10油氣儲運2009年天然氣的摻混技術(shù)及其泫用馮曉東(中國石油天然氣管道工程有限公司)(中國石油天然氣管道局)譚賢君劉春楊(中國石油管道研究中心)(中國石油天然氣股份有限公司)曹雄馮曉東等:天然氣的播混技術(shù)及其應用,油氣儲運,2009,28(2)10~13,70。摘要分析了城市天然氣利用中多氣源并存而產(chǎn)生的混用性能匹配、適應特殊用戶的要求等五個方面的問題,根據(jù)分析結(jié)果,提出了利用隨天然氣動流量摻混方法、文丘里摻混方法等摻混技術(shù)解決管輸天然氣(PNG)、壓縮天然氣(CNG)和液化天然氣(LNG)等氣體摻混問題的方案。主題詞天然氣液化天然氣壓縮天然氣液化石油氣摻混技術(shù)應用天然氣是多種化工產(chǎn)品的原料氣,也是優(yōu)質(zhì)的燃料氣,使用和儲運方便經(jīng)濟,并且清潔環(huán)保。隨著二、天然氣的種類(我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)和居民生活對天然氣的依賴程度越來越高,各地區(qū)、各城市燃氣大根據(jù)開采方式天然氣通常分為以下四類。規(guī)模的應用剛剛起步,能源的利用也正從單一能源(1)氣田氣。從氣井直接開采出來的天然氣。向多種能源轉(zhuǎn)變因此出現(xiàn)了不同類型的天然氣不由于地域不同,各氣井天然氣的組分會有差別。能統(tǒng)一匹配、總體燃氣供應量不足、特殊用戶的要求2)石油伴生氣。伴隨石油開采一起生產(chǎn)出來很難滿足和供應不能連續(xù)等問題。分析這些問題的的天然氣。成因,提出相應的解決方案,是保證燃氣業(yè)健康有序(3)凝析氣田氣。從氣井開采出來含有輕質(zhì)餾發(fā)展的重要前提分的天然氣。4)煤層礦井氣。從井下煤層抽出的氣體,氣質(zhì)一天然氣的特性①隨開采方式和地域有很大變化。天然氣的組分主要為甲烷,同時含有少量其他天然氣輸送方式烷烴和烯烴,二氧化碳,硫化氫氣體以及微量惰性氣體。甲烷的物理參數(shù)如下。依據(jù)輸送方式可分為以下三類。(1)分子式為CH4;(1)管輸天然氣(PNG)。管輸天然氣(PNG)通(2)無色,無味,無腐蝕性;常指在常溫下使天然氣以加壓方式通過管道由氣源(3)燃燒式為:輸送至用戶的天然氣。管輸天然氣由于氣源不同CH4+2O2=CO2+2H2O+35.91MJ/m3;組分也不盡相同,表1為國內(nèi)主要管輸天然氣(4)熱值為35.91MJ/m3;(PNG)的參數(shù)(5)氣態(tài)時密度為0.688kg/m3,液態(tài)時密度為(2)壓縮天然氣(CNG)。壓縮天然氣通常指在21t/m3;常溫下將氣態(tài)天然氣壓縮至20MPa以上充入特制(6)常壓沸點為-162℃;高壓容器中,由汽車運至用氣點后再換熱減壓的天(7)爆炸極限范圍為5%~15%V/V;然氣中國煤化工CNG通常只有兩(8)臨界溫度為-77℃;種來CNMHG道下載加壓(9)液態(tài)與氣態(tài)體積比為1:600T人孫飛兒變及無理化性能改065000,河北省廊坊市和平路146號A座1305室;電話:(0316)2074379第28卷第2曾雄等:天然氣的摻混技術(shù)及其應用變,其特性參數(shù)與加壓前的天然氣基本相同。由船泊、汽車運至用氣點后再加熱氣化的天然氣形3)液化天然氣(LNG)。液化天然氣(LNG)是態(tài)及應用方式。我國目前市場上的LNG只有濮陽指將天然氣冷卻至-60℃使其成為液態(tài),在0.5中原與新騷廣匯兩個地方生產(chǎn)。此外,進口LNGMPa左右壓力下充裝入特制低溫真空絕熱容器中,也將于陸續(xù)到達中國。LNG特性參數(shù)見表2。1國內(nèi)主要管輸天然氣(PNG)的參數(shù)氣源CnC4Cs以上NcOzH,SMJ/m陜京線天然氣94.70.550.080.010.01不詳1.922.710.000235.2726西氣東輸天然氣96.231.770.300.060.080.130.970.470.002036.3528四川天然氣97.291.040.220.010.01不詳0.500.870.020035.836東海天然氣87.234.612.210.890.611.951.870.62不詳41.2655冀東油田井口氣84.05981.530.120.21不詳不詳2.0738.4441注所列數(shù)據(jù)均為某一標樣的測試數(shù)據(jù),僅供參考。表2LNG特性參數(shù)氣源nC4Cs以上N2H,SMI/m濮陽中原95.621.630.3190.1070.1610.1230.990.983不詳36.2085新疆廣匯82.3011.24.6不詳不詳深圳澳氣不詳不詳不詳不詳不詳不詳注所列數(shù)據(jù)均為某一標樣的測試數(shù)據(jù)僅供參考白數(shù)和燃燒勢差別不大。這樣,用戶使用燃燒設備四、天然氣利用中存在的問題的效果就不會因為氣體種類存在差別而受到影響,與相應的解決方案也方便了燃氣公司的統(tǒng)一計費要求,減少了運營成本,同時還滿足了單一氣源供應量不足的問題。隨天然氣動流量摻混的流程示意圖見圖1。、不同類型天然氣混用性能匹配統(tǒng)一的問題從以上參數(shù)可以看到,由于來源不同,各個地方氣體,經(jīng)過調(diào)壓后進入流量計,流量計將經(jīng)過溫度壓與公司處理程度不同,天然氣PNG,CNG,LNG)之力補償?shù)臉藴鼠w積流量信號遠傳致中央控制臺,空間的熱值存在較大的差異,例如PNG,陜京線天然氣或者低熱值燃氣通常作為被動氣體。同理,經(jīng)過氣與東海天然氣之間熱值相差約6M/m3之多;而穩(wěn)壓后由流量計輸出標準流量信號給中控臺。依據(jù)LNG(廣匯)與PNG(陜京)之間也相差7MJ/m3以上參數(shù),中央控制臺可確定摻混的比例,控制系統(tǒng)隨著工業(yè)用氣和居民用氣需求的不斷增長,許將調(diào)節(jié)氣動調(diào)節(jié)閥的開度使空氣(低熱值燃氣)以設多地區(qū)與燃氣供應商不得不供應2種或2種以上的定的比例進入靜態(tài)混合系統(tǒng)靜態(tài)混氣機中的金屬氣源,這就產(chǎn)生了以下兩方面的問題板波紋填料及渦流發(fā)生器將使兩種氣體均勻混合。(1)如果幾種天然氣同時使用,雖然可以滿足用熱值儀對混合后的燃氣進行連續(xù)在線檢測,并且將氣量的要求也可以利用其中的一種天然氣作為機信號反饋至中央控制系統(tǒng),系統(tǒng)將根據(jù)熱值的偏差動氣源卡補充其他天然氣的缺口,但由于天然氣性隨時微調(diào)氣動調(diào)節(jié)閥的開度,最終將混合氣熱值穩(wěn)能的差別,就會影響燃燒的效果定在設定的范圍內(nèi),同時熱值儀與氧氣分析儀等監(jiān)(2)由于天然氣間的性能差別燃氣公司供應的控儀表對混合氣的安全范圍進行監(jiān)控,當參數(shù)超標各種天然氣的成本也不相同,如果同時進入一條管時,系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)并且發(fā)出聲光報警,而當參數(shù)突道供應,就會影響燃氣公司的收費計量破設定的上下限時,控制臺會自動關(guān)閉緊急切斷閥解決方案是,因為天然氣之間的差別主要在于確保運行的安全熱值,而熱值的差別一般不超過士10%所以在解決中國煤化工題此類問題經(jīng)常使用隨動流量摻混方式,即在高熱值CNMHG動有嚴格的要求天然氣中混合少量空氣或者低熱值燃氣,使高熱值即燃氣熱值的波動應低于士2%如果熱值波動超出天然氣與常規(guī)的天然氣的熱值相同或相近,并且華這個范圍,就會降低產(chǎn)品品質(zhì)或者增加廢品率,例如油氣儲運2009年玻璃行業(yè)、電子行業(yè)(顯象管制造等)、照明產(chǎn)品制且污染嚴重的煤制氣,例如水煤氣、焦爐煤氣等,而造陶瓷行業(yè)、特殊的熱處理等。在目前國內(nèi)使用的使用天然氣后就要放棄原來的煤氣氣源但煤氣管幾種天然氣當中即使同一種天然氣的熱值的波動網(wǎng)壓力低,用戶灶具也是按照煤氣氣源配置的,如果也超過了士2%所以無論哪一種天然氣都無法滿足直接改用天然氣,就要重新鋪設管道(或者改造管用戶的要求,幾種天然氣同時使用更無法滿足用戶道),同時也要改換灶具,這樣需要大量的資金,這是的要求,這就要對天然氣進行不同氣源的摻混燃氣公司和用戶難以承受的。常用的解決方案是采用隨動流量摻混方法,向針對這類用戶,常用的解決方案是采用文丘里天然氣中加入少量空氣以降低熱值,同時將混合氣摻混方法,即需要自吸環(huán)境中的空氣,不需要加壓和的熱值波動控制在士2%之內(nèi);或者在天然氣中加入除濕,運行費用低。同時,由于用戶要求出口壓力比少量液化石油氣等高熱值燃氣使其熱值升高,并且較低其摻混方式出口壓力(通常低于0.04MPa)較將混合氣熱值波動控制在士2%之內(nèi),以滿足用戶工低的缺點反倒成為了優(yōu)點。另外,文丘里摻混方法藝的要求。具有本安特性,運行安全可靠。文丘里摻混方法流(2)也有一些中小城市的用戶原來使用成本高程示意圖見圖2候空氣或低熱值天然氣流量計(帶溫度壓力補償)調(diào)壓器混合氣混合器緊急切斷閥氧分儀可熱值儀中央控制臺流量計〔帶溫度壓力補償)混合器29高熱值天然氣防燥電動調(diào)節(jié)閥流量計圖1隨天然氣動流量摻混的流程示意圖文丘里混氣機不能保證連續(xù)性,例如PNG,如果以油井口氣作為熱值儀氣源,每間隔1~2年就必須進行15~20天的管道天然氣混合氣出口檢修。如果以海上氣井作為氣源,在臺風到來時就(NG)需要停氣。在西氣東輸工程沿線的城市中,由于各地區(qū)季節(jié)用氣量的不均衡,加之對下游燃氣公司采氧分儀用照付不議協(xié)議,燃氣公司很難保證冬季的最大用氣量,所以在冬季會出現(xiàn)燃氣供應的峰值缺口CNG現(xiàn)已大量應用于華北地區(qū),如果冬季用氣量驟圖2文丘里摻混方法流程示意圖增,以西氣東輸管道為依托下載的CNG母站因氣較高壓力的天然氣經(jīng)過門站減壓后進入文丘里量緊張,常常陷入無米為炊的境況。依賴井口氣壓混氣機在文丘里管中形成負壓吸入環(huán)境中的空氣,縮的中國煤化工惡劣的雨雪天氣而混合后進入管網(wǎng)或者原來的煤氣氣柜,再供應用戶。大CNMHG撬車因無法準時到備用氣源與調(diào)峰氣源的問題達而造成暫停供氣,使主要利用CNG的用戶陷人近年來,無論PNG、CNG還是LNG,供氣中都困境。國內(nèi)生產(chǎn)的LNG目前只能由汽車運輸,最第28卷第2期雄等:天然氣的摻混技術(shù)及其應用·13·遠的子站有時在幾千公里之外。運力與運途中的問混方式不能持續(xù)滿足噴射壓力,因此適宜利用層疊題很難解決,而氣候的影響最為嚴重,即使進口的渦旋風機提供空氣氣源的移動摻混方式。因為需要LNG已經(jīng)到達,也不可能完全解決運輸問題。如果移動,所以摻混系統(tǒng)在設計時考慮了使用簡單、方便因為這些原因而發(fā)生停止供氣或者供應量不足的問的原則,通常采用三個單元組成,即氣源單元、氣化題,居民生活受將受到嚴重影響,工業(yè)用戶可能面臨混氣單元和控制單元,各單元相互獨立,方便運輸停產(chǎn)或者減產(chǎn)的局面。解決這些問題有兩個方案可各單元間的聯(lián)絡電纜、連接軟管均預制成快裝方式,供選擇,一是建設地下儲氣庫但是投資巨大,中小設備運抵現(xiàn)場后應能在30分鐘內(nèi)連接完畢向用戶燃氣公司或者工業(yè)用戶都很難承受;二是以液化氣供氣混空站作為備用氣源,該方案的可行性較強,首先,該系統(tǒng)無需對液化氣進行增壓,即可提供中壓液化石油氣來源廣泛,存儲便利,并且液化氣混空站(0.3~0.4MPa)代天然氣,氣源供應采用液相鋼瓶投資相對較小。對于用氣量較小的用戶,可選擇移供應,設2組電磁閥,根據(jù)液相出口的管道壓力而自動摻混方式,見圖3。動切換瓶組。氣化器通常采用電加熱,也可以用熱液相鋼瓶安全網(wǎng)水式氣化器,方便移動和提供加熱能源。層疊渦旋電熱水浴氣化器風機供氣壓力穩(wěn)定,風量控制容易,同時總功率也比去用戶較小對于用氣量相對較大而用氣壓力要求較低的017高壓比例盤防爆氣泵戶,可以選擇文丘里摻混方式:對于用氣量較大而壓混氣機力要求也較高的用戶,可以選擇高壓比例摻混方式圖3移動摻混方式流程示意圖該方式技術(shù)上成熟,操作簡單,供氣量大,非常適合由于液化氣鋼瓶的壓力不能持續(xù)保持較高的壓作為中小城市備用氣源或調(diào)峰氣源。高壓比例摻混力瓶組加壓比較困難,也比較麻煩采用文丘里摻流程示意圖見圖4溫水循環(huán)氣化器比例式混氣機流錄計去用戶汽車車裝卸中央控制臺熱水泵二級調(diào)壓器空氣級沖罐抽液罐空氣壓縮機圖4高壓比例摻混流程示意圖液化氣和壓縮空氣由比例混氣機的兩個進口各孔尺寸?；鞖忾y中的活塞既可左右旋轉(zhuǎn)改變兩種氣自進入混氣機本體上的調(diào)壓器其中空氣調(diào)壓器作體的進口孔的面積,從而改變混合氣中兩種氣體的為主動閥,其設定壓力即為混氣機的工作壓力,液化比例中國煤化工上下浮動,自動跟蹤氣調(diào)壓器為隨動閥,其設定壓力與空氣壓力相同并用實時跟蹤氣壓力的波動以確保兩種氣體以基本相CNMH飛問題同的壓力進入混氣機內(nèi)。在兩種氣體的物理特性及國內(nèi)許多城市的燃氣管網(wǎng)為多年前鋪設,以鋼雙氣差壓基本確定后決定流量的只有混氣閥的開(下轉(zhuǎn)第70頁)油氣儲記lMPa,僅為管材屈服強度(360MPa)的56%,滿規(guī)范或標準指導管道缺陷的復合材料維修補強,建足了管道修復補強的技術(shù)要求。由此可見,碳纖維議使用有限元數(shù)值模擬方法輔助復合材料補強復合材料補強層能夠有效地降低管道缺陷的應力水設計。平,控制管道的徑向膨脹,保證管道修復補強后恢復3)加強碳纖維復合材料維修補強應用范圍和正常的運行壓力。實踐證明,都善輸氣站站內(nèi)管道應用條件的進一步研究,以便更好地指導復合材料缺陷設計的復合材料補強方案是安全可行的維修補強作業(yè)。都善輸氣站站內(nèi)管道多處大面積外腐蝕缺陷經(jīng)風險評估后,采用了碳纖維復合材料進行修復補強參考文獻后,管道均恢復了正常的運行壓力。1,路民旭陳迎鋒等:管道維修補強技術(shù)及其發(fā)展趨勢油氣儲運,2005,24(1)2, Stephens DR and Kilinski T J: Field validation of composite四、結(jié)論epair of gas transmission pipelines, Final Report to the GasResearch Institute, Chicago, Illinois, GRF98/0032, April 1998.(1)隨著管道完整性管理理念在我國的逐步推3, Chris Alexander, Bob Francini, State of the aet assessment of廣,對油氣輸送管道維修過程的安全性和經(jīng)濟性的composite systems uset to repair transmissione. Proceeding of要求也越來越高。碳纖維復合材料修復補強技術(shù)是Iep 2006, 6th Intermational Pipeline Conference, September 25-29, Calgary, Alberta, Canada種快速、安全而經(jīng)濟的缺陷管道修復技術(shù),將在我國油氣輸送管道維修補強中得到越來越多的應用(收稿日期:200801-31)(2)針對現(xiàn)階段沒有成熟的復合材料補強設計(上接第13頁)管居多,在嚴重腐蝕的情況下,很容易發(fā)生泄漏,加為能源如果選擇其他能源管輸天然氣,又需要更改之近年來城市處于飛速發(fā)展狀態(tài),在建設中也非常設備,給供求雙方都帶來一定的損失。容易造成地下管道破損漏氣的事故。由于燃氣的易解決方案是,采用移動式中壓比例摻混系統(tǒng)先燃易爆特性,檢修時需要停止下游燃氣供應,這樣一行向用戶供應代天然氣。當管網(wǎng)鋪設到達后移動摻方面給下游的居民帶來生活不便,或給工業(yè)用戶造混系統(tǒng)可作為搶險設備,也可運至更遠區(qū)域用作用成損失,燃氣供應商也由于違反供氣合同而蒙受經(jīng)戶拓展。相對于建設固定混氣站,該方式大大降低濟損失;另一方面恢復供氣時必然導致不安全因素了建設時間與投資成本的增加。采用移動式中壓比例摻混系統(tǒng),即可向下游提供1000m3/h以下流量的代天然氣。該混氣五結(jié)束語裝置可由汽車運至事故點下游,在30分鐘內(nèi)投入使用,由鋼瓶內(nèi)的液化石油氣混制代天然氣(也可混制隨著我國長輸管道的建設,城市天然氣利用工代油制氣與代焦爐氣)。裝置按戶外型設計,并配有程不斷興起,各類燃氣用戶的要求不斷提高,多種氣獨立控制室,安全可靠,使用便捷,待漏點修復,恢復源并存的格局中也將會產(chǎn)生更多應用上的問題,通供氣后即可用汽車運走。過業(yè)界的共同努力,將會有更合適的解決方案。5、管道暫時無法到達區(qū)域的用戶拓展問題居民用戶尤其是大型工業(yè)用戶的供氣拓展對任文何燃氣公司都是至關(guān)重要的。當用戶在管輸天然氣即將到來但未到來時,或者管輸天然氣無法到達,同1,項友謙:燃氣熱力工程常用數(shù)據(jù)手冊,中國建筑工業(yè)出版社(北時這些用戶用氣量相對較大或者屬于知名企業(yè),這京),1999對燃氣公司而言是一個技術(shù)難題。如果建立CNG2,段常貴:燃氣輸配,中國建筑工業(yè)出版社(北京),2001題及解決方案煤氣與熱供應站,但經(jīng)常是氣源不易確定,投資也相對較大;如果建設LNG站,但投資相對CNG站更高。在這TH中國煤化工CNMHG種情況下,用戶或是等待,或是轉(zhuǎn)而選擇電能或油作收稿日期:200803-12)