张士CNG减压混气站气质问题研究

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1、张士CNG减压混气站气质问题研究摘要：根据张士CNG减压混气站的生产状况及出现的问题，分析CNG中C2以上组分的存在对设备和生产的影响。从理论和生产实际两个方面研究天然气减压后的物态，组成和温度的变化，对CNG的气质提出要求。并找到可能的解决措施，对今后的生产有重要的指导意义。一．张士CNG减压混气站简介该站坐落于沈阳市的张士经济技术开发区，2004年刚刚建成运行，气源比较复杂，来自于长岭，阜新和盘锦。其中盘锦油田的C2以上组分含量较多，油田气组分分析报告列入表1：表1油田气组分分析报告组分含量％组分含量％N22.80C50.87C179.45C60.26C

2、28.72C70.11C35.09C80.02C42.67可见油田气中约有甲烷80％和其他烷烃组分20％，本文中称这些C2至C8组分为重质组分。本文讨论CNG重质组分对CNG减压混气站生产的影响，并提出一些可能的解决措施。首先简述一下工艺过程：油田的压缩天然气由罐车运至本站，罐车的压力约为10～20MPa，经过一级换热减压至4MPa，再经过二级换热减压至1.6MPa。然后三级减压到约0.2MPa，混气后送到市街管网。混气后的一小部分天然气送回至燃气锅炉，用于提供一级和二级的换热器加热水。二．CNG重质组分对生产的影响1．在4MPa以上时，重质组分为液相。卸车

3、之初液相在管道内造成管道局部阻力增加，罐车与卸气柱之间的压损在1MPa以上。2．重质组分在三级减压后大量气化，介质温度急剧下降，超过钢材（20#钢）使用温度下限，造成安全隐患。3．由于重质组分的高热值混合气的热值比正常混气高出约2000kcal/m3（7600-9600kcal/m3），影响锅炉燃烧器的正常工作，有可能造成锅炉熄火，系统停车。三．相平衡理论计算从理论上分析CNG重质组分在减压后对管道内天然气温度的影响，讨论能够接受的重质组分含量。取二级和三级调压前后的压力4MPa，1.6MPa和0.2MPa状态计算平衡组成。CNG重质组分包括C2到C8的烃类

4、，减压时这些组分不同程度的气化，根据相平衡条件计算出温度-20℃时气液相的组成列入表2中：表2气液相平衡组成计算数据重质组分压力4.0MPa压力1.6MPa压力0.2MPa液相气相液相气相液相气相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%C

5、70.50%1.34%0.00%25.09%0.05%C80.10%0.27%0.00%8.11%0.00%三．相关参数的确定实际生产的三级减压，即压力1.6MPa减压到0.2MPa的温度变化情况列入表3：表3三级减压温度变化生产记录时间三级减压前温度℃三级减压后温度℃减压前后温度差℃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重质组分气化放出的显热与潜热相比可以忽略。重质组分气化所吸收的全部热量Q1等于甲烷降温放出的热量Q2和管道

6、外空气传递的热量Q3之和。在天然气流量为L=1000Nm3/h，甲烷放热前后的温差℃。考虑到节流效应有约5℃的温降，由甲烷本身放热造成的温差℃。所以重质组分气化吸收的热量为：其中——i组分的体积百分含量；——i组分的气化潜热kJ/kg；——i组分的密度kg/m3；——天然气的流量Nm3/h；——表示组分含碳的个数。其中——表示甲烷的比热。——表示甲烷的减压前后的温度差。取当时空气温度℃。空气传热给天然气的温差℃。又由传热方程对于该减压系统，空气与天然气的传热面积不变，即A不变。另外管内天然气强制对流换热，而管外空气自然对流换热，因此管道外空气与管壁的传热热阻

7、远大于管道内管壁与天然气的传热热阻，可以认为总传热系数K与管道内天然气流量无关。将此实验值带入其他状态计算天然气减压后温降是符合实际情况的。四．不同重质组分含量时天然气温降的计算计算出气液相组成后可知天然气压力由4MPa减压到1.6MPa和1.6MPa减压到0.2MPa时重质组分的气化量，根据气化潜热计算所需吸收的热量Q1。这部分热量除了从空气中吸收的部分Q3外，其余从天然气中吸收的部分Q2使天然气温度下降，因为天然气中绝大部分组分是甲烷，根据甲烷的热容估算甲烷的温降，并近似认为是天然气的温降。重质组分的含量也影响天然气的温度降低的程度，重质组分的含量越大则

8、天然气温降越大。另外压力降低产生的节流效应也可以使天