設(shè)備管理_張士cng減壓混氣站氣質(zhì)問題研究

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(shí)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(yùn)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N22.80C50.87C179.45C60.26C28.72C70.11C35.09C80.02C42.67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(yùn)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。二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（7600-9600 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%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=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)時空氣溫度?？諝鈧鳠峤o天然氣的溫差。又由傳熱方程對于該減壓系統(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(shí)驗(yàn)值帶入其他狀態(tài)計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?yàn)楣艿劳饪諝鈧鬟f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50019.4827.46.24.710.975038.5846.522.54.727.2100047.3855.326.04.730.712005