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1、CNG供应站工艺流程及设备技术培训教材CNG供应站按流程和设备功能分为：1）卸车系统，即与气瓶转运车对接的卸车柱及其阀件、管道；2）调压换热系统，由高压紧急切断阀、一和二级换热器、调压器、一和二级放散阀组成；3）流量计量系统；4）加臭系统（加臭机）；5）控制系统（含与在线仪表、传感器相联系的中央控制台）；6）加热系统（燃气锅炉、热水泵等）；7）调峰储罐系统。按三级调压的CNG供应站工艺流程见图8-12.上述系统之2）、3）、4）及其在线仪表和储罐出口调压器都集成在CNG专用调压箱内，并预留了与站内输配系统的连接口。目前国内组装的CNG专用调压箱，根据调节CNG压力参数的差别，其工艺流程区分为二
2、级调压工艺流程和三级调压工艺流程，设备和仪表的配置大同小异，仅在压力调节参数上有所不同。CNG专用调压箱（三级调压）工艺流程见图8-13，其要点如下。首先用CNG供应站上卸车柱的高压胶管卡套快装接头与气瓶转运车装卸主控阀连接好，20MPa的CNG通过进口球阀和高压切断阀进入一级换热器。在一级换热器内以循环热水对气体进行加热后经一级调压器压力减到3.07.5MPa；再经二级换热器加热和二级调压器减至1.251.6MPa.此后分成两路：一路是天然气送至储气系统，在用气高峰时储气罐出口的天然气经调压输入站内中压输配管道；另一路是可直接通过三级调压器调压至0.10.4MPa，将天然气输入站内中压输配管
3、道。最后，在站内中压输配管道上对天然气进行计量和加臭后，便可输配到城镇中压管网。调峰储气罐有三种功能：一是高峰时补充三级调压器后专用调压箱供气能力不足的部分；二是低峰时专用调压箱可间歇停止供气，维持管网低负荷供气；三是卸车柱无气瓶转运车卸气时保持不间断供气。值得注意的是，储气罐出口管道应接在三级调压器之前。与专用调压箱配套的中央控制台可对以下参数进行远程显示及连锁控制；气体进口压力；一级和二级换热器前、后气体温度；专用调压箱气体出口压力和温度；一级和二级换热器回水温度；一级、二级和三级调压器出口压力；入口高压切断阀启闭；流量计参数；燃气浓度报警和加臭机剂量等。各种设计规模的专用调压箱的结构形式
4、一般采用一用一备流程，以热水作为热源供CNG在一、二级调压前两级所需的补偿热量，通常进水温度取6585，回水温度取60，CNG出口温度控制在1020范围内。3、气体绝热节流膨胀过程的热力学1）焦耳-汤姆逊效应在CNG供应系统中选用了许多阀门和调压器等节流设备，这些节流设备前、后有较大的压力降，并会引起CNG组分温度下降而出现气相组分结霜冰塞的现象。根据工程热力学关于焦耳-汤姆逊效应的原理，非理想气体经节流压力降低的情形下会出现温度变化，其大小和方向同当时气体的压力与温度有关。按焦耳-汤姆逊理想气体绝热节流原理，气流在试验区段内不做外功，节流过程只是一个稳定流动初、终态焓值相等的降压过程，情形见
5、图8-14和图8-15。假设气体在降压之前能借助与热交换器的热量预先升温，以抵消气体发生焦耳-汤姆逊效应引起的降温，那么，该热交换器所提供的热功率按下式计算Q=qnCp（PdT/dP+T） （8-1）式中 Q热功率，kJ/h； qn标准体积流量，m3/h; Cp气体容积定压热熔，kJ/( m3K)；T附加温差，可取为57K；P降压前、后的压力差，MPa；dT/dP焦耳-汤姆逊系数，K/MPa。 上式中，若dT/dP作为常数来计算，则根据气体的性质和工况就可确定其所需的热功率。CNG的dT/dP值可以根据天然气（CH4）的状态图来确定。在其初态参数P1、T1已知时，可确定初状态点的焓值h1。按焦
6、耳-汤姆逊系数（MJ）的定义：绝热节流其焓不变。这样，由终状态的焓h2= h1和节流后的压力（P2）参数就可确定中温T2值。焦耳-汤姆逊系数平均值可按下式求得MJ =dT/dPT/P=（T1T2）/（P1P2） （8-2） 在工程界，一般把微分的温度降都近似取为常数来确定天然气的焦耳-汤姆逊系数平均值。例如，在高压长输系统中，对于CH4含量大于85%的天然气，其M1平均值可按下式计算MJ = 1 （ 0.98106 1.5 ） （8-3） Cp TavCp = A1A2 Tav A3T3av （8-4） 式中 Tav计算平均温度，K； Cp天然气的质量定压热熔，kJ/（kgK）；A1常数1.6
7、95；A2常数1.838103A31.96106（Pav0.1）Pav计算平均压力，MPa. 为了估算方便可取MJ值为4/ MPa。 这样根据天然气流的参数可确定计算热功率Q（kJ/h），以便选用合适的热交换器系统，如例8-1的算例。 【例8-1】有一通过能力4000 m3/h的CNG供应站专用调压箱，试估算其换热器按两级换热所需的热功率。设定CNG参数：第一级调压参数为P1 =20 MPa，P2 =7.5 MPa；第二级调压参数为P1 =7.5 MPa，P2=1.6 MPa；焦耳-汤姆逊系数取MJ = dT/dP=4K/ MPa；平均容积定压热熔Cp = 1.65kJ/（kgK）；补偿热量按
8、每级降压附加温差取5K计算。 解：根据计算公式（8-1）计算。 （1）第一级换热器所需的热功率Q1 Q1=qn Cp（P dT + T）dP =40001.65（207.5）45 =40001.6555 =363000（kJ/h） （2）第二级换热器所需的热功率Q2Q2= qn Cp（P dT + T）dP =40001.65（7.51.6）45 =40001.6528.6 =188760（kJ/h）（3）理论总热功率QQ= Q1Q2=363000188760=551760（kJ/h）2）CNG压能的回收问题CNG的露点和干度在压缩前的预处理工艺已被严格控制，故在绝热节流膨胀过程的冷效应问题不
9、会对膨胀机带来许多麻烦，这是对回收CNG压能的预期或设想有利的。理论上，绝热膨胀透平发电机做功与气源的压能之间的关系可由以下公式描述，示于图8-16.（1）透平发电机出力计算 透平发电机出力计算公式如下L=GHi T G （8-5） 式中 L透平发电机端的出力，kW；G天然气质量流量，kg/s；Hi天然气高压端与低压端之间的绝热焓降，kJ/kg；T透平机效率，取0.82；G发电机效率，取0.95； （2）绝热焓降的计算 绝热焓降按下式计算Hi= CpT11（P1/P2）（K1）/K （8-6） 式中 Cp天然气质量定压热容，kJ/（kgK）T1天然气入口温度，KP1天然气入口压力（绝），MPa
10、；P2天然气出口压力（绝），MPa；K天然气的绝热系数。 （3）透平机出口天然气温度计算 透平机出口天然气温度由下式热焓计算Hi2= Hi13600L （8-7） 式中 Hi1， Hi2天然气入口（1）、出口（2）状态下的热焓，kJ/（kgK）； L透平机对外做功量，kW； 3600热工当量，1kWh相当于热量3600kJ值。 【例8-2】设CNG供应站供应能力为4000m3/h（基准状态）。天然气参数：20时基准状态下的密度为0.75kg/m3；由20MPa绝热膨胀至2MPa的平均定压热容（Cp）为2.2 kJ/（kgK）；天然气的绝热指数K=1.3。从理论上，估算透平发电机输出功率。 解：由公式（8-6）得 Hi= CpT11（P1/P2）（K1）/K =2.22931（2/20）（1.31）/1.3 =265（ kJ/kg）由公式（8-5）的 L= GHi T G =（40000.75/3600）2650.820.95 172（kW）
