CNG工艺计算书

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1、东平* 能源有限公司CNG 加气子站工程工艺计算书审定复核设计设计公司二 O 一四年二月一、工程简介 本项目为 * 有限公司 CNG 加气子站工程，位于* 省道南侧预留建筑用地， 总4464m 2（约 6.7 亩） ，设计供气能力为 1.0 万Nm 3/d 。 加气站总建筑占地面积为 602.56m2， 总建筑面积为 602.56m2， 其中站房为 154.8m 2， 辅助用房为 86.4 m 2， 加气罩棚为 240.0m2。 站内主要配置额定排量为1000Nm 3/h 的 压缩机 2台（一开一备）、4000Nm 3/h 的卸气柱 1台、储气井三口（ 2m 3*3个） 、1m 3的 污水罐

2、1台，240Nm 3/min 的加气机 2台。设计定员 12人。 二、设备选型 1压缩机 加气站设计规模 1.0 万Nm3/ 日。按正常情况考虑，本站有效加气时间为1012 小时/ 天，则要求压缩机小时总排量为8401000 Nm3/时。 本项目设置2 台 CNG 压缩机（一开一备）。其设计参数如见下表： 压缩机设备参数表 2- 序号项目技术参数备注1 数量2 台一开一备2 机组名称CNG 橇装压缩机3 压缩级数二级4 控制方式自动5 工作介质天然气6 吸气压力3.0MPa 20MPa （表压）7 排气压力25MPa 8 额定功率75kw 9 平均排气 量1000Nm3/h 10 传动方式弹性

3、连轴器直接驱动11 进气温度3012 排气温度不高于环境 15 13 润滑方式无油润滑结构，强制少油 润滑14 冷却方式风冷15 安装方式整体橇装2加气机 根据本站设计规模及加气区布置，设置2台加气机即可满足本站工艺设计要求。 本项目选用加气机两台，其主要技术参数见下表。 加气机参数表表 2-2 序 号项目技术参数备注1 台数22 额定工作压力20MPa3 最大工作压力25MPa4 设计压力27.5MPa 5 耐压强度37.5MPa 6 最大流量40Nm3/min 7 计量精度0. 5% 8 环境温度-45+509 单次计量范围09999.99 m3或元10 累计计量范围09999.99 m3

4、或元11 单价预制范围0.0199.99 元/m312 密度预制范围0.00010.9999 13 读数最小分度 值0.01 m3；0.01 元14 电源220V 15%50HZ1Hz15 功率200W16 管线14X2 17 计量方式自动计量带夜光显示18 防爆等级ExdemibAT419 质量流量计进口产品并带有温度传感器进 行补偿 3卸气柱 根据本站设计规模及站区布置，设置1台卸气柱即可满足本站工艺设计要求。 本项目选用卸气柱一台，其主要技术参数见下表。 卸气柱参数表表 2-3 序 号项目技术参数备注1 台数12 额定工作压力20MPa3 最大工作压力25MPa4 设计压力27.5MPa

5、 5 耐压强度37.5MPa 6 最大流量40Nm3/min 7 计量精度0.5%8 环境温度-45+509 单次计量范围09999.99 m3或元10 累计计量范围09999.99 m3或元11 单价预制范围0.0199.99 元/m312 密度预制范围0.00010.9999 13 读数最小分度 值0.01 m3；0.01 元14 电源220V 15%50HZ1Hz15 功率200W16 管线14X2 17 计量方式自动计量带夜光显示18 防爆等级ExdemibAT419 质量流量计进口产品并带有温度传感器进 行补偿4. 污水罐 本工程设置污水罐一台，水容积V=1m 3，最高运行压力 0.

6、4MPa 。 由于CNG 罐车运来的压缩天然气比较干净， 压缩机长时间使用时会产生少量污水 及废油，因此 1m 3污水罐能够满足正常生产运行要求。其主要技术参数如下： 污水罐主要技术参数表表 2-4 序号项 目技术参数1 介质天然气2 设计 压力0.1MPa 3 工作压力常压4 容积1m 35）储气井 本项目储气系统用于储存高压压缩天然气，以便节省给汽车充气的时间，储气 方式为储气井， 设置水容积为 2m3 的高压储气井 1组、2m3 的中压储气井 2组，合计6m3 ， 可储存压缩天然气 1500Nm3 。储气井主要技术参数见下表： 储气井主要技术参数表表2-5 储气井项目数据 公称工作压力

7、MPa 25 环境温度-4060 充装介质CNG 公称容积 m32.0 水压试验压力 MPa 41.7 气密试验压力 MPa 25 三、工艺计算 1. 基本参数1）设计压力：CNG 工艺系统设计压力： 27.50 MPa 。放空管道为 2.5MPa ，排污管道 0.1MPa （常压） 。2）设计温度：最高设计温度： 50.00 最低设计温度： -10.003）充装温度：35.004）工艺管道设计流速工艺管道设计流速： 5.00 米/ 秒。5）压缩有效运转时间本加气站 4 小时用完一车气（每小时供气量约1000m 3） ；CNG 罐车的平均往返运输距离： 40 公里（单程 20 公里） ；往返运

8、输时间为： 1 小时（运载车速 40 公里/ 小时） ；加气站停靠时间、加气站就位时间按20 分钟计；CNG 罐车在加气母站的平均充气时间为：3 小时（加气母站平均充气能力1000m3/ 小时） 。2、管径计算 根据规范及经济流速的比较，CNG 管道的气体流速小于或等于5 m/s 。管径采用公式：36004100010 PZPQdd计算管道内径（ mm ） Q 管道标况流量（ Nm3/h ） P0标况压力（ 0.1MPa ） P1工况压力（绝压： MPa ） 气体流速（ m/s） Z压缩因子（压力小于 1.2 MPa时，Z取1） 1)CNG 管道管径： P1=20 MPa ，流量为 1000N

9、m3/h ：36004100010 PZPQd 17.3mm 本工程卸气柱至压缩机 CNG 管道选用管径 D32 的不锈钢管道，本工程卸气柱至压 缩机CNG 管道选用管径 D32 的管道，压缩机至加气机管道选用管径D25 的管道，储气井 进口管道选用管径 D22 的管道。 2) 压缩机放散管道（排污管道）管径：P1=2.5 MPa，流量为 100Nm3/h ： 根据天然气的成分计算出天然气的临界压力为Pc=4.584MPa ，临界温度 Tc=193.25K。在压力为 20MPa, 温度为 20时： Pr=P/Pc=(2.5+0.1013)/4.584=0.58，Tr=T/Tc=(273.15+

10、20)/193.25=1.52 查得压缩系数为： Z=0.94 36004100010 PZPQd 15.6mm 设计选用 D57 的管道。 3、管道壁厚计算： 站内压缩机后设计压力为 27.5MPa （管材选用 O6Cr19Ni10 无缝钢管）和 2.5MPa （管材选用 20#无缝钢管），下面分别按照钢制压力容器 （GB150 ）及工业金属 管道设计规范（GB50316 ）进行计算。方法一：计算公式为工业金属管道设计规范（GB50316 ）第6.2.1 条规定：当ts D0/6时，PYEPDtjts20管道的设计厚度（ 2）=计算厚度（ 或ts ）+腐蚀裕量（不锈钢： 0） 管道的名义厚度

11、（ 3）=设计厚度（ 2）/ （1-壁厚负偏差 12.5 ） ts 直管计算厚度（ mm ） Ej焊接接头系数 P设计压力（ MPa ） t 在设计温度下材料的许用应力（MPa ，不锈钢为 137 MPa ）D0 管道外径（ mm ） Y系数（不锈钢： 0.4 ）方法二：计算公式为钢制压力容器 （GB150 ）第5.2 条规定：当p0.4 t 时：PpDti 2管道的设计厚度（ 2）=计算厚度（ 或ts ）+腐蚀裕量（不锈钢： 0） 管道的名义厚度（ 3）=设计厚度（ 2）/（1-壁厚负偏差 12.5）-腐蚀裕量 （不锈钢： 0） 管道的有效厚度（ 4）管道应力计算： 144 2)(icDp

12、t 强度试验校核： 244 2)(iTDp0.9 sP设计压力（ MPa ） t 在设计温度下材料的许用应力（MPa ，不锈钢为 137 MPa ） Di管道内径（ mm ） 焊接接头系数（管道为1） Pc应力试验压力（ 1.0P：MPa ） PT 强度试验压力（ 1.5Pc：MPa ） S材料在试验温度下的屈服点（MPa ，不锈钢为 205MPa ）A、D32 的不锈钢管道 (O6Cr18Ni10)，设计压力为 27.5 MPa ，设计选取壁厚为 6mm ， 下面进行校核计算： 方法1： 计算壁厚： D/6=32/6=6.3 ts )(20 pYpD t )4 .05 .271137(238

13、5.27=3.54 mm 设计厚度（腐蚀裕量取 0mm ） ：23.54 03.54 mm 名义厚度（壁厚负偏差为12.5%） ：33.54 / （1-0.125 ）4.05 mm。 方法2： t 137 MPa Pc0.4 t 计算压力 Pc27.5 MPa0.4 t 0.4 137154.8 MPa 计算厚度： ppDti 25.2711372265.27=2.91 mm 设计厚度（腐蚀裕量取 0mm ） ：22.91 02.91 mm 名义厚度（壁厚负偏差为12.5%） ：32.91/ （1-0.125 ）3.33 mm。 设计最终选取 D32 管道的壁厚为 6mm ， 有效厚度为 :

14、46（1-0.125 ）-05.25mm 管道应力计算： 144 2)(icDp25.52)25.526(5.27=82.16 MPa137 MPa 强度试验校核： 244 2)(itDp25.52)25.526(5.275.1123.2 MPa0.9 s0.9 205=184.5Mp 经过管道应力计算和强度试验校校核，D32 选取6mm 的壁厚满足设计要求。B、D57 的无缝碳钢管道 (20#) ，设计压力为 2.5MPa ，设计选取壁厚为 3.5mm ，下 面进行校核计算： 方法1： 计算壁厚： D/6=57/6=9.5 ts )(20 pYpD t =0.73 mm 设计厚度（腐蚀裕量取

15、 0mm ） ：20.73 00.73 mm 名义厚度（壁厚负偏差为12.5%） ：30.73 / （1-0.125 ）0.83 mm。 方法2： t 137 MPa Pc0.4 t 计算压力 Pc2.5MPa 0.4 t 0.4 137154.8 MPa 计算厚度： ppDti 2=0.63 mm 设计厚度（腐蚀裕量取 0mm ） ：20.63 00.63mm 名义厚度（壁厚负偏差为12.5%） ：30.63/ （1-0.125 ）0.72mm 。 设计最终选取 D57 管道的壁厚为 3.5mm ， 有效厚度为 : 43.5 （1-0.125 ）-03.06mm 管道应力计算： 144 2)(icDp06.32)06.338(5. 4=30.16 MPa137 MPa 强度试验校核： 244 2)(itDp06.32)06.338(5.45.145.2 MPa0.9 s0.9 205=184.5Mp 经过管道应力计算和强度试验校校核，D57 选取3.5mm 的壁厚满足设计要求。C、 D25 的不锈钢管道 (O6Cr18Ni10) ， 设计压力为 27.5MPa ， 设计选取壁厚为 3.5mm ， 下面进行校核计算： 方法1： 计算壁厚： D/6=25/6=4.2