/4/252023/4/26天然氣的組成

2．環(huán)烷烴類 它是大部分天然氣中僅可能以極少量存在的飽和環(huán)構狀烴類，其化學通式是CnH2n。常用N作代號。3．芳香烴類 它是大部分天然氣中含量甚少的一類不飽和環(huán)構狀烴類，天然氣中可能存在的芳香烴有苯，甲苯，鄰，對、間位二甲苯，三甲苯，在天然氣中極少發(fā)現(xiàn)乙苯，乙基甲苯或丙苯。常用A作代號。4．非烴類化合物 它是一類視氣田不同，存在的種類與含量高低懸殊甚大的組分，已發(fā)現(xiàn)的天然氣中曾發(fā)現(xiàn)含有氮、二氧化碳、硫化氫、氫、2023/4/262023/4/27天然氣的組成氦、氖、水汽，還有硫醇類、硫醚類、硫氧化碳、二硫化碳等有機化合物，近年的資料中還報導了天然氣中含有汞、氨一222，天然氣凝液中含有汞和釙。5．其它成分

（1）多硫化氫（H2Sx）存在于某些含硫天然氣藏中，當氣藏的溫度、壓力降低時，有時會分解為硫化氫和硫磺。這些硫磺，當達到一定高溫時，會變成硫蒸氣，當溫度降至硫磺的凝固點以下時，呈硫磺晶體析出，造成構造或管道閥門的堵塞。（2）瀝青質(zhì)以膠溶態(tài)粒子的形態(tài)存在于氣相中，這些膠粒有一個帶有芳香烴性質(zhì)的、高分子質(zhì)量的核，其外圍包裹著較輕的、較少芳香烴性質(zhì)的組分，到最外層，主要是脂肪族性質(zhì)的化合物。分離這些瀝青質(zhì)，用一般重力分離器是困難的。2023/4/29天然氣的分類2．按烴類組分關系分類

1）干氣在地層中呈氣態(tài)，采出后在一般地面設備和管線中也不析出液態(tài)烴的天然氣。

2）濕氣在地層中呈氣態(tài)，采出后在一般地面設備的溫度、壓力下即有液態(tài)烴類析出的天然氣。

3）貧氣丙烷及以上烴類含量少于100mL／m3的天然氣。

4）富氣丙烷及以上烴類含量大于100mL／m3的天然氣。2023/4/210二、天然氣組分分析

1、天然氣全組分分析分析方法可分析組分使用范圍特點化學吸收－體積色層法C1，C2，C3，C4；不飽和烴總量；O2，N2，H2，He；CO，CO2，H2S等主要成分分析；微量組分不適用儀器簡單；容易掌握；操作程序較繁色相色譜法C1，C2，C3，i-C4，n-C4，i-C5，n-C5，i-C6，n-C6，C7，C8，C9＋；C2=，C3=，i-C4=，反-C4－2=，順-C4－2=，O2，N2，Ar，He，H2，CO，CO2，H2S，H2O，RSH，RSR，RSSR，COS，CS2全組分分析；常量及微量均適用簡便、快速、準確、儀器易得質(zhì)譜法及質(zhì)譜－色譜法同氣相色譜法全組分分析，國內(nèi)尚未推廣快速、準確、儀器昂貴2023/4/211二、天然氣組分分析2、含硫化合物的分析

天然氣中的無機硫化合物，只有硫化氫。有機硫化合物主要是低級的硫醇（RSH）和硫醚（RSR）。2.1、總硫及有機硫含量的測定當H2S含量比有機硫含量高得多時，可以將H2S的含量視為天然氣的總硫含量。氧化－比色法、氧化－庫侖法、鉑還原法、火焰光度計法、熒光光度計法、色譜法2.2.硫化氫的分析常量H2S分析，越來越多地采用色譜法和庫侖滴定法。現(xiàn)場分析中仍采用化學分析法，如經(jīng)典的碘量法和硫酸銀法。2023/4/213二、天然氣組分分析3、二氧化碳、水分及其它組分的分析CO2、H2、He、Ar、N2、O2等組分，用氣相色譜法作全分析時，可以獲得它們的完整數(shù)據(jù)。根據(jù)組分和含量的不同，色譜條件可以適當調(diào)整。水分也可用色譜分析，只是柱溫應提高一些。在120℃用30％聚乙二醇柱，用熱導鑒定器，可測定1到幾千ppm水分?，F(xiàn)場分析中，仍然采用化學分析法（氫氧化鈉法、氫氧化鋇法和硫酸解析法）分析天然氣中CO2。天然氣中水分的測定，常用重量法和目視露點法，也可用干濕球法。2023/4/214第二章天然氣的物理化學性質(zhì)2023/4/215一、天然氣有關組分的物理化學常數(shù)

1.1天然氣有關組分的主要物理化學常數(shù)

2023/4/217一、天然氣有關組分的物理化學常數(shù)2023/4/218一、天然氣有關組分的物理化學常數(shù)2023/4/219一、天然氣有關組分的物理化學常數(shù)2023/4/221一、天然氣有關組分的物理化學常數(shù)2023/4/222一、天然氣有關組分的物理化學常數(shù)1.2天然氣中有機硫化合物的主要性質(zhì)

2023/4/223一、天然氣有關組分的物理化學常數(shù)1.3天然氣中主要組分的蒸汽壓

輕質(zhì)烴低溫、高溫蒸汽壓2023/4/225一、天然氣有關組分的物理化學常數(shù)1.4、天然氣中主要組分的汽化熱

輕質(zhì)烴的汽化熱

2023/4/226一、天然氣有關組分的物理化學常數(shù)甲烷的汽化熱

液氮的汽化熱

2023/4/229二、天然氣的物理性質(zhì)壓縮系數(shù)是對理想氣體狀態(tài)方程引入的一個修正系數(shù)，用z來表示，它表示實際氣體與理想氣體的偏離程度。對于理想氣體，在所有狀態(tài)下，其z值都為1，對于實際氣體，z是狀態(tài)的函數(shù),它的定義是：根據(jù)對應狀態(tài)理論，在相同的對應狀態(tài)下的氣體，對理想氣體狀態(tài)方程式的偏差相同，即具有相等的Z值，處于相同對應狀態(tài)，即氣體具有相等的對比溫度Tr和對比壓力Pr；Tr和Pr的定義如下：2023/4/230二、天然氣的物理性質(zhì)2.2、氣體混合物的視分子量和比重

1).氣體混合物的結(jié)合率在進行氣體混合物的PVT計算時，必須知道此混合氣體的分子量、臨界溫度和臨界壓力。用于計算氣體混合物的分子量和臨界參數(shù)的公式都叫結(jié)合率。值得特別注意的是，通過結(jié)合率計算的氣體混合物的分子量和臨界參數(shù)，不是真正的分子量和臨界參數(shù)，我們稱為視分子量和視臨界參數(shù)。

2023/4/231二、天然氣的物理性質(zhì)2).視分子量Mˊ的計算氣體混合物的視分子量Mˊ，一般是用分子加合法求得。即混合氣體的視分子量Mˊ等于各組分的分子量M與混合氣體中該組分的分子百分數(shù)yi乘積的總和：對于真實氣體：在1大氣壓，0℃時一般氣體的壓縮系數(shù)都幾乎等于1，即Zi≈1，則：2023/4/232二、天然氣的物理性質(zhì)3).氣體比重（或相對密度的計算）單位體積氣體的比重與在同一條件下同體積空氣比重之比稱做氣體的比重或相對密度，通常用S表示:

一般計算氣體比重時所用的氣體密度均指常溫常壓下氣體的密度，故Z≈1，即：天然氣的比重系指1大氣壓，20℃下1單位體積天然氣的重量與同樣條件下相同體積干空氣（CO2含量0.03％）的重量之比。在此條件下Zair≈1，Z≈1，Mair＝28.964，故天然氣的比重為：2023/4/233二、天然氣的物理性質(zhì)2.3、天然氣的PVT計算

對于復雜組成的天然氣，除采用壓縮系數(shù)校正外，還應考慮進一步的校正。1).天然氣壓縮系數(shù)圖和凱氏律（Kay’sRule）這是計算天然氣Z值最簡便的方法，使用天然氣壓縮系數(shù)圖時，天然氣的視對比壓力Prˊ和視對比溫度Trˊ值由凱氏律計算，即：

2023/4/234二、天然氣的物理性質(zhì)天然氣的壓縮系數(shù)(一)

天然氣的壓縮系數(shù)(二)

2023/4/235二、天然氣的物理性質(zhì)對于主要由甲烷組成的潔氣，含氮量不超過5％，視分子量不超過40時，用上面的方法進行計算，誤差一般不超過3％。當CO2或者H2S含量超過2％時，則應考慮這些組分對Z值的影響。此外，以下兩圖分別是低對比壓力下天然氣的壓縮系數(shù)圖和接近常壓時天然氣的壓縮系數(shù)圖，用于低對比壓力下烴類氣體的計算具有更高的精度，利用純烴和混合氣體接近常壓下的密度制作的壓縮系數(shù)圖，在大多數(shù)情況下由它得到的Z值準確性可達到0.001。2023/4/236二、天然氣的物理性質(zhì)低對比壓力下天然氣的壓縮系數(shù)

接近常壓時天然氣的壓縮系數(shù)

2023/4/237二、天然氣的物理性質(zhì)2).由天然氣的比重求視臨界參數(shù)

對非烴含量不高的天然氣，在缺乏氣體分析數(shù)據(jù)時，可根據(jù)氣體比重S，按下面等式估算出Pcˊ和Tcˊ:天然氣的視臨界參數(shù)也可根據(jù)比重由天然氣的視臨界性質(zhì)圖直接讀出。必須注意的是用比重計算視臨界參數(shù)與凱氏律的計算值有相當?shù)牟煌玫降腪值約高3％，在非烴含量高時，偏差更大。故在有分析數(shù)據(jù)資料時，最好不要用比重計算公式或圖表求天然氣的視臨界參數(shù)。2023/4/238二、天然氣的物理性質(zhì)天然氣的視臨界性質(zhì)

2023/4/239二、天然氣的物理性質(zhì)以上這些關系式主要適用于含氮量不超過5％，非烴含量不高，并很好脫除液滴和固體顆粒的潔氣。在計算分子量與其相近的天然氣時，已知壓力和溫度即可直接在低分子量天然氣的壓縮系數(shù)圖找出壓縮系數(shù)。對非烴氣體，如氮氣、二氧化碳以及硫化氫含量不高的潔氣，此圖誤差大約為2％，上述組分含量不超過5％，對計算精確度無大影響。氣體分子量超過20，壓縮系數(shù)低于0.6時查出的數(shù)值可能有較大誤差（誤差可達到10％）。用這些圖表可以較精確地計算富油脫乙烷塔和脫甲烷塔頂氣體的壓縮系數(shù)。2023/4/240二、天然氣的物理性質(zhì)（A）低分子量天然氣的壓縮系數(shù)（上圖應為210K；下圖應為221K）2023/4/241二、天然氣的物理性質(zhì)（B）低分子量天然氣的壓縮系數(shù)（上圖應為210K；下圖應為221K）2023/4/242二、天然氣的物理性質(zhì)2.4、含有顯著量H2S和/或CO2的酸性天然氣的PVT關系的計算

酸性天然氣的壓縮系數(shù)和潔氣有所不同，魏切特（Wichert）和埃則茨（Aziz）提出了簡單易行的校正方法，這個方法仍使用標準天然氣壓縮系數(shù)圖。通過此法校正，即使天然氣中酸氣總含量達到80％，也可給出精確的天然氣壓縮系數(shù)。

魏切特和埃則茨使用了一個“視臨界溫度調(diào)整系數(shù)ε”，用于按下式調(diào)整凱氏結(jié)合律計算的酸性天然氣的視臨界參數(shù)：

2023/4/243二、天然氣的物理性質(zhì)視臨界溫度調(diào)整系數(shù)ε是酸性天然氣中CO2和H2S濃度的函數(shù)，可由視臨界溫度的校正值圖查出。用調(diào)整后的視臨界溫度Tc"和視臨界壓力Pc"計算對比溫度和對比壓力，再由標準天然氣壓縮系數(shù)圖查出相應的壓縮系數(shù)。

視臨界溫度的校正值（oK）

2023/4/244三、天然氣的熱力學性質(zhì)3.1、比熱和熱容在不發(fā)生相變化和化學變化的條件下，加熱單位重量的物質(zhì)時，溫度升高1℃所吸收的熱量，稱為此物質(zhì)的比熱，單位為千卡/公斤?℃。在上述條件下加熱單位體積或衡分子物質(zhì)時，溫度升高一度所吸收的熱量，稱為此物質(zhì)的熱容，單位是千卡/米3?℃或千卡/公斤分子?℃。比熱和熱容代表相同類型的量，只是單位不同，比較容易互相換算。比熱分為真比熱和平均比熱。真比熱：平均比熱：三、天然氣的熱力學性質(zhì)氣體的比熱還可以分為定容比熱和定壓比熱。

定容比熱：定壓比熱：天然氣中主要組分常壓下的定壓比熱值和液體烴的比熱均可通過查圖獲得。三、天然氣的熱力學性質(zhì)大氣壓下烴類氣體的定壓比熱1大氣壓下氣體的定壓比熱

三、天然氣的熱力學性質(zhì)

液體烴的比熱三、天然氣的熱力學性質(zhì)對于一般氣體和氣體混合物，當壓力大于3.5公斤/厘米2時，則應通過查圖獲得真實氣體比熱與理想氣體比熱的差值，以求得此壓力下真實氣體的比熱Cp。

真實氣體比熱校正圖2023/4/249三、天然氣的熱力學性質(zhì)天然氣的比熱可根據(jù)各組分的比熱，用分子分數(shù)加合法或重量分數(shù)加合法求得，即：按分子百分量計算比熱時，按重量百分量計算比熱時，定壓比熱和定容比熱之比K，稱為比熱比或熱容商，亦稱絕熱系數(shù)：2023/4/250三、天然氣的熱力學性質(zhì)3.2、天然氣的熱焓和熵

熱焓H簡稱焓，是熱力學狀態(tài)函數(shù)，定義如下：一個體系在不做非體積功的恒壓可逆過程中吸入的熱量等于該體系熱焓的增量，即

對于理想氣體的等溫、可逆膨脹或壓縮過程，熵的增量ΔS按下式計算：2023/4/251三、天然氣的熱力學性質(zhì)

在非等溫條件下，若初始溫度為T1，則最終溫度為T2時，可把非等溫過程劃分成許多無限小的等溫過程，按下式計算熵增量：

天然氣在透平膨脹機和壓縮機中膨脹和壓縮，可近似地看做絕熱過程δQ＝0，因而ΔS＝0，可按等熵過程進行計算。

2023/4/252三、天然氣的熱力學性質(zhì)3.3、天然氣的熱值

每立方米或每公斤天然氣燃燒所發(fā)出的熱量稱為天然氣的燃燒熱值，簡稱熱值，單位是千卡/米3或千卡/公斤。天然氣的熱值有兩種。計算熱值時，天然氣、空氣和燃燒產(chǎn)品處于相同的基準溫度和壓力下，燃燒生成的水全部冷凝為液體，此時測定的熱值為高熱值（HHV），或稱總比能。如果燃燒產(chǎn)品中的水保持汽相，這是測定的熱值為低熱值（LHV），或稱凈熱值。天然氣的體積熱值可根據(jù)其組分熱值計算。先計算出理想氣體狀態(tài)下的熱值HON，然后再利用氣體存在狀態(tài)下的壓縮系數(shù)校正，計算出真實天然氣的熱值HrN。2023/4/253三、天然氣的熱力學性質(zhì)

ZrN值可以根據(jù)天然氣組成按下式計算:

在氣體任意壓力P（大氣壓）和溫度T（K）下的天然氣的熱值可按下式計算：上述天然氣熱值計算是對干天然氣而言，在同樣狀態(tài)下，含飽和水汽的濕天然氣的熱值較干天然氣熱值為低。濕天然氣的熱值正比于濕天然氣中干天然氣的含量，即

2023/4/254三、天然氣的熱力學性質(zhì)3.4、可燃性極限

在一定條件下可燃性氣體和空氣的混合物有兩個可燃性極限。低限是此氣體混合物可能進行燃燒時燃料氣體的最低濃度；高限是此氣體混合物可能進行燃燒時燃料氣體的最高濃度。對于氣體混合物，燃燒低限可根據(jù)下式由組分的燃燒低限進行計算：

一般來說，壓力低于50毫米汞柱，天然氣和空氣的混合物不可燃，壓力高于1大氣壓時，壓力增加可燃性極限的高限也顯著增加。三、天然氣的熱力學性質(zhì)3.5、粘度

根據(jù)牛頓摩擦定律：兩流體層之間界面上單位面積的摩擦力（即切應力），與垂直于流動方向的速度梯度成正比。即隨著壓力升高，氣體的性質(zhì)逐漸接近液體，而溫度對氣體粘度的影響也逐漸接近液體。對于甲烷，這個界限壓力大約為10MPa。壓力對天然氣的粘度有很大的影響，特別當氣體壓力超過10大氣壓時，這種影響變得更加顯著。在相同溫度下，壓力越高，天然氣的粘度越大。三、天然氣的熱力學性質(zhì)3.6、熱導率

熱導率是物質(zhì)的基本性質(zhì)之一，它決定著熱傳導的速率。熱導率由下式確定：三、天然氣的熱力學性質(zhì)

1大氣壓下氣體的熱導率

1大氣壓下天燃氣的分子量與二導率的關系三、天然氣的熱力學性質(zhì)3.7、天然氣的含水量和露點

在工程上，通常將含有水蒸氣的天然氣稱為濕天然氣。表示天然氣含水量多少的指標主要有：含水量、絕對濕度、相對濕度、水露點。在濕天然氣中，標準單位體積（如1標準立方米）干氣所含的水蒸氣質(zhì)量稱為含水量，單位為kg/Nm3或g/Nm3。一般來說，從氣田中采出的天然氣的含水量大約為6~8g/Nm3，而要求進入干線輸氣管道的天然氣的含水量不應超過96~128mg/Nm3。

天然氣的絕對濕度是指單位體積濕天然氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量，單位為kg/Nm3襯或g/Nm3。天然氣的相對濕度是指其實際絕對濕度與同溫度下其達到水蒸氣飽和時的絕對濕度之比。三、天然氣的熱力學性質(zhì)天然氣的露點是控制天然氣儲運過程中不產(chǎn)生液態(tài)物質(zhì)的重要指標，它包括水露點與烴露點。在任一給定的壓力下，濕天然氣中的水蒸氣分壓等于某一溫度下水的飽和蒸氣壓時，這一溫度就稱為濕天然氣在給定壓力下的水露點。水露點是指天然氣在一定壓力下析出液態(tài)水時的最高溫度，而烴露點是指天然氣在一定壓力下析出液態(tài)烴時的最高溫度。水露點反映了天然氣中的水蒸氣含量，而烴露點則反映了天然氣中重烴組分的含量。天然氣中水蒸氣的含量越高，則在相同壓力下其水露點就越高；天然氣中的重烴組分的含量越高，則在相同壓力下其烴露點就越高。我國的國家標準《輸氣管道工程設計規(guī)范》（GB50251-94）明確規(guī)定：管輸天然氣在最高輸送壓力下的水露點至少應該比管道周圍的最低環(huán)境溫度低5℃，而烴露點不得高于最低環(huán)境溫度。第三章天然氣計量天然氣計量是指采用適當?shù)姆椒y定天然氣的瞬時流量或累計流量。天然氣的數(shù)量可以用它的標準體積、質(zhì)量或能量值（熱值）來度量。據(jù)此可將天然氣計量方法分為體積流量計量、質(zhì)量流量計量和能量計量三種。體積流量計分為差壓式流量計、容積式流量計和速度式流量計三大類，其中容積式屬于直接測量式，而差壓式和速度式都屬于間接測量式。質(zhì)量流量計不受溫度、壓力和氣體壓縮系數(shù)的影響，具有直讀瞬時和累計流量的特點，無需像差壓式流量計那樣進行復雜計算。目前在國外燃氣行業(yè)使用的能量流量計主要有燃燒熱值表和氣相色譜儀，前者為直接測量式，后者為間接測量式。天然氣的能量計量對交易雙方都更公平，因而是未來燃氣交接計量的發(fā)展趨勢。一、壓降法測流量

充滿管道的流體，當它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置（如孔板、噴嘴或文丘利管）時，流束將在節(jié)流裝置處形成局部收縮，壓力的部分位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，結(jié)果流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生了壓力降（或壓差）

孔板前后壓力和流速分布圖

一、壓降法測流量1.1、理論方程式

節(jié)流裝置形式較多，標準節(jié)流裝置有四種，即孔板、噴嘴、文丘利噴嘴和文丘利管。目前天然氣礦場集輸中主要使用的標準節(jié)流裝置是孔板。當天然氣流經(jīng)孔板時，天然氣流動狀態(tài)是穩(wěn)定的，在流動過程中無功輸入或輸出，氣體與外界無熱交換，即流動過程是絕熱過程。根據(jù)穩(wěn)定流動能量方程式，流動連續(xù)性方程和絕熱過程方程，可以推導出氣體流量的理論方程式：

一、壓降法測流量1.2、實用方程式

將上述體積流量計算式的單位換算成常用單位，并將工作狀態(tài)下的流量換算成基準狀態(tài)下的流量，得流量實用方程式：1.3、取壓方式

目前就孔板而言，各國的取壓方式大致有五種：角接取壓法、理論取壓法、徑距取壓法、法蘭取壓法和管接取壓法。在我國的天然氣工業(yè)中，目前廣泛采用國家計量局推薦的角接取壓法。由于引進的國外大型化工、化肥、天然氣脫硫裝置中大量采用法蘭取壓，因此，國家計量局已將法蘭取壓法列為和角接取壓法并行的取壓方法。二、標準孔板測流量中各參數(shù)的確定

2.1、流量系數(shù)α

試驗證明，α與取壓點位置，截面比，雷諾數(shù)，管壁粗糙度，孔板入口邊緣尖銳度有關。則α的計算公式如下：

2.2、膨脹系數(shù)ε膨脹系數(shù)是用來修正天然氣的重度在經(jīng)過節(jié)流裝置時所發(fā)生的變化。影響ε值基本因素是H/P1，H/P1愈大重度改變也愈大，因而ε值偏離1愈大?？砂匆韵陆?jīng)驗公式計算：當H/P1＜0.08時，當0.08＜H/P1＜0.5時，

二、標準孔板測流量中各參數(shù)的確定2.3、孔板內(nèi)孔直徑d

孔板內(nèi)孔圓柱面的直徑d用游標尺在不少于四個方向測量，然后取其算數(shù)平均值。

2.4、氣體的比重修正系數(shù)、壓縮修正系數(shù)、溫度修正系數(shù)相對比重S值由氣體分析資料確定，已知S值，相應可以求出比重修正系數(shù)，或者查比重系數(shù)表。壓縮修正系數(shù)則是根據(jù)天然氣的組成或比重，計算天然氣視臨界壓力和視臨界溫度，再根據(jù)孔板上天然氣的壓力和溫度計算天然氣視對比壓力和視對比溫度，再由天然氣的壓縮系數(shù)表查出天然氣的壓縮系數(shù)Z值，再由表查出壓縮修正系數(shù)（或直接計算）。連續(xù)記錄溫度取平均值作為氣流流經(jīng)孔板時的氣體溫度。根據(jù)氣體溫度T，可以查表得溫度修正系數(shù)（或直接計算）。二、標準孔板測流量中各參數(shù)的確定2.5、波動情況下的流量計算

按標準孔板節(jié)流裝置的實用條件，流體流束在管道內(nèi)的流動應該是穩(wěn)定的，但實際上，由于各種因素影響到靜壓和差壓的波動，特別是形成“脈動流”時，會給計量帶來誤差。在這種情況下，為了獲得可靠的計量，必須抑制脈動，可以采取以下方法：

1）在脈動源和計量管之間的管線上加裝一個容器（具有一定容量）、限流器或特別設計的濾波器。

2）使用較小直徑的孔板，或者使用較小尺寸的計量管，而使孔板保持原直徑不變，從而獲得最高限度的差壓。

3）使用適當?shù)恼{(diào)壓閥降低脈動幅度。二、標準孔板測流量中各參數(shù)的確定

在靜壓、差壓波動大的場合，為了比較精確地求出全天流量，應取較小的時間間隔（如15分鐘，半小時，1小時……），分別計算該時間間隔的流量Q1、Q2……Qn，全天流量為Qs＝Q1＋Q2＋……＋Qn。

在靜壓、差壓波動小的場合，流量計算式中的流量系數(shù)或其它修正系數(shù)可看作一定，此時，全天流量為：三、雙波紋管壓差計和流量積算器

3.1CW型雙波紋管差壓計

CW型雙波紋管差壓計廣泛用于天然氣流量測定裝置，其根據(jù)位移平衡原理工作。型號編制如下表所示。三、雙波紋管壓差計和流量積算器CW型雙波紋管差壓計的規(guī)格和技術數(shù)據(jù)如下表所示三、雙波紋管壓差計和流量積算器3.2QJS-1型氣體流量積算器

QJS-1型氣體流量積算器，是用于標準孔板節(jié)流、人工給定溫度修正系數(shù)的自動顯示和積算氣體流量的儀表。

該積算器適用于氣體在一個季節(jié)內(nèi)日平均溫度變化為±5℃，且具有自動調(diào)壓設備（調(diào)壓精度在±5％），工作壓力為40公斤/厘米2以下的集輸氣站場。四、超聲波流量計

4.1超聲波流量計的特點

超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲脈沖的作用以測量流量的儀表。是一種非接觸式儀表，適用于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量，與其他類型的流量計相比，超聲波流量計具有以下優(yōu)點：1）適用于各種管徑氣體流量的高精度計量；2）測量范圍（量程比）很寬，一般為1:40～1:160，最大能達到1:300；3）重復性很高；4）流量計本體除不受壓力、溫度、分子量、氣體組分變化的影響外，也不受渦流和流速剖面變化，以及沉積物或濕氣的影響；5）可精確測量脈動流，無磨損，示值無零點漂移現(xiàn)象，偏移誤差小（1/10s）；6）節(jié)能，可大大降低長輸管道增壓費用；7）無可動部件；8）重量輕，所占空間??；9）系統(tǒng)本身有自我檢測功能；10）可允許管道清洗球自由通過管道對其進行清洗四、超聲波流量計4.2超聲波流量計的測量原理

超聲波流量計按測量原理，可以具有多種不同的形式。包括傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法、旋渦法、相關法和流速液面法。

目前大管徑天然氣計量中使用的超聲波流量計多數(shù)采用傳播速度差法測量原理的流量計。即根據(jù)聲波在流動的流體中，順流傳播的時間與逆流傳播的時間之差與被測流體的流速有關，求出流速的方法。當聲波的傳播方向與流體的流動方向一致時，其傳播速度為（c＋u），當聲波的傳播方向與流體的流動方向相反時，其傳播速度為（c-u）。

四、超聲波流量計由此可得：順逆流情況下聲波傳播時間差Δt＝t2－t1，

則，流速可以根據(jù)下式計算：4.3影響超聲波流量測量準確性的因素影響超聲波流量計準確性的因素很多，其主要因素有兩個方面：一是儀表本身性能的影響；二是安裝質(zhì)量的影響。四、超聲波流量計4.4超聲波流量計在天然氣流量計量上的應用

隨著計量技術的發(fā)展，英斯卓美（Instromet）公司把人工智能技術引入到超聲傳感器中，并研制成功了高速數(shù)字處理電路，利用全新的數(shù)字超聲技術取代了落后的模擬超聲技術，實現(xiàn)了真正的高精度氣體流量測量。在流體管道中安裝有兩個能發(fā)送和接收超聲脈沖的換能器，兩個換能器輪流發(fā)射和接收脈沖，平均流速計算公式為：

Instromet超聲波流量計工作原理

四、超聲波流量計Instromet超聲體積流量計由Checksonic-s超聲流量計主體、流量計算機MODEL793-4、Rose-mout3144、3051型溫度、壓力變送器等部分組成。能實現(xiàn)天然氣流量的正確計量；能顯示、打印瞬時質(zhì)量流量和體積流量以及累計質(zhì)量流量和體積流量、溫度、壓力等實時數(shù)據(jù)；通過微機能實現(xiàn)對變送器的校正和調(diào)零功能；具有高低壓報警功能，對計量參數(shù)設置報警限度，超過限度產(chǎn)生報警；具有自診斷功能，可隨時發(fā)現(xiàn)傳感器的污染情況，有自動增益放大系統(tǒng)，當達到功能極限時系統(tǒng)報警，提示清洗或更換探頭。四、超聲波流量計4.5丹尼爾高級超聲波氣體流量計

配備有MarkⅢTM電子單元的丹尼爾高級超聲波氣體流量計，減少了在小流量時通常存在的低精度和低線性度造成的計量損失。其特點包括：無與倫比的計量精度；低流量下的突出表現(xiàn)；精確度在±0.1％以內(nèi)時，量程比超過50:1；全面的計量核查診斷功能；即使在內(nèi)部凝析液結(jié)垢的情況下仍然能保持高精度；具有長期穩(wěn)定性；現(xiàn)場可靠性；強大的自診斷和報警系統(tǒng)；符合Modbus協(xié)議的雙通信短口；低能耗；精心設計的不需要更換傳感器的數(shù)字降噪裝置；具有可現(xiàn)場帶壓拆卸的傳感器；可與所有的丹尼爾超聲波流量計兼容；功能強大的、基于Windows的接口軟件。第四章液化天然氣的儲運和利用在液化天然氣（LNG）工業(yè)鏈中，LNG的儲存和運輸是兩個主要環(huán)節(jié)。國外某海上油氣田的油氣儲運綜合系統(tǒng)示意圖

一、液化天然氣儲罐（槽）

1.1型式分類一般可按容量、隔熱、形狀及罐的材料進行分類。A.按容量分類1）小型儲罐容量5～50m3。常用于民用燃氣汽化站，LNG汽車加注站等場合；2）中型儲罐容量50～100m3。常用于衛(wèi)星式液化裝置，工業(yè)燃氣汽化站等場合；3）大型儲罐容量100～1000m3。常用于小型LNG生產(chǎn)裝置；4）大型儲槽容量1000～40000m3。常用于基本負荷型和調(diào)峰型液化裝置；5）特大型儲槽。容量40000～200000m3。常用于LNG接收站；一、液化天然氣儲罐（槽）B.按圍護結(jié)構的隔熱分類1）真空粉末隔熱。常用于小型LNG儲罐；2）正壓堆積隔熱。廣泛應用于大中型LNG儲罐和儲槽；3）高真空多層隔熱。很少采用，限用于小型LNG儲罐。C.按儲罐（槽）的形狀分類1）球形罐，一般用于中小容量的儲罐，但有些工程的大型LNG儲槽也有采用球形的。目前最大的有林德公司制造的40000m3和日本NKK公司的5000m3儲罐；2）圓柱形罐（槽）。廣泛用于各種容量的儲罐和儲槽。一、液化天然氣儲罐（槽）D.按罐（槽）的放置分類地上型半地下型地下型地下坑型一、液化天然氣儲罐（槽）E.按罐（槽）的材料分類

1）雙金屬。內(nèi)罐和外殼均用金屬材料，一般內(nèi)罐采用耐低溫的不銹鋼或鋁合金；2）預應力混凝土型。指大型儲槽采用預應力混凝土外殼，百內(nèi)筒采用低溫的金屬材料；3）薄膜型。指內(nèi)筒采用厚度為0.8～1.2mm的36Ni鋼（又稱殷鋼）。一、液化天然氣儲罐（槽）F.按罐（槽）的圍護結(jié)構分類單圍護系統(tǒng)圖a）低溫儲槽；b）、c）內(nèi)罐低溫材料，外殼非低溫材料；雙圍護系統(tǒng)圖A1、A2－承載層全封閉圍護系統(tǒng)A1、A2－承載層薄膜型圍護系統(tǒng)A－承載層一、液化天然氣儲罐（槽）1.2LNG儲罐（槽）結(jié)構

立式LNG儲罐一、液化天然氣儲罐（槽）單只子罐的幾何容積通常在100～150m3之間，單只子罐的容積不宜過大，過大會導致運輸?shù)跹b困難。子罐的數(shù)量通常為3～7只，因此可組建300～1250m3的大型儲槽。子罐可以設計成壓力容器，最大工作壓力可達1.8MPa，通常為0.2～1.0MPa，視用戶使用壓力要求而定。立式子母型儲罐結(jié)構

一、液化天然氣儲罐（槽）典型的全封閉圍護系統(tǒng)LNG儲槽屬于地上型特大儲槽，這類儲槽較多地應用LNG接收終端站，容量最大可達200000m3。典型的全封閉圍護系統(tǒng)LNG儲槽示意圖

二、液化天然氣船

2.1LNG船運在LNG工業(yè)鏈中的作用LNG運輸船是為載運在大氣壓下沸點為-163℃的大宗LNG貨物的專用船舶，這類船目前的標準載貨量在13～15萬m3之間，一般它們的船齡在25～30年。目前，從技術上來說，一些先進國家已能設計出16萬m3、20萬m3。甚至30萬m3的LNG船，但從今后幾年來看，由于受到港口水深的限制，LNG船的艙容量可能會穩(wěn)定在十幾萬立方米的水平上。

二、液化天然氣船2.2LNG貨艙的圍護系統(tǒng)LNG貨艙的汽化率的高低取決于貨艙的漏熱性能。不同的貨物圍護系統(tǒng)采用不同的隔熱方式，目前有三種貨物圍護系統(tǒng)，即法國的GazTransport、Technigaz（GTT型）；挪威的MossRosenberg（MOSS型）及日本的SPB型。

GTT型薄膜艙MOSS型球形艙

SPB型棱型艙二、液化天然氣船MOSS型LNG船薄膜型液貨艙的概念

SPB型液艙斷面結(jié)構

三、液化天然氣槽車

由LNG接收站或工業(yè)性液化裝置儲存的LNG，一般是由LNG槽車載運到各地，供居民燃氣或工業(yè)燃氣用。3.1LNG槽車的隔熱方式槽車采用合適的隔熱方式，以確保高效、安全地運輸。用于LNG槽車隔熱主要有三種形式：①真空粉末隔熱；②真空纖維隔熱；③高真空多層隔熱。選擇哪一種隔熱型式的原則是經(jīng)濟高效、隔熱可靠、施工簡單。由于直空粉末隔熱具有真空度要求不高、工藝簡單、隔熱效果較好的特點，往往被選用，其制造工藝上積累較豐富的經(jīng)驗。三、液化天然氣槽車3.2LNG槽車的安全設計LNG槽車的安全設計至關重要，不安全的設計將帶來嚴重的后果，安全設計主要包含兩個方面：防止超壓和消除燃燒的可能性（禁火、禁油、消除靜電）防止槽車超壓的手段主要是設置安全閥、爆破片等超壓泄放裝置。為了運輸安全，在有的槽車上，除了安全閥和爆破片外，還設有公路運輸泄放閥，在槽車的氣相管路上設置一個降壓調(diào)節(jié)閥（ECONOMIZER）。

三、液化天然氣槽車3.3LNG槽車的輸液方式

LNG槽車有兩種輸液方式，壓力輸送（自增壓輸液）和泵送液體。壓力輸送是利用在增壓器中汽化LNG返回儲罐增壓，借助壓差擠壓LNG，這種輸液方式較簡單，只需裝上簡單的管路和閥門。槽車采用泵送液體是較好的方法。它采用配置在車上的離心式低溫泵來泵送液體。其代表了槽車輸液方式的發(fā)展趨勢第三節(jié)液化天然氣槽車3.4LNG槽車容量的大型化和列車化LNG槽車一般是滿液輸送而空車返回，運輸效率≤50％。為提高運輸效率，降低噸公里成本是非常重要的。采用半掛車運輸LNG，其一次載運量大大高于單車。目前，進口LNG槽車和國產(chǎn)LNG槽車均以半掛槽車為主，國產(chǎn)的有27立方米和40立方米兩種型號。歐美日發(fā)達國家的半掛列車占運輸車輛的比例是相當高的，因此LNG槽車向大型化、列車化發(fā)展是必然趨勢。三、液化天然氣槽車3.5LNG槽車運行高速化LNG槽車和其它低溫液體槽車一樣，在結(jié)構上有一定的特殊性。提高LNG槽車的運行速度，可以提高運輸效率，加上高速公路和高等級公路的建設在我國發(fā)展很快，因此低溫槽車有高速化發(fā)展趨勢。槽車的高速化對槽車質(zhì)量要求更高了，具體表現(xiàn)為：底盤可靠性、整車的動力性、橫向穩(wěn)定性、制動性能、隔熱支撐的強度等。四、液化天然氣發(fā)電

4.1天然氣發(fā)電概況

A.

燃煤、燃天然氣電廠的比較（裝機容量500MW）項目燃煤電廠燃天然氣電廠污染物排放量/（t/a）SO2280007NOx5056971CO2灰渣4000000用水量10033占地面積10054四、液化天然氣發(fā)電

B.燃氣輪機與汽輪機發(fā)電燃用天然氣的原動機是燃氣輪機，通常采用燃氣－蒸氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方式。這是21世紀發(fā)電循環(huán)的主要方式。燃用天然氣電站的熱效率高達58％，比燃煤蒸汽輪機電站高出16個百分點。這樣，發(fā)相同電量時又大量節(jié)約燃料。按500MW計，若年運行小時為6000h，則年節(jié)約標準煤約240×103t。

燃氣輪機發(fā)電有極大優(yōu)點：效率高、污染小、機組重量輕、體積小、運輸安裝方便、占地小、基建期短、單位投資小、用水量小；啟停運行靈活，可靠性高；可作為基本負荷，亦可作為調(diào)峰機組承擔電網(wǎng)調(diào)峰和應急事故之用。四、液化天然氣發(fā)電C.國外燃煤與燃LNG發(fā)電成本比較

項目燃煤燃LNG投資費用單位投資費/（美元/kW）電費（投資費）/〔美分（kW·h）〕9002.575001.43經(jīng)營費用燃料費/（美元/GJ）供電效率（％）電費（燃料非）/〔美分/（kW·h）〕1.42361.422.84452.28總費用/〔美分/（kW·h）〕3.993.712023/4/298四、液化天然氣發(fā)電國內(nèi)燃煤與LNG發(fā)電成本比較項目LNG發(fā)電常規(guī)燃國產(chǎn)煤火電容量/MW4×6502×3002×3502×6003×600年運行時間/h35004000450050005500550055005500工況新建國產(chǎn)機組，脫硫擴建進口機組，脫硫新建進口機組，脫硫擴建進口機組，脫硫1996年靜態(tài)投資/萬元339304471449920496基礎價/（元/kW）65945655673576718311上網(wǎng)電價元/（kW·h）0.6380.5920.5490.5210.5070.540.6160.621四、液化天然氣發(fā)電4.2天然氣直接膨脹發(fā)電

概括地說，LNG冷量利用主要有三種方式：①直接膨脹發(fā)電；②降低蒸汽動力循環(huán)的冷凝溫度；③降低氣體動力循環(huán)的吸氣溫度。天然氣直接膨脹發(fā)電的基本循環(huán)高壓天然氣直接膨脹發(fā)電的基本過程是從LNG儲罐來的LNG經(jīng)低溫泵加壓后，在汽化器受熱汽化為數(shù)兆帕的高壓天然氣，然后直接驅(qū)動透平膨脹機，帶動發(fā)電機發(fā)電。四、液化天然氣發(fā)電天然氣從（p1，T1）等熵膨脹至（p2，T2）過程中，所作的功為：如果膨脹過程中天然氣近似看做理想氣體，則：

由以上公式可知，要增加天然氣膨脹過程的發(fā)電量，可以采取以下兩項措施：

1）提高T1，即提高汽化器出口溫度；2）提高p1，即提高低溫泵出口壓力。四、液化天然氣發(fā)電4.3利用LNG的蒸氣動力循環(huán)

朗肯循環(huán)是最基本的蒸氣動力循環(huán)，如右圖所示，由鍋爐、汽輪機、冷凝器和水泵組成。在過程4-1中，水在鍋爐和過熱器中定壓吸熱，由未飽和水變?yōu)檫^熱蒸氣；在過程1-2中，過熱蒸氣在汽輪機中膨脹，對外作功；在過程2-3中，作功后的乏氣在冷凝器中定壓放熱，凝結(jié)為飽和水；在過程3-4中，水泵消耗外功，將凝結(jié)水壓力提高，再次送入鍋爐。朗肯循環(huán)

四、液化天然氣發(fā)電朗肯循環(huán)的對外凈功為汽輪機作功與水泵耗功之差，后者相對來說很小。朗肯循環(huán)的效率為循環(huán)凈功與從鍋爐的吸熱量之比：在朗肯循環(huán)發(fā)電中，LNG的汽化與乏氣的冷凝結(jié)合起來，LNG汽化后進入鍋爐燃燒（在低溫朗肯循環(huán)中天然氣則送到其它用戶使用），而乏氣在低溫下冷凝。天然氣直接膨脹是利用LNG的壓力火用，而朗肯循環(huán)則利用了LNG的低溫火用。在低溫朗肯循環(huán)中，由于循環(huán)幾乎不需要外界輸入功和有效熱量，因此很值得重視。四、液化天然氣發(fā)電有效利用LNG的冷量，朗肯循環(huán)工質(zhì)的選擇十分重要。工質(zhì)通常為甲烷、乙烷、丙烷等單組分，或者采用以液化天然氣和液化石油氣為原料的多組分混合工質(zhì)MFR。由于LNG是多組分混合物，沸點范圍廣，采用混合工質(zhì)可使LNG的汽化曲線與工作媒體的冷凝曲線盡可能保持一致，從而提高LNG汽化器的熱效率。4.4利用LNG的氣體動力循環(huán)

氣體動力循環(huán)有多種形式，按其工作方式的不同，可分為輪機型的燃氣輪機循環(huán)、活塞型的往復式內(nèi)燃機循環(huán)和斯特林熱氣機循環(huán)，以及噴氣式發(fā)動機等。

四、液化天然氣發(fā)電A.燃氣輪機循環(huán)最簡單的燃氣輪機裝置主要由壓氣機、燃燒室、燃氣輪機組成，其循環(huán)近似簡化為如右圖所示的燃氣輪機定壓機熱循環(huán)。理想的布雷頓循環(huán)由定熵壓縮過程1-2i、定壓加熱過程2i-3、定熵膨脹過程3-4i和定壓放熱鼓吹4i-1組成。實際循環(huán)中，定熵過程實際上不可能達到。

燃氣輪機定壓加熱循環(huán)四、液化天然氣發(fā)電布雷頓循環(huán)的凈功量為燃氣輪機膨脹作功WT與壓氣機消耗壓縮功WC之差：如果燃氣視為理想氣體，則：布雷頓循環(huán)的效率為：四、液化天然氣發(fā)電根據(jù)上式，在π和T3確定的情況下，降低T1（增大），即降低燃氣輪機的吸氣溫度，將會顯著提高循環(huán)作功和循環(huán)效率。下圖所示為燃氣輪機循環(huán)凈功、效率隨增溫比和增壓比變化的趨勢。

循環(huán)凈功、效率變化曲線a）凈功變化；b）效率變化四、液化天然氣發(fā)電由于LNG的汽化溫度較低，空氣的冷卻是以LNG作為冷源，用一種易揮發(fā)的物質(zhì)作為中間載冷劑，將冷量由LNG傳遞給空氣，如右圖所示。冷卻溫度必須嚴格控制在0℃以上，以防止水蒸氣凍結(jié)在冷卻器表面。在冷卻裝置以后，應設置汽水分離裝置，以防止水滴進入壓縮機。燃氣輪機入口空氣冷卻裝置

四、液化天然氣發(fā)電B.閉式其它膨脹循環(huán)

燃氣輪機循環(huán)實際上是一個開式循環(huán)，燃料和空氣從外部補充，燃燒廢氣排除系統(tǒng)。除了這種系統(tǒng)外，還有一種右圖所示類似的閉式循環(huán)氣體膨脹系統(tǒng)。這一系統(tǒng)除了以一外部高溫熱源代替燃燒室外，與燃氣輪機系統(tǒng)沒有本質(zhì)區(qū)別。如果將這一系統(tǒng)的低溫熱源由冷卻水改為LNG，壓縮機進口溫度可大大降低，從而顯著地提高系統(tǒng)性能。閉式循環(huán)氣體膨脹系統(tǒng)四、液化天然氣發(fā)電C.斯特林熱氣機循環(huán)

燃氣輪機循環(huán)中，燃料在裝置內(nèi)燃燒，燃燒形成的高溫高壓產(chǎn)物膨脹作功。斯特林發(fā)動機則是一種外部加熱的活塞式閉式循環(huán)熱氣發(fā)動機。它由汽缸和位于汽缸兩端的兩個活塞及三個換熱器（加熱器、回熱器、冷卻器）組成。下圖為這種熱氣機的理想循環(huán)。斯特林循環(huán)a）P－v圖；b）T－s圖

四、液化天然氣發(fā)電斯特林循環(huán)由兩個定溫過程和兩個定容過程組成。在理想氣體極限回熱的情況下，循環(huán)只在定溫（TH）膨脹過程3-4從熱源吸熱，在定溫（TL）壓縮過程1-2對冷源放熱。循環(huán)的凈功為吸熱量與放熱量之差，即：循環(huán)的熱效率為：在斯特林熱機中，設備的某些表面式中處于循環(huán)最高溫度下，因此循環(huán)最高溫度受金屬耐熱性能的限制不能太高，這就限制了通過提高TH來改善循環(huán)性能。如果以LNG為低溫熱源，則由于TL的降低，循環(huán)凈功和循環(huán)效率都會有所提高。這就使斯特林熱氣機利用液化天然氣冷量稱為可能。

四、液化天然氣發(fā)電4.5利用LNG的燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)

蒸氣動力循環(huán)中液體加熱段的溫度低，影響吸熱平均溫度的提高。燃氣輪機裝置的排氣溫度較高，因而可以利用廢棄的余熱來加熱進入鍋爐的給水，組成燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)。燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)可采用不同的組合方案，圖4-30為采用正壓鍋爐的聯(lián)合循環(huán)。燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)

四、液化天然氣發(fā)電燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)的熱效率為：LNG燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是一種新型發(fā)電技術，天然氣燃燒驅(qū)動燃氣透平發(fā)電，燃氣透平排出的大量高溫廢氣進入余熱鍋爐回收熱量，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動蒸汽透平發(fā)電。該循環(huán)熱效率高達55％，而蒸汽輪機和燃氣輪機發(fā)電的熱效率則僅分別為38％～41％和35％。綜合利用LNG的冷量與燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)中的廢熱，可以有效提高燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)整個系統(tǒng)的熱效率。

第五章9FA機組氣體燃料及系統(tǒng)一、氣體燃料

1.1氣體燃料規(guī)范

為了使燃氣輪機能更有效地無故障運行，規(guī)范中規(guī)定了燃氣輪機氣體燃料的物理性能、組分和對污染雜質(zhì)的允許范圍，燃氣輪機用戶必須嚴格執(zhí)行。下表規(guī)定了適用于燃氣輪機的氣體燃料屬性和燃料組分的限值。除非另有說明，從點火到基本負荷都必須滿足對所有燃料性能的要求。

燃料屬性最大值最小值備注氣體燃料的壓力隨機組和燃燒室類型變化氣體燃料的溫度未定義隨氣體壓力變化低熱值(Btu／ft3)無規(guī)定100～300僅是指導性數(shù)值2023/4/2115一、氣體燃料當量韋伯指數(shù)(MWI)絕對限值5440變化范圍+5％-5％可燃性極限未定義2.2：1著火濃度上限和下限的比值組分限值(％)(體積百分比)甲烷10085乙烷150丙烷150丁烷+高階石蠟類(C4+)50氫微量0一氧化碳微量0氧微量0總的惰性氣體(N2+C02+Ar)150一、氣體燃料芳香族(苯、甲苯等)報告0硫報告0表中所規(guī)定的數(shù)值和限值都是指在燃料氣控制模塊進口處的數(shù)值，具體而言是指在用戶的接口(FG1處)。氣體燃料的壓力和最小供應溫度隨機組和燃燒室的類型而變化。熱值僅僅是作為指導性的數(shù)據(jù)而提供的，用戶必須向設備制造商提供專門的燃料分析結(jié)果。GE的規(guī)范規(guī)定韋伯指數(shù)變化率為±5％，說明使用它的燃料系統(tǒng)，MWI在±5％范圍內(nèi)變化是可以被接受的。規(guī)范中沒有對可燃性極限的最大值做出規(guī)定，對于可燃性極限遠大于天然氣的燃料氣系統(tǒng)，啟動時要求選用天然氣或另一種燃料。一、氣體燃料規(guī)范中未對氣體燃料中硫的含量加以限制。經(jīng)驗表明，燃料中硫含量在1％(體積百分比)內(nèi)對氧化或腐蝕率沒有明顯的影響。GE公司生產(chǎn)的各類產(chǎn)品，在透平進口處各類雜質(zhì)的限值如下表所示。微量金屬透平進口限Xe(ppb)(W/W)燃料當量限值XFe(ppb)(V/V)機組代號機組代號MS300MS5000B、E和F級燃氣輪機FB、H級燃氣輪機MS3000，MS5000B、E和F級燃氣輪機FB、H級燃氣輪機透平進氣流量/燃料流量50124鉛（Pb）20201.000.240.08對于FB、H級機組，Pb、Ca、V、Mg的極限值等同于其他機組鈣（Ca）40402.000.480.16釩（V）10100.50.120.04鎂（Mg）40402.000.480.16一、氣體燃料鈉加鉀Na/K=282031.000.240.08見GEI107230《FB和H級機組氣體燃料允許堿金屬濃度》Na/K=31030.500.120.04Na/K=<1630.300.0720.024顆?？傆?00400307.22.4對顆粒的限值向GE咨詢超過10μm640.30.0720.024一、氣體燃料供應的氣體燃料應該是100％沒有液態(tài)的。通常在天然氣中發(fā)現(xiàn)的鈉和鉀來自海水，是一種有腐蝕性的微量金屬污染物。Na/K=28通常是海鹽中的配比。設計燃料氣體輸送系統(tǒng)，要防止固體顆粒進入燃氣輪機的氣體燃料系統(tǒng)，其措施不僅僅限于過濾固體顆粒，并應將從過濾器出口到燃氣輪機入口的管道選用無腐蝕的不銹鋼管。在燃氣輪機投運之前或修理后要對氣體燃料管路系統(tǒng)做好清潔、沖洗和維護。一、氣體燃料1.2氣體燃料供給壓力和溫度氣體燃料供應壓力取決于燃氣輪機的型號、壓氣機的壓比、燃燒系統(tǒng)的設計、燃料的氣體分析和機組特定的現(xiàn)場條件。對于一臺正在運行的燃氣輪機，最大可達到的輸出功率是在最低環(huán)境溫度條件下，由供氣壓力決定的。燃料氣體供應壓力要允許在最低的現(xiàn)場環(huán)境溫度時，經(jīng)過所有閥門、管道和燃料噴嘴進入燃燒室的燃料流量為最大流量。此時燃料控制閥門位置在最大閥桿行程和最小壓力處，同時燃氣輪機處于最大流量和最低環(huán)境溫度條件下。

一、氣體燃料氣體燃料需要的最小和最大供應壓力

燃氣輪機機組系列供氣壓力（KPa）（psig）要求的最小值允許的最大值標準燃燒室DLN1燃燒室15℃（59℉）-17.8℃（0℉）15℃（59℉）-17.8℃（0℉）MS3002J793(115)896(130)1413(205)MS5001R1000(145)1103(160)1551(225)MS5002B1551(225)1551(225)1896(275)MS6001B1655(240)1862(270)1965(285)2069(300)2413(350)一、氣體燃料MS7001EA1793(260)2102(305)2000(290)2137(310)2413(350)MS7001FA2137(310)2379(345)2413(350)2551(370)3103(450)MS9001E,7只閥1896(275)2206(320)2241(325)2413(325)3103(450)MS9001E,9只閥1723(250)2102(305)2069(300)2241(325)3103(450)MS9001F2069(300)2275(330)2275(330)2379(345)3103(450)MS9001FA2172(315)2448(355)2413(350)2551(370)3103(450)一、氣體燃料為了確保燃料氣體供給到燃氣輪機時100％沒有液滴，要求氣體燃料供氣溫度有一定過熱度。所謂過熱度就是燃料氣的溫度和它自己的露點之間的溫差，它取決于碳氫化合物(烴)和濕氣的濃度。對于具有標準型燃燒系統(tǒng)的GE燃氣輪機機型，天然氣的供氣溫度高于供氣壓力下碳氫化合物的露點溫度至少15℃，最高不超過70℃。

GE帶有干式低NOX燃燒系統(tǒng)(DLN)對供氣溫度和加熱系統(tǒng)有特殊要求，從提高整個聯(lián)合循環(huán)效率出發(fā)，為了充分利用余熱，氣體燃料供氣溫度在運行時選用185℃。一、氣體燃料到目前為止，GE公司有五個不同DLN配置：DLN1、DLN2.0、DLN2.0+、DLN2．6和DLN2．5H。每一種燃燒室對應于一種或幾種機型，見下表。燃燒勢型號DLN1DLN2.0DLN2.0+DLN2.6DLN2.5H應用的機型PG5271RPG5371RPG6541BPG6561BPG6571BPG6581BPG7111EAPG7121EAPG9171EPG6101FAPG7221FAPG7231FAPG9311FAPG9331FAPG9351FAPG7251FBG9371FBPG7231FAPG7241FAPG9231ECPG7371HPG9441H2023/4/2125一、氣體燃料這些機型設計有不同的硬件配置和運行方式，因此要求的加熱系統(tǒng)和燃燒的供應溫度調(diào)節(jié)都有所不同。S109FA單軸聯(lián)合循環(huán)機組采用DLN2.0+型燃燒系統(tǒng)。

DLN2.0+(PG9351FA)燃料氣體加熱運行的要求一、氣體燃料根據(jù)上圖所示，機組運行時，既有冷加熱(燃料氣加熱溫度小于或等于120℉／49℃)又有熱加熱。在熱加熱區(qū)(燃料氣加熱溫度至365℉／185℃)，燃料氣體的溫度必須滿足設計的當量韋伯指數(shù)規(guī)定范圍。從點火和暖機直至加速至95％額定轉(zhuǎn)速，燃燒室處于擴散燃燒，一般只需冷加熱燃料氣就可以；從95％額定轉(zhuǎn)速，經(jīng)全速空載至約10％額定負荷，燃燒室處于從擴散燃燒向先導預混燃燒過渡，可以采用冷加熱也可以采用熱加熱的加熱方法；從10％～25％額定負荷區(qū)段，燃燒室處于先導預混燃燒，也可以采用冷加熱或熱加熱方式，但是必須滿足當量韋伯指數(shù)要求的溫度限值。從25％～50％額定負荷區(qū)段，仍然是先導預混燃燒，此時熱加熱溫度必須成功地控制當量韋伯指數(shù)在限值上。50％～100％額定負荷區(qū)間，是預混燃燒階段，此時要求調(diào)節(jié)熱加熱溫度，控制好當量韋伯指數(shù)，直至燃氣輪機進入基本負荷溫度控制。在燃料比例／截止閥前有一些熱電偶會自動激發(fā)完成這一轉(zhuǎn)變。一、氣體燃料1.3天然氣氣源及其主要運行參數(shù)

常規(guī)的FA級燃氣輪機發(fā)電機組氣源取自天然氣管線，經(jīng)調(diào)壓站調(diào)壓后送人燃料系統(tǒng)?！拔鳉鈻|輸”天然氣的組分(體積百分比)和特性分別如下面兩個表所示。成分CC2C3IC4NC4IC5NC5C6C7CO2N2H2S％（體積百分比）96.231.770.300.0620.0750.020.0160.0510.0380.4730.9670.002西氣東輸天然氣組分2023/4/2128一、氣體燃料屬性名稱數(shù)值（單位）屬性名稱數(shù)值（單位）低熱值33.812MJ/m3運動粘度13.7×10-6m2/s韋伯指數(shù)WI52.9MJ/m3動力粘度1.06×10-6kg·s/m2燃燒勢39.75密度0.75kg/m3可燃性極限4.98％~14.96％（體積百分比）比重0.58

0℃、1標準大氣壓天然氣性質(zhì)

在ISO條件下，額定工況時，一套S109FA機組發(fā)電功率是394.55MW，需天然氣流量為50.8×103kg／h，折合體積流量為67.73×103m3／h，氣耗率為0.172m3／kWh。一、氣體燃料

STAG109FA燃料氣體的主要運行參數(shù)：(1)調(diào)壓站的主要運行參數(shù)。調(diào)壓站進口天然氣壓力3.9MPa

調(diào)壓站進口天然氣溫度環(huán)境溫度調(diào)壓站出口天然氣壓力3.33MPa調(diào)壓站出口天然氣溫度滿足GE公司GEl41040G中對烴露點及水露點 的要求，出口天然氣溫度應大于露點溫度+5℃燃氣輪機基本負荷與暖機負荷天然氣流量變化范圍50：1調(diào)壓器的調(diào)壓精度≤±1％過濾精度及過濾效率在天然氣溫度小于15℃、濾芯阻力小于2500Pa情況下，對5μ以上的顆粒要求清除效率達到100％；當顆粒為3～5p時，除塵效率應不小于99.9％；當塵粒在2～3μ范圍時，過濾效率應不小于99％；當塵粒在1弘時，過濾效率應不小于99％。一、氣體燃料(2)氣體燃料前置系統(tǒng)的主要運行參數(shù)在啟動時，當燃料氣還未達到最低過熱度要求的溫度時，通過電加熱器保證燃料氣的過熱度，燃料氣最小加熱溫度為27．8℃，通常該溫度為48℃或更高一點。燃料氣進人性能加熱器模塊，用中壓省煤器出口的鍋爐給水加熱氣體燃料至185℃，具有最佳效果。對于使用干式低NOX燃燒系統(tǒng)的燃氣輪機，為了該系統(tǒng)的安全穩(wěn)定燃燒，要求在整個運行范圍內(nèi)保持或控制當量韋伯指數(shù)的變化在5％范圍內(nèi)，以保持各工況下運行穩(wěn)定和高效率。過濾精度為，能去除直徑在0.01~4μm的霧滴。一、氣體燃料(3)燃氣輪機燃料氣系統(tǒng)的主要運行參數(shù)系統(tǒng)進口天然氣供氣壓力正常為3240kPa，最大為3447kPa，最小為3150kPa。供氣壓力的最大偏離府限制在每秒1％的偏離或者5％的瞬態(tài)變化步長，并且在5s內(nèi)最多只有一個5％的瞬態(tài)變化步長。燃料氣的溫度變化率最大為20℉／s。一、氣體燃料供氣壓力隨轉(zhuǎn)速／負荷的變化如右圖所示在啟動時從點火到全速，速比閥后控制閥前的P2控制壓力呈線性變化，點火時P2為41.4kPa，當轉(zhuǎn)速在100％時P2為2937kPa，此時控制閥的開度保持不變(40％開度)，依靠速比閥慢慢地打開升壓。在此后的升負荷過程中，速比閥維持P2壓力不變(2937kPa)，由控制閥的開度增減負荷。供氣壓力隨轉(zhuǎn)速/負荷的變化二、天然氣調(diào)壓站

2.1調(diào)壓站的組成

主要由計量系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、調(diào)壓系統(tǒng)、智能壓力控制系統(tǒng)、電氣儀表系統(tǒng)及相應的照明、充氮、接地等輔助系統(tǒng)組成典型的天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)二、天然氣調(diào)壓站2.2計量系統(tǒng)該裝置配備有美國daniel公司提供的2350型氣相色譜(GC)控制器的DANALYZER氣相色譜分析儀分析天然氣組分。配備有美國Daniel公司提供的3400型超聲波流量計兩套，能精確測定管道內(nèi)流速為0～30m/s之間的流量。

天然氣計量系統(tǒng)二、天然氣調(diào)壓站2.3過濾系統(tǒng)

由一臺美國ANDERSON公司生產(chǎn)的旋風分離器、兩臺互為備用的凝聚式過濾器、一臺冷凝水箱、自動疏液系統(tǒng)及相應的管道閥門組成。(1)旋風分離器。旋風分離器根據(jù)力學原理設計，主要考慮離心力、沖擊力及重力，每一級分離設計均考慮了此原則。(2)過濾器。凝聚式過濾器是一個多級分離器以去除天然氣中的固體顆粒及液滴，保護下游的燃氣輪機。

二、天然氣調(diào)壓站2.4調(diào)壓系統(tǒng)

共有6路調(diào)壓回路，為3臺燃氣輪機供氣，每臺燃氣輪機的調(diào)壓回路均為一用一備。調(diào)壓系統(tǒng)功能是調(diào)節(jié)燃氣輪機天然氣的進口壓力，與智能壓力控制系統(tǒng)一起穩(wěn)定燃氣輪機進口處天然氣的壓力。調(diào)壓系統(tǒng)主要是通過對各個調(diào)壓器的壓力設定的差異達到自動切換的目的，若主回路工作調(diào)壓器壓力設定在3.33MPa，則監(jiān)控調(diào)壓器的壓力設定要略高于主調(diào)壓器為3.46MPa，而備用調(diào)壓回路的工作調(diào)壓器壓力設定點應略低于主調(diào)壓回路工作調(diào)壓器的壓力設定點，為3.25MPa。同樣，備用調(diào)壓回路的監(jiān)控調(diào)壓器的壓力設定點應略高于其工作調(diào)壓器的壓力設定點，為3.46MPa。二、天然氣調(diào)壓站調(diào)壓系統(tǒng)主要設備描述(1)調(diào)壓器。通常可采用軸流式調(diào)壓器，它具有以下特點：1)調(diào)壓器采用軸流式，流通能力大于同尺寸下的截流式調(diào)壓器。2)調(diào)壓精度高，為1％；3)差壓小，最小差壓僅為0.05MPa(g)。4)耐用性好，調(diào)壓器皮膜不受氣體直接沖刷。5)噪聲小，用多種降噪聲的解決方案。6)關閉壓力低；7)靈敏度高，調(diào)壓響應速度快。(2)切斷閥。通常采用軸流式的切斷閥，它具有以下特點：1)軸流式；2)可適應任何位置安裝。3)可超高壓切斷及超低壓切斷；4)配有手動切斷按鈕，可手動切斷。5)配有手柄，可手動人工復位；6)配有閥位開關，可遠傳閥位。7)切斷精度：小于±1％；8)反應時間：小于1s。二、天然氣調(diào)壓站2.5電氣儀表控制系統(tǒng)說明2.5.1．電氣儀表控制系統(tǒng)組成電氣儀表控制系統(tǒng)由現(xiàn)場儀表設備及安裝在控制室內(nèi)控制器兩部分組成?，F(xiàn)場儀表設備包括壓力變送器、溫度變送器、差壓變送器、液位開關、閥位開關、調(diào)壓器閥位變送器、電動執(zhí)行機構、電磁閥、可燃氣體探測器及智能壓力控制裝置?？刂剖覂?nèi)的控制器包括可編程控制器(PLC)、智能壓力控制器、流量計算機、氣相色譜分析儀控制器。當然，調(diào)壓站的控制器也可安裝在現(xiàn)場適當?shù)奈恢谩?/p>

二、天然氣調(diào)壓站2.5.2．電氣儀表控制系統(tǒng)功能天然氣調(diào)壓站的儀控系統(tǒng)的功能為監(jiān)測天然氣進口壓力、天然氣進口溫度、天然氣流量、燃氣輪機入口壓力、燃氣輪機人口溫度、過濾器差壓、天然氣泄漏、切斷閥及隔斷閥的閥位、調(diào)壓器的閥位，遠程控制電動執(zhí)行機構及氣動執(zhí)行機構，遠程控制調(diào)壓器的壓力設定以確保燃氣輪機人口壓力滿足技術規(guī)范書的要求。天然氣調(diào)壓站各撬體的遠傳儀表信號線連接至相應的現(xiàn)場防爆接線箱中，然后再由各防爆接線箱連接至控制室中的PLC柜，PLC柜完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集工作，并通過，RS485通信模塊與DCS通信，DCS可實現(xiàn)對天然氣調(diào)壓站的監(jiān)控。

二、天然氣調(diào)壓站2.5.3．PLC控制柜配置方案

序號部

件型

號部件描述數(shù)量1電

源1756-PA72CONTROLLOGIX120/240VAC12CPU1756-L55M23CONTROLLOGIX控制器(配有1.5M數(shù)據(jù)和邏輯內(nèi)存，208KBI/O+并帶有非易失內(nèi)存13AI輸人模塊1756-IF16模擬量輸入——電流/電壓16點24DI輸入模塊1756-IB16110～30VDC輸入16點55AO輸出模塊1756-OF6CI模擬量輸出——電流6點16D0輸出模塊1756-OW161繼電器輸出16點17通信模塊MVl56-MCMRMODBUS通信模塊18機

架1756-A1717槽COTROLLOGIX機架19軟

件9324-RLD300NXENERSLOIX5000W/RSNETWORKFORCONTROLNET&DEVICENET12023/4/2141二、天然氣調(diào)壓站2.5.4．LCC-21智能調(diào)壓系統(tǒng)(1)系統(tǒng)組成及運行原理。LCC-21系統(tǒng)通常由兩個主要部分組成：控制器及電一氣執(zhí)行機構。系統(tǒng)的主要功能是通過改變指揮器的壓力設定遠程控制調(diào)壓器的出口壓力，而無需運行人員現(xiàn)場改變調(diào)壓器的壓力設定。

LCC-21系統(tǒng)接收安裝于壓力控制點管道上的壓力變送器傳來的實際管線壓力信號，也接收來自DCS系統(tǒng)發(fā)出的管線所需要的壓力信號，同時與實際管線壓力信號作比較。(2)主要功能描述。調(diào)壓器的出口壓力設定通常由調(diào)節(jié)指揮器彈簧的壓縮率來達到，且通過彈簧作用到指揮器膜片上的壓力決定了調(diào)壓器的出口壓力。同樣，調(diào)壓器的出口壓力的改變可以通過其他方法進行，即只改變作用在指揮器膜片上的壓力。

二、天然氣調(diào)壓站電一氣執(zhí)行機構由一個天然氣壓力儲罐、兩臺調(diào)壓器、增壓電磁閥、泄壓電磁閥、泄放閥、手動壓力疏水閥、壓力變送器、壓力表及相應的隔斷閥組成。壓力儲罐作為調(diào)壓器指揮器的“壓力儲備”，通常由一根直徑為50.8mm的容器組成，最大允許壓力為2MPa(g)，通過信號管直接與指揮器相連，其中有一針形隔斷閥，因此儲罐內(nèi)的壓力與施加在指揮器膜片上的壓力相同，儲罐內(nèi)的壓力因此也可認為是指揮器的“指揮壓力”。為了避免儲罐超壓，儲罐上方也配備了一臺泄放閥，壓力設定為1.6MPa(g)，若發(fā)生故障，儲罐內(nèi)的壓力升高至1.6MPa(g)時，泄放閥將動作，把多余的壓力排放至大氣中。二、天然氣調(diào)壓站控制器為微處理器?？刂破餍?20~230VAC電源供應，它通過降低或升高電一氣執(zhí)行機構的氣體壓力改變指揮器的設定壓力，為了達到遠程控制的目的，控制器有5個外部接口，分別是：(1)由壓力控制點管道上壓力變送器傳來的4~20mA模擬量信號，反映管道實際壓力值。(2)由DCS系統(tǒng)發(fā)出的4~20mA的模擬量信號，反映所需要的壓力值。(3)由安裝在電一氣執(zhí)行機構儲罐上的壓力變送器傳來的4~20mA信號，反映至指揮器的“指揮壓力”值。(4)由控制器發(fā)出的開關信號用于增壓電磁閥的開、關。(5)由控制器發(fā)出的開關信號用于泄壓電磁閥的開、關。二、天然氣調(diào)壓站2.6照明系統(tǒng)天然氣調(diào)壓站為半露天布置，照明系統(tǒng)的燈具可安裝在調(diào)壓站的頂棚上，照明系統(tǒng)由配電箱、燈具、插座、開關、電線電纜、穿線管及附件組成。因為天然氣調(diào)壓站屬防爆Ⅱ區(qū)，所以照明系統(tǒng)中所有設備均為防爆設備，照明系統(tǒng)施工也需符合防爆的要求。天然氣減壓站的照明系統(tǒng)主要是為了站內(nèi)工作人員檢修及巡視的需要，根據(jù)GB50034--2004《建筑照明設計標準》，天然氣調(diào)壓站內(nèi)照度為150lx。二、天然氣調(diào)壓站2.7接地系統(tǒng)天然氣調(diào)壓站內(nèi)的接地系統(tǒng)主要由專用的接地線及專用接地端子組成，各撬體之間組成一個接地網(wǎng)絡，與用戶的總接地網(wǎng)連接。2.8氮氣系統(tǒng)氮氣系統(tǒng)由氮氣瓶組、高壓軟管及相應的閥門管件組成。氮氣系統(tǒng)主要用于設備安裝、調(diào)試、試運行期間保養(yǎng)、試壓。三、燃機電廠氣體燃料前置系統(tǒng)3.1系統(tǒng)介紹該系統(tǒng)由一套雙聯(lián)前置過濾器、一套串聯(lián)的性能加熱器、一套啟動用電加熱器、一套終端過濾器、流量計和變送器(96FM-1)以及各單元的系統(tǒng)控制等組成。天然氣前置模塊處理單元PID圖三、燃機電廠氣體燃料前置系統(tǒng)該系統(tǒng)是按下列設計原則進行的標準設計：(1)提供適合于燃氣輪機燃燒系統(tǒng)關于當量韋伯指數(shù)調(diào)整要求的加熱系統(tǒng)；(2)防止水熱交換器的管道泄漏或破裂而流入到燃氣輪機燃燒