城市天然气储输配系统.ppt

城市天然气储输配系统 过滤 脱水 调压器 流量计 加气站天然气储运设备的应用与选型 山东国能 天然气运输过程 管道 CNG钢瓶车 LNG槽车 天然气调压储配站 城镇中压管网系统 区域调压站 楼栋调压箱 单户计量和用户燃气器具 一 城镇燃气输配系统 输配系统组成 系统流程图 20MPa 换热器 7 5MPa 热水进 出水 一级换热及调压 打开阀门 出水 1 6MPa 二级换热 二级调压 1 6MPa 三级调压 0 3MPa 加臭 热水炉 三级调压 0 3MPa 储气罐 储气罐 储气罐 热水进 水泵 计量表 楼栋调压 居民用户 储气罐 冷能利用事业 冷能发电 海水 气化器 浸没燃烧式 气化器 开架式 加臭 城市燃气 气化气压缩机 液化天然气工艺 CLASS1500 25MpaCLASS600 10MpaCLASS300 5Mpa区域调压1 6 0 4Mpa楼栋调压0 4MPa 2 8kPa 不同压力级制的调压器 调压器是由阀体 伺服机构 指挥器三大部分组成 伺服机构的膜片与阀杆 阀芯相连接 形成调压器主控执行机构 阀芯的开度由膜片上所承受的指挥器出口压力 调压器出口压力 作用在阀芯上的弹簧力 运动部件的重量的平衡所决定的 调压器进口压力的大小对阀芯在阀体内的相对位置没有影响 即运动部件处于同一压力条件下 驱动压力取自于阀芯上游的阀体上的高压气体 经过预调器减压产生指挥器出口压力 提供给伺服机构的膜片向上作用力 工作原理 指挥器出口压力是由可调节设定的弹簧力和取自调压器下游的调压器出口压力共同作用所决定的 在某个平衡条件下 如果进口压力降低或流量增加 那么调压器的出口压力就要下降 这样在伺服机构的膜片向上的作用力大于向下的作用力 阀芯向上运动 增大调压器的开度 从而使调压器的出口压力恢复到设定值 在某个平衡条件下 如果出口压力增加 在指挥器膜片的向下作用力大于向上作用力 使指挥器通道关小 提供给伺服机构膜片的指挥器出口压力降低 这样阀芯向下运动 关小调压器的开度 从而使调压器的出口压力恢复到设定值 调压器安装示意图 管道上留有足够的空间能安装调压器 并有足够的操作维护空间 调压器上下游的管道处于同一平面 并能支撑其重量 否则须安装管道支撑 与调压器相连的法兰必须相互平行 安装前必须检查调压器 确保内部清洁以及没有损害 清扫调压器上游管路 保证其中没有任何杂质 确保调压器阀体流动指示方向与实际气流方向一致 安装说明 要达到理想的调压精度 必须保证调压器出口法兰面到反馈管接头的直线距离不小于4倍管径 不大于12倍管径 反馈管接头到下游截断阀的进口法兰的直线距离不小于2倍管径 试运前必须确保承压腔内没有压力 防止燃气与空气混合形成可爆燃的混合气 缓慢开启调压器上游阀并控制阀门开度 让少量燃气流入管路 试运说明 观察调压器下游压力表 压力缓慢上升 当达到或略微超出设定压力后 上游压力继续上升的同时下游压力保持稳定 如果下游压力达到设定值后继续升高 应立即关闭上游截断阀 终止调压器的运行 检查调压器压力设定错误或零流量时调压器发生内泄露 当调压器上下游压力稳定后 完全开启上游截止阀 缓慢地开启调压器下游截止阀 开始向下游管道充气 概念数据1 锅炉耗气每吨70 80Nm3 h 2 居民耗气灶具1 0Nm3 h 热水器1 2Nm3 h 3 采暖耗气每平方米0 014Nm3 h 4 天然气的热值9600大卡 5 居民灶前气压2000 200Pa 6 锅炉进口气压5 8kPa 调压柜或调压箱的选型 二 天然气净化工艺 在天然气储存 输送过程中 水的存在形式有两种 一种是游离水 即液态水 另一种是水汽 即气态水 天然气中水份的存在会导致形成固体水化物或节流减压时出现冰堵等现象 对于游离水的脱出方法可采用分离器或过滤器等 对于水汽的脱出方法有 1 溶剂吸收法脱水 甘醇脱水 氯化钙溶液脱水 2 固体吸附法脱水 活性铝土矿 活性氧化铝 硅胶 分子筛 复式固体 3 直接冷却法 4 化学反应法 可用于天然气工业的脱水方法有多种 不能简单地判定哪一种方法最佳 一般要根据工艺过程和用户要求 选出最佳的天然气脱水工艺 就CNG储运工艺而言 较佳的脱水方法为低压端游离水过滤 及低压端分子筛吸附工艺 分子筛吸附技术 分子筛是性能优良的吸附剂 是一种具有骨架结构的碱金属或碱土金属的硅铝酸盐晶体 其分子式为 M2 nO Al2O3 xSiO2 yH2O其中 M 某些碱金属或碱土金属离子 如Li Na K Mg Ca等 n M的价数 x SiO2的分子数 也是SiO2 Al2O3的克分子比值 y 水的分子数 典型分子筛吸附法双塔流程图 吸附剂脱水操作周期 吸附法净化天然气装置的操作周期可分为长周期和短周期两类 一般采用长周期操作 在达到转效点时进行吸附塔的切换 周期一般为8小时 也采用12小时或24小时 在一般的天然气吸附装置中 吸附塔的切换是根据实验确定的时间周期由程序控制器自动进行 如果没有安装程序控制器 只能手动切换 如果在干气端安装露点测定仪 可根据规定露点值控制吸附塔的切换操作 吸附塔转效点计算 吸附剂床的吸附过程如上图所示 在未吸附段中的湿容量为零 这样 hT 0 45 hz Xs Xs X hz 1 41 A q0 7805 Vg0 5506 0 2646 q 0 05 Q W D2 Vg 3 1 Q Zf Tf Pf D2 当hT为床层总长度时 即为吸附操作转效点 脱水过滤设备技术参数 三 天然气过滤器 天然气过滤操作机理是天然气储运过程中经常采用的天然气与液 固分离的基本组成单元 在压差的作用下 使天然气与液固的多相混合物流过多孔过滤介质 固体颗粒等机械杂质和液体被过滤介质截留 天然气则通过过滤介质的孔隙 从而实现天然气与液固的分离 能去除天然气中的液体水 尘及油份 过滤介质孔隙大小是保证净化后天然气的品质 过滤过程的操作机理可分为两类 即滤饼过滤和深层过滤 当多相混合物通过过滤介质时 固体颗粒或液体被截留在过滤介质表面并形成一层厚度为几毫米到几十毫米 的滤饼层 这种过滤过程称之为滤饼过滤 当多相混合物通过过滤介质时 固体颗粒或液体不是被截留在过滤介质的表面 而是被截留在过滤介质内部孔隙中 这种过滤称为深层过滤 过滤过程的物理实质是多相流体在多孔质内部毛细通道内作滞流流动的过程 过程的推动力是作用在过滤介质两侧的压差 以克服流动过程的阻力 滤饼过滤和深层过滤的阻力是不同的 滤饼过滤时的阻力包括工作状态下过滤介质阻力和滤饼层阻力两部分 过滤刚开始时 过滤介质的阻力是主要的 随着过程的进行 滤饼层厚度不断增加 滤饼层阻力就逐渐加大并成为 主要阻力 深层过滤的阻力则只表现为过滤介质的阻力 这个阻力也是随过滤不断进行 过滤介质内部毛细孔隙通道不断被固体颗粒或液体堵塞而加大 当床层压降达到一定值时 标志着床层孔隙被堵死 即需更换过滤介质 网片状过滤元件材料主要有不锈钢网 磷铜网 黄铜网 不锈钢纤维烧结毡等 外形有圆形 腰形 矩形 椭圆形等 采用铜镀镍 铝 不锈钢材料包边 过滤材料层数分单层 多层 波页状滤芯主要滤材采用不锈钢纤维烧结毡和不锈钢编织密纹网 不锈钢纤维烧结毡是一种采用不锈钢纤维经过高温烧结制成的多孔深度型过滤材料 具有高孔隙率 高纳污能力 大流量 耐高温等特点 不锈钢编织密纹网 是由不锈钢丝经过特种方法编织而成的特种高精度过滤材料 采用金属过滤材料制成的滤芯具有强度好 不易脱落 容易清洗 耐高温 长寿命 使用经济等特点 压力等级公称通径工作温度工作介质滤网材料滤网目数连接标准 过滤器选型参数 管道过滤器种类 四 流量的测量与变送 所谓流量 是指单位时间内流经管道或设备有效截面的气体体积或质量的数量 前者为体积流量 后者为质量流量 又可称为瞬时流量 测量瞬时流量的仪表称为流量计 而测量累计流量的仪表称为计量表 速度式流量计 转子流量计 涡轮流量计 涡街流量计 容积式流量计 椭圆齿轮流量计 腰轮流量计 刮板流量计 差压式流量计 孔板流量计 超声波流量计 流量测量仪表的分类 由于城市天然气利用的特点 即流量波动范围大 一般采用涡轮流量计 涡街流量计 涡轮流量计由导流器与涡轮 变送器和显示仪三部分组成 涡轮用高导磁不锈钢材料制成 涡轮芯上装有螺旋叶片 导流器有前后导向件组成 其作用一是支撑叶轮 二是整流稳流 将气体进入涡轮前先导直 以保证流动条件 从而保证测量精度 磁电感应转换器由线圈和磁钢组成 当天然气流过涡轮时 推动涡轮转动 涡轮的叶片周期性地扫过磁钢 使磁路的磁阻发生周期性地变化 这样在线圈中感应出交变电信号 其频率与涡轮的转速成正比 即与流量成正比 涡轮流量计的工作原理 涡街流量计的工作原理 涡街流量计由检测器 放大器和变换器组成 在三角柱迎面中央对称地嵌入两只热敏电阻 组成电桥的桥臂 并以恒流电源对其加热 使电阻温度在天然气静止时比测量时高10 左右 当三角柱两侧未发生旋涡时 两只热敏电阻的温度一致 电阻值相等 当有旋涡发生时 则在产生旋涡侧的热敏电阻处 因环流的作用而流速减小 致使热敏电阻的温度上升 电阻减小 使电桥失去平衡并有电压输出 桥路会输出与旋涡发生频率相对应的电脉冲 经放大 整形得到与流量相对应的脉冲数字输出 流量计主要性能参数 压力等级流量范围工作温度精度等级量程比短时过载 防爆等级公称通径安装方式连接标准外形尺寸远传要求适用气质 五 CNG加气站 CNG加气站由天然气净化装置 压缩机与动力系统 冷却与润滑系统 计量充气装置组成 压缩机站的原动机主要是电动机或燃气轮机 天然气净化装置的作用是将天然气中的铁锈等粉尘 水汽分离脱除 压缩机的冷却作用是将天然气压缩以后产生的热量带走 保证压缩机密封系统 仪表系统 润滑系统的正常运行 对于天然气压缩机的冷却较经济的方式为空气冷却 计量充气装置有温度补偿的天然气计量充装 CNG加气站设计考虑内容 压缩机主要性能参数 1 CLASS600 100kg cm2 2 1psig 0 07kg cm2 3 1 0MPa 10kg cm2 10Bar 4 气体在管道内的流速与其温度 压力 管径有关 此确定其流量时使用统一基准 即标准状态 20 1Bar我们使用的单位为Nm3 h而不是m3 h 小结 5 调压器订货要求 名称 进出口管径 连接方式 进出口压力范围 流量 Nm3 h 气体类别 6 一般城镇燃气系统的压力级制为 高压管道0 4MPa P 1 6MPa中压管道5 0kPa P 0 4MPa低压管道P 5 0kPa 小结 谢谢