小型移动式天然气临时供应装置及应用示范.pdf

第 3 1 卷第 8 期 加 工利 用 小 型移 动式天然气 临时供应装置及应用示范 刘建辉 杨宏军 徐 文东 樊栓 狮 1 ． 华南理工大学传热强化与过程节能教育部重 点实验室 2 ． 深圳 市燃气集 团股份有 限公 司 刘建辉等． 小型移动 式天然 气临时供应装置及应用 示范． 天然 气工 业， 2 0 1 1 ， 3 1 8 1 0 1 1 0 5 ． 摘 要 为 了方便、 快捷地解决燃 气管网维修期 间用 户的连 续用气问题 ， 以 L N G 钢瓶组气态天然气作为供气气源 ， 设计 了一种小型移动式天然气临 时供应装置 ， 对装置 的重要组成部分 L N G钢瓶组 、 增热器和调压加臭器进行 了介绍 ， 并 对用户用气量、 钢瓶流量 、 增热器 的设置 、 压 力调 节和加 臭方 式等进 行 了优化设 计， 总结 了该 装置 具有 的 4点创 新性 ①机 动灵活 ， 实用性 强； ② 自由组合 ， 操作简 单； ③L NG气相 外供 ， 创新使用 ； ④ 外形 美观， 便 于批量 生产 。应用该装置 对 一 栋楼宇的 2 3 6户居民用户临时供气， 结果表 明 用户最大用气量可达 2 4 ． 5 m。 ／ h ， 气体 最低 温度 为1 1℃， 完全满足应 急 供气要求和相关 国家标准。该装置的研发和使用 ， 填 补 了我国燃气行 业在非正 常工况下保 障天然气连 续供应 的技术 空 白， 获得 了中国外观设计和实用新 型技术 2项专利 ， 在天然气 的供气保 障体 系中有着广泛 的应用前景 。 关键词 非正常工况 临时供气 移动式供气装置 小型 橇装L N G增热 调压 加臭 D0I 1 0 ． 3 7 8 7 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 1 1 ． 0 8 ． 0 2 4 在燃 气供 应过 程 中不可 避免 地会发 生 地下燃 气 管 道抢修 、 维修或管道碰 口等作业 ， 现在的通常做法是对 受影 响 的片 区管 网采 取 停 气措 施 ， 使 输 气 管 道 的 抢 维 修或碰 口作业在一个相对安全的无 气状态下进行_ 】 j 。 但这 种停 气作 业不 仅在 放散过 程 中要 向空 中排放 大量 的 天然气 ， 而且 在恢 复 供 气 时要 对 用 户 的用 气 末 端关 闭性进行逐一确认 ， 致使工作量大， 作业时间长 ， 严重 影 响用户 的正 常用气 ， 天 然气 浪费严 重 ， 甚至 会 由于某 些环节的疏忽而导致燃气事故发生[ 2 ] 。 为 了保 障用 户 的安 全、 连续 用气 ， 在借 鉴橇 装 L NG瓶组站工艺的前提下 ] ， 笔者综合考虑 了天然气 的特 性 以 及 城 市 建 筑 物 燃 气 管 道 系 统 的工 艺 特 点 ] ， 提 出以 L NG钢瓶组气态天然气作为供气气源 ， 将 小 区用户 分解 为各 个 楼 栋 用 户 单元 ， 采用 小 型 移 动 式 的调 压 加 臭 橇 装 供 气 设 备 来 解 决 非 正 常 状 况 下 燃气管道抢维修 或碰 口作业等 燃气用户 的连续用 气 问题 。 1工艺设计和优化 小型移 动式 天然气 临时供应装置结构如 图 1所 示 ， 该系统 由 I NG钢瓶组 、 增热器和调压加臭器等部 分组 成 。由 于 L NG 钢 瓶 为 外 接 方 式 ， 所 以 图 1中虚 框内的部分为设备研制的主要内容。设备的容量参数 设计 依据 包括 用户 用气 量 、 钢瓶 的气相 出 口流量 、 增热 器出口温度、 供气压力及加臭方式等。设备出 口现场 接驳到楼栋的上升立管供气给用户 。 1 ． 1用 户用气 量 的确定 天 然 气 的 组 成 以 深 圳 地 区 为 例 为 含 甲 烷 8 7 ． 6 9 0 体 积 分 数 ， 下 同 ， 含 乙 烷 8 ． 1 9 2 ， 含 丙 烷 3 ． 0 9 7 ， 气 体密 度为 0 ． 7 7 k g ／ m。 ， 气 态低 热值 为 4 1 ． 9 6 MJ ／ m。 [ 5 ] 。综合考虑单个楼栋 的实际情况 ， 初 步选定 以 l 根上升立管带 5 O ～2 5 0户 的住宅作 为供气单位， 每户 的燃具 按照 1台双 眼灶 和 1台 1 0 L热水器 计 算 ， 参 照用 户 晚问 高峰 用气 量 来 确 定 居 民用 户 的用 气 量 。 根据燃 具 的热负 荷及 同时 工作 系数 I 6 。 ] ， 确定 用 户理论 用 气量 为 7 ． 7 ～3 3 ． 3 m。 ／ h 。 1 ． 2钢 瓶 流量 的确定 L NG钢 瓶 与液化 石油 气 L P G 钢瓶 相 比 ， 结 构 复 杂 ， 操作 要求 也更 高 。选 择 与 5 0 k g L P G 钢 瓶 相 近规 格的美国生产 的泰来华顿 X L 一 4 5型 L NG钢瓶作为应 急气源 ， 每瓶可供应 的气态天然气约为 1 0 2 m。 ， 其结 构 如 图 2所示 。 作者简 介 刘建辉 ， 1 9 6 7 年 生 ， 高级工程师 ， 博 士研究 生 ； 主要从 事城市燃气 管理及 能源技术研究 工作 。地址 5 1 0 6 4 0 广 东省 广州市天河 区五 山路 3 8 1 号华南理工大学逸夫工程馆 2 0 8 室 。电话 0 7 5 5 2 7 7 8 5 5 9 1 ， 1 3 6 0 9 6 1 6 9 7 1 。E - ma i l l i u j h s z g a s ． c o rn． c n 天然气工业 低温钢 瓶及小车 低温钢瓶及小下 图 1 小 型 移 动 式 天然 气 临 时供 应 装 置 结 构 示 意 图 图 2 X L - 4 5型 LNG钢 瓶 的 结 构 示 意 图 XL系列 容 器 的热 交 换器 是 放 置在 真 空夹 层 中的 气化 器 见 图 2 ， 贴 在 容 器 外 胆 的 内壁 。当 容 器输 出 气体时 ， 需从外界吸收热量， 将液体气化成气体 ， 通过 排放 阀控制气体输出量。由于小型移动式天然气临时 供应装置是直接使用 L NG钢瓶 出来 的气相天然气 ， 因此 L NG 钢 瓶 的 气 化 能 力 十 分 重 要 。 根 据 X L 一 4 5 L NG钢瓶的单瓶流量工作曲线可知 ， 随着气体输 出流 量的增加 ， 气体温度 随之下 降， 具体 可以分为 3个 阶 段 ①当气体流量为 o ～9 ． 2 m。 ／ h时， 气体温度为 3 8 ] l ～一 1 7℃ ； ② 当气 体流 量为 9 ． 2 ～ 2 0 ． 1 m。 ／ h时 ， 气 体 温 度 为 一1 7 ～ 一1 7 3℃ ； ③ 当气 体 流 量超 过 2 O ． 1 m。 ／ h时 ， 气 体 温度 为 一1 7 3℃ 。 L N G经气化变成气 态天然气 时其温度不 能过低 ， 温 度太低 的气 体在调 压器 的 内孔 经过 时 或 流速过 快 时 ， 孔 内容易形成干冰堵塞 ， 导致设备损坏 。为此 ， 单个 I ． N G 钢瓶内置气化器正常输出流量范围为 0 ～9 ． 2 ／ h 。 考虑 钢瓶 的可 更换 性 以及 设 备 的 移 动 灵 活性 ， 设 备 外 接 的钢 瓶 数 不 宜 过 多 ， 故 设 计 接 驳 钢 瓶 数 量 为 1 ～ 4瓶 ， 即常 温下 设备 气体 输 出流量 为 9 ． 2 ～3 6 ． 8 m。 ／ h ， 即 能满足用 户 的用气 量要 求 。 1 ． 3设 置增 热器 如前 所 述 ， 瓶 装 L NG气 化 时 ， 气体 的温 度 随着 气 体流量的增加而降低。如果要求气化盘管持续提供更 大的气化量 ， 就应该外接一个增热器将气体变暖， 以避 免凋 压器 、 软 管等 其 他 下 游 部件 出现 故 障 。 以深 圳 为 例 ， 考 虑 其 地 处 亚 热 带 ， 全 年 气 温 较 高 均 温 为 2 2 ． 4℃ ， 高温 持续 时 间较 长 约有 8个 月 的平 均气 温 为3 o℃ ， 气相天然气经钢瓶使用阀输 出后 ， 环境温度 较 高 ， 为此 ， 无 需单 独 外 接 外 形 尺 寸较 大 的增 热 器 ， 只 需将增热器设置在设计 的调压加臭橇体内即可。增热 器借鉴空温气化器的直翅片式结构， 直翅片的换热 面 积 可根 据下 式确 定 一 KA At 式 中 为 气化 器 的热流 量 ， k W ； K 为气 态 天然 气 的换 热系数 ， k W／ m。K ； A 为气 化器的换热 面积， m。 ； △ 为加热介质与初始气相天然气 的平均温差 ， K。 如果该设 备 在较 寒 冷 的地 带使 用 ， 同样 可 以结 合 第 3 1卷第 8 期 当地的平均气温以及天然气 出 口温度的要求 ， 根据上 式 确定增 热 器 的尺 寸 。 以最 不利 条件 即现有 的调 压器 等设 备可 耐低 温 为 一2 0℃ 作为 设计 依 据 ， 考虑 一 定 的 设 计 余 地 ， 加 热 后 气 相 天 然 气 出 口 温 度 可 设 定 为 一 1 5℃ ， 根 据上式 确定 的增 热器 经 测算 同样能 满 足用 户用 气量 的要 求 。 1 ． 4压 力调 节 调节 L NG 钢 瓶 的 压 力 调 节 阀 即 图 2中增 压 节 气 双调节阀或增压阀 ， 可以保证钢瓶气相的出口压力 为 0 ． 8 MP a 。考虑 到深圳 地 区居 民用户 燃气 的入 户压 力 一般 为 0 ． 1 5 ～O ． 2 MP a ， 设计 时 ， 设 备 的调压 器也 应 与此相匹配， 即气体进 口压力为 0 ． 8 MP a ， 气体出 口压 力 为 0 ． 1 5 ～0 ． 2 MP a 。气体 出 口压力 可 以手 动调 节 。 出 U 法兰 1 ． 5 加臭方式 根据 国家 标准 的要求 ， 城 镇燃 气 应 具 有 可 以察 觉 到 的臭 味l 8 ] ， 该 系统 在 调 压 后 设 置加 臭 罐 对 天 然气 进 行加 臭 ， 加 臭剂 选用 四氢 噻 吩 THT 。加臭 剂 通过 针 型 阀 ， 利用 管道 前 后 压差 添 加 到 管 道 中 。添 加 的加 臭 剂流量 可 通过针 型 阀来调 节 。 2 装置整体 设计 根 据 以上 分 析 可 知 ， 由于 I N G 钢 瓶 组 为 现 成 的 外 接设 备 ， 小型 移动 式 天然 气 临时 供应 装 置 的设 计 关 键就是集增热、 调压及加臭于一体的橇装设备的设计 ， 这里将其定义为移动式加臭调压箱 ， 其结构示意图如 图 3所 示 。 图 3 移 动式加臭调压箱结构示意图 经 过多 次 的流程 优 化 及设 备 外 形 的改 进 ， 将 移 动 式加 臭调 压箱 装 配成 外 观像 小 型发 电机 一 样 的成 品 ， 其外 观效 果 如 图 4所 示 ， 外 观 尺 寸 为 1 0 0 0 F il m 7 0 0 IT I 1T I 5 0 0 1 T I IT I ， 体 积较 小 ， 结 构 紧凑 ， 可 以批 量 生产 ， 箱 体 四周为 不锈 钢 面板 覆 盖 ， 侧 面 留有 通 风 的 百 叶及 气 体进 出口， 正面为打开的双扇 门， 顶部为可掀起的折叠 盖板 ， 外形美观简洁。打开箱体正门及掀起顶部盖板 ， 内部 结构 如 图 5所 示 。基 本上 所有 的设 备均 布置 在箱 体 内， 有管道 、 阀门、 3组增热翅片、 调压器、 压力表 以及 加臭罐等设施 。该设备与 L N G钢瓶组连接后组成小型 移动式天然气临时供应装置， 整体效果见图 6 。 头 图 4移动式加 臭调压箱外观 照片 天然气工业 2 O 1 1年 8月 图 5 移 动式加臭调压箱 内部结构照 片 图 6连接钢瓶后 的整体 效果照片 3 装置调试 采 用小 型移 动 式 天 然 气 临 时供 应 装 置 为 5栋 2 8 层的高层 楼宇供气 ， 每套 调压加臭箱备有 4个 L NG 钢 瓶 重瓶 ， 表 1为该 装 置 晚 间 高 峰用 气 时段 1 8 O O 一 2 1 3 0 为其 中一栋楼宇 2 3 6户居民用户供气情况 的实 测 数据 每 隔 1 5 mi n记 录 1次 。 由表 1 可 以看 出 1 1 8 3 0左右为用气 高峰， 燃气瞬时流量达到2 4 ． 5 m 3 ／ h ， 设 备 完全 可 以满 足楼 栋 居 民用 户 的用 气 需 求 。 峰值流量低于设计估算值 ， 分析可能是该栋楼宇的燃 气设备同时工作系数低于设计规范的经验值 。 2 采 取 了多个 钢瓶并 联 供气 ， 提升 了供 气 能力 ， 同 时 L N G 钢瓶 输 出 的气 态 天然 气 经 过 增 热 器 后 ， 气 体 温度 完全在 正 常 的范 围 内 ， 最 小 为 1 1℃ ， 不 会 由于 气 温过 低造成 调 压加 臭箱 内 的设 备 损害 。 3 由于采 用人 工 开启 和关 闭加 臭 装 置 ， 加 臭 量 不 好控制 ， 加臭量偏大。 深圳燃气公司现有 1 O余套移动式调压加臭箱 ， 已 多次 用于燃 气 管道抢 维 修 和碰 口作业 时保 障用 户 的连 续用 气 ， 均取 得 了较好 的效 果 。 4 装置 的创新性及利用前景 确保 用户 安全 连续 用 气是燃 气供 应企 业 的责任 和 义务。采用小型移动式天然气临时供应装置解决燃气 表 1 小 型 移 动 式 天 然气 临 时 供 应 装 置 使 用 情 况 的 实测 数 据表 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 第 3 1 卷第 8 期 加 工 利 用 l O 5 管道 抢维 修情 况下 的临 时供气 问题 是一 种安 全 、 方 便 、 快捷的有效措施 。该装置具有 以下 4点创新性 1 机 动灵活 ， 实 用性 强 。 由于采 用移 动式 设计 ， 外 形尺 寸较 小 ， 易于运 输 和搬动 ， 机动 灵 活 。 2 自由组合 ， 操 作 简单 。系统 为 气 源 L NG 钢 瓶 组 和 调压 加臭箱 两 部分独 立组 成 ， 根 据用 气量 的不 同 可接驳 不 同数 量 的 L NG 钢 瓶 与 调 压 加 臭 箱 自由 组 合 ， 还 可 以在 1个 用 气 点 安 装 多 套 装 置 以 提 高 供 气 能力 。 3 L NG 气相 外供 ， 创 新使 用 。一 般来 说 ， I NG 钢 瓶 的气相 排放 使 用 阀是作 为其 自蒸 发时安 全排 放用 的 ， 利用 其在 常温 时 9 。 2 n 1 3 ／ h的排 放 量 ， 并 通 过 在调 压 加臭箱 内增 设 增 热 器 ， 确 保 了 L NG 钢 瓶 组 输 出 的 天然气常温下可外供用户使用。 4 外形美观， 便于批量生产 。移动式调压加臭箱 采用长方体箱式结构 ， 结构紧凑， 外观美观简洁 ， 便于 批量 生产 。 这种 小型移 动式 天然 气 临时供 应装 置 的开发 和使 用 ， 填补了我国燃气行业在非正常工况下保 障天然气 连续供应的技术空 白， 获得 了中国外观设计和实用新 型技术 2项 专利 [ 9 ， 现 在 已在 福建 福 州 、 广 东佛 山及 江门等多个城市推广使用 ， 在天然气的供气保障体系 中有着 广泛 的应 用前 景 。 参 考 文 献 [ 1 ]中华人 民共 和 国建设 部． C J J 5 1 2 O ] 6城 镇 燃气 设 施运 行 、 维护和抢 修安全 技术规 程 [ s ] ． 北京 中 国建 筑工 业 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ]罗东 晓． 燃 气 管 网检修 作 业过 程 中放 散燃 气 的 回收 技术 [ J ] ． 天然气工业 ， 2 0 1 0 ， 3 0 5 1 0 2 1 0 3 ． [ 3 ]刘 建海 ， 何贵 龙 ， 杨起华 ， 等． 小 区液化天 然气 供气 站 的探 讨r J ] ． 煤气与热力 ， 2 0 0 3 ， 2 3 1 5 0 5 2 ． E 4 ]刘建辉 ， 周卫． 天然气 中压 系统应急气源方案[ J ] ． 煤气与热 力 ， 2 0 0 7， 2 7 2 1 - 3 ． E 5 ]周卫 ， 刘建辉． 深圳市天然气基 准气类别 的选择 [ J ] ． 煤 气与 热 力 ， 2 0 0 8， 2 8 3 2 5 2 7 ． [ 6 ]中华人 民共 和国建设 部 ， 国家质 量监督检 验检疫 总局． GB 5 0 0 2 8 2 0 0 6城镇 燃气设计规 范[ s ] ． 北 京 中国建筑工 业 出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 7 ]黎光华 ， 詹 淑慧 ， 刘京 艳 ， 等． 民用 燃 具 同时工 作系 数 的测 定与研讨[ J ] ． 城市煤气 ， 1 9 9 8 1 0 1 9 2 2 ． [ 8 ]杨世铭 ， 陶文铨． 传热学 [ M] ． 3版． 北京 高等教育 出版社 ， 2 00 3． [ 9 ]陈秋雄 ， 张劲风 ， 刘建 辉 ， 等． 移动 式液 化天 然气 加臭 调压 箱 中国， 2 0 0 9 3 0 1 8 9 8 2 0 ． x [ P ． 2 0 1 0 0 5 1 9 ． E l o ]陈秋雄 ， 张劲风 ， 刘建辉 ， 等． 移动式 液化天然 气加臭 调压 箱 中国 ， 2 0 0 9 2 0 1 6 2 0 6 6 ． 5 [ P ] ． 2 0 1 0 ～ 0 5 1 9 ． 修改 回稿 日期2 0 1 1 - 0 6 0 2编辑何 明 海外天然气业务收购将弥补国内供应缺 口 据悉 ， 国内天然气 消费量持续上涨 ， 天然气供应缺 口正在不断 扩大 ， 在不 断提 高国 内天 然气产量 的 同时 ， 中国公司正 加快海 外 天然气业务的收购 。 据国家能源局预测 ， 今年我 国天然气产量将接 近 1 1 0 0 1 0 m。 ， 天然气 消费量有 望达 到 1 3 0 0 1 0 I T I 。 。虽然 产量 同 比增 长 1 6 ， 但是全年 国内天然气缺 口却达 2 0 0 1 0 1T I 。 ， 而到 2 0 2 0年 ， 中 国天然气市场缺 口将达到 9 0 0 1 0 I T I 。 。 最近已有两家 中国公司宣布收购海外天然气项 目。2 0 1 1 年 8 月 9日中国石 油化工集 团公司宣布 以 1 7 ． 6 5亿美元完成 了对 澳 大利 亚昆士兰州天然气 出口设施 1 5 股权的收购 。2 0 1 1 年 8月 1 0日中投 公司与法国苏伊士燃气集 团签署合作 备忘录 ， 中投公 司 拟投 资 3 1 ． 5亿美元收购法 国燃气苏伊士集 团旗下从事油气勘探开发 和生产业 务的子公 司 3 O 的股权 。 天 工摘 自 中国石化新 闻网