設備管理_張士cng減壓混氣站氣質問題研究

張士CNG減壓混氣站氣質問題研究摘要：根據張士CNG減壓混氣站的生產狀況及出現(xiàn)的問題，分析CNG中C2以上組分的存在對設備和生產的影響。從理論和生產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的氣質提出要求。并找到可能的解決措施，對今后的生產有重要的指導意義。一張士CNG減壓混氣站簡介該站坐落于沈陽市的張士經濟技術開發(fā)區(qū)，2004年剛剛建成運行，氣源比較復雜，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組分為重質組分。本文討論CNG重質組分對CNG減壓混氣站生產的影響，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，經過一級換熱減壓至4MPa，再經過二級換熱減壓至1.6MPa。然后三級減壓到約0.2MPa，混氣后送到市街管網?；鞖夂蟮囊恍〔糠痔烊粴馑突刂寥細忮仩t，用于提供一級和二級的換熱器加熱水。二CNG重質組分對生產的影響1 在4MPa以上時，重質組分為液相。卸車之初液相在管道內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 重質組分在三級減壓后大量氣化，介質溫度急劇下降，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重質組分在減壓后對管道內天然氣溫度的影響，討論能夠接受的重質組分含量。取二級和三級調壓前后的壓力4MPa，1.6MPa和0.2MPa狀態(tài)計算平衡組成。CNG重質組分包括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)據重質組分壓力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%三相關參數(shù)的確定實際生產的三級減壓，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重質組分氣化放出的顯熱與潛熱相比可以忽略。重質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)流效應有約5的溫降，由甲烷本身放熱造成的溫差。所以重質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。取當時空氣溫度。空氣傳熱給天然氣的溫差。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。另外管內天然氣強制對流換熱，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大于管道內管壁與天然氣的傳熱熱阻，可以認為總傳熱系數(shù)K與管道內天然氣流量無關。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時重質組分的氣化量，根據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，因為天然氣中絕大部分組分是甲烷，根據甲烷的熱容估算甲烷的溫降，并近似認為是天然氣的溫降。重質組分的含量也影響天然氣的溫度降低的程度，重質組分的含量越大則天然氣溫降越大。另外壓力降低產生的節(jié)流效應也可以使天然氣溫度降低，根據實際情況觀察壓力在4MPa到0.2MPa范圍內，壓力每降低0.3MPa，溫度就下降1。計算重質組分含量分別為5，10，20和30時天然氣溫度降低的結果并列入表4：表4 減壓過程天然氣溫降的計算結果重質組分含量4MPa減壓到1.6MPa1.6MPa減壓到0.2MPa重質組分氣化節(jié)流效應總溫差重質組分氣化節(jié)流效應總溫差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重質組分含量30時，1.6MPa減壓到0.2MPa后C3-C5組分大量氣化，導致溫度急劇下降。從計算結果可以發(fā)現(xiàn)CNG中重質組分含量在5以內時，重質組分氣化與節(jié)流效應產生的溫降相近，不會對生產有太大影響。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，而流量減小單位時間內重質組分氣化量減小，需要吸收的熱量減小，所以天然氣溫降也相應減小。同時認為節(jié)流效應產生的天然氣溫降與流量無關。計算重質組分含量為20，天然氣流量分別為500Nm3/h， 750Nm3/h和1000Nm3/h時溫度降低的結果并列入表5：表5 減壓過程天然氣溫降的計算結果天然氣流量Nm3/h4MPa減壓到1.6MPa1.6MPa減壓到0.2MPa重質組分氣化節(jié)流效應總溫差重質組分氣化節(jié)流效應總溫差50019.4827.46.24.710.975038.5846.522.54.727.2100047.3855.326.04.730.712005