城市天然气工程第九章燃气的调压燃气的储存

燃气的压力调节、燃气储存第一节燃气调压器第二节调节机构的计算第三节燃气调压站的布置第四节储气罐储气第五节长输管线末端储气第一节燃气调压器一、调压器的工作原理1、调压器的作用燃气供应系统的压力工况是利用调压器来控制的，调压器的作用是根据燃气的需用情况将燃气调至不同的压力。调压器安设在气源厂、燃气压送站、分配站、储配站、不同压力机制管网间的调压站、用户处等。所有燃气调压器均是将较高的压力调至较低的压力，是一个降压设备。一、调压器的工作原理2、调压器的工作过程如下图，燃气作用于薄膜上的力按下式计算：调节阀门的平衡条件为：PFNgWN一、调压器的工作原理当出口处的用气量增加或入口压力降低时，燃气出口压力P降低，造成NWg，系统失去平衡。此时薄膜下降，使阀门开大，燃气流量增加，使压力恢复平衡状态。当出口处的用气量减少或入口压力增加时，燃气出口压力P升高，造成NWg，此时薄膜上升，带动阀门使开度减小，燃气流量减小，因此又逐渐使压力恢复到原来的状态。不论用气量及入口压力如何变化，调压器都可通过重块或弹簧的调节作用，自动保持稳定的出口压力。所以整个系统是一个自调系统。一、调压器的工作原理3、自调系统的工作原理首先由薄膜测出出口压力，然后通过薄膜将这个压力和重块或弹簧力进行比较，依靠两者之间的差值，通过薄膜及其连接的阀杆带动阀芯上下移动，调节调压器出口处的管道压力。自调系统的构成：测量元件（敏感元件）、传动装置、调节机构和调节对象（出口处的燃气管道）。见下图。一、调压器的工作原理在上图中，调压器的出口压力为被调参数，也就是调节对象的输出信号。引起被调参数变化的因素是用气量或进口压力的改变，称为干扰作用，也是作用于调节对象上的输入信号。通过调节机构的流量就是作用于调节对象并实现调节作用的参数，称为调节参数。当外界给一个干扰信号时，被调参数发生变化，传给测量元件，测量元件发出一个信号与给定值比较，得到偏差信号，并被送给传动装置，传动装置发出位移信号给调节机构使阀门动作，并向调节对象输出一个调节作用信号克服干扰作用影响。二、调压器的分类按作用形式分类：直接作用式调压器、间接作用式调压器。按用途或使用对象分类：区域调压器、专用调压器、用户调压器。按进出口压力分类：高高压、高中压、高低压调压器，中中压、中低压调压器及低低压调压器。二、调压器的分类1、直接作用式调压器液化石油气减压器，直接连接在液化石油气钢瓶的角阀上，流量0～0.6m3/h。用户调压器，应用于集体食堂、餐饮服务行业、用气量不大的工业用户及居民点。二、调压器的分类2、间接作用式调压器用于流量较大的区域调压站中，由指挥器和主调压器组成。种类很多，有轴流式调压器、曲流式调压器、自力式调压器、雷诺式调压器等。根据出口压力的变化，通过指挥器控制中间压力的改变，由中间压力和主调压器的弹簧比较控制主调压器的操作。二、调压器的分类曲流式调压器工作原理：调压器尚未工作时，指挥器呈松开状态，阀口11完全打开，阀口13为关闭状态。燃气经阀口11、孔口12流进调压器环状腔室，此时P1=P3，橡胶套靠自身弹性使调压器呈关闭状态。调压器启动时，调节指挥器弹簧，阀杆向左侧移动，阀口11关小，阀口13打开，指挥压力P3降低，依靠压力差P1－P3使橡胶套开启。继续调节指挥器弹簧，将出口压力P2调至所需值。当进口压力降低或出口负荷增加时，出口压力P2降低，指挥器橡胶膜片带动阀杆向左移动，阀口11开度减小，阀口13开度增大，指挥压力P3减小，主调压器开度增大，P2升高，恢复到给定值。第二节调压器的计算燃气流经节流机构时，如压降不大，燃气的密度可忽略不计，计算时看作不可压缩流体；如压降相当大时，应考虑燃气密度的变化，为可压缩流体。当,忽略燃气的压缩性；当时，应考虑燃气的压缩性。为调压器的压力降，P1是调压器的入口压力。P08.01PP08.01PP一、不可压缩流体的计算不可压缩流体通过调压器时压力降可由下式计算：当采用以下单位：Q为m3/h,F为cm2，压降为MPa，密度为kg/m3。公式为如下形式：222WPFPQWF509FPQ一、不可压缩流体的计算当介质密度为1000kg/m3，压降为0.0981MPa时，流经调节阀门的小时流量称为调压器的流通能力系数，用C表示。5.04FC二、可压缩流体的计算在计算节流机构的流量时，应考虑燃气密度的变化和对理想气体定律的偏离。将燃气经过节流阀门的流动看作孔口出流，则流量可由下式求得：出流速度可由下式求得：2000QWF112111211kkPPkWkP二、可压缩流体的计算采用如下单位，Q0为m3/h，P1和压降为MPa，流量公式为临界压力比：当调压器前后压力比减小时，流量和流速会增加，但当其减小到某一值时，流量和流速达到最大值，此压力比称为临界压力比。分为临界状态和亚临界状态。空气的实验和理论参数如下：临界压力比的修正系数：0.91天然气的绝热指数为：1.31001121221121526011kkkPPQCTZPPPPkPkP221112120.910.51ckkcPPPPPPk21210.480.528ccPPPP二、可压缩流体的计算临界状态流量公式如下如果实验调压器时所用参数用以下符号表示亚临界状态和临界状态的换算公式分别为100112630PQCTZ0Q2PP02000200001200.5PPQQPPQQPPP二、可压缩流体的计算以上公式计算得出的流量是在可能的最小进口压力P1、阀门完全开启时的最大流量。在实际运行中，调压器阀门不宜处在完全开启状态，调压器的计算流量与最大流量的关系为：Qmax=1.15~1.2QP二、可压缩流体的计算例题：选用调压器的阻力为0.048MPa，出口绝对压力P2=0.1053MPa。密度为0.7kg/Nm3；给出调压器实验值为求选用调压器的流量。30230120/0.00020.10330.6/QNmhPMPaPMPakgNm第三节燃气调压站的布置一、调压站的构成1、调压站通常由调压器、阀门、过滤器、安全装置、旁通管及测量仪表组成。有些站装有计量设备，称为调压计量站。安全装置为防止用气负荷为零而调压器关闭不严，或调压器中的薄膜破裂及调压系统失灵时出口压力升高，危及设备的正常工作。有安全切断阀和安全放散阀。第三节燃气调压站的布置2、调压器的串联装置（监视器装置）备用调压器2的给定出口压力略高于正常工作调压器3的出口压力，因此，正常工作时备用调压器的调节阀是全开的。当调压器3失灵，出口压力上升到调压器2的给定出口压力时，备用调压器2投入运行。备用调压器的出力不得小于正常工作调压器。第三节燃气调压站的布置3、调压器的并联装置系统运行时，一个调压器正常工作，另一个备用。正常工作的调压器的给定出口压力略高于备用调压器的给定出口压力，正常工作时，备用调压器呈关闭状态。当正常工作调压器发生故障，使出口压力增加到超过允许范围时，其线路上的安全切断阀关闭，使出口压力降低，当下降到备用调压器的给定出口压力时，备用调压器自行启动正常工作。备用调压器上的安全切断阀的动作压力应略高于正常工作线路上的安全切断阀的动作压力。第三节燃气调压站的布置二、调压站的分类及布置第四节储气罐储气一、储气罐的类型分为低压罐、高压罐.低压罐：湿式罐、干式罐。湿式罐：直立型湿式罐、螺旋型湿式罐。二、高压储罐的储气量高压储罐的几何容积固定不变，靠改变其中燃气的压力来储存燃气，称为定容储罐。设有进出口管、安全阀、压力表、人孔、梯子和平台等。高压罐的有效储气容积：储罐的容积利用系数：在储罐工作压力一定时，要提高容积利用系数，只有降低储罐的剩余压力。而此压力又受到管网中燃气压力的限制。可以设置引射器。0ccPPVVP000/()//cccccVVPPVPPPVPPPPP三、燃气储配站1、高压储配站在低峰时，由燃气高压管线来的燃气一部分经过一级调压进入高压储罐，另一部分经过二级调压进入城市管网。在高峰时，高压罐和经过一级调压后的高压干管来气汇合经过二级调压进入城市管网。当储罐内燃气压力接近管网压力时，利用高压干管的高压燃气把燃气从压力较低的罐中引射出来，以提高整个罐站的容积利用系数。三、燃气储配站2、低压储配站当城市采用低压气源，且供气规模又不特别大时，燃气供应系统常采用低压储气。低压储配站的作用是在低峰时将多余的燃气储存起来，在高峰时，通过储配站的压缩机将燃气从低压储罐中抽出压送到中压管网中。包括低压储罐、压缩机室、辅助间、消防水池等。第五节长输管线末端储气确定管道储气容积的近似方法是用供气量等于用气量那一瞬间的稳定工况代替燃气流动的不稳定工况进行计算。见下图中的a点和b点。在b点，用气负荷等于平均小时供气量。从b点到a点为用气低谷时间，管道工况是不稳定的，为管道储气阶段，到达a点时，供气量与用气量平衡，但管内的压力比b点工况时要高。从a点到b点为用气高峰期间，储存的燃气向外供出，工况不稳定。到达b点时重新达到平衡，但管内压力比a点时要低。计算管道的储气量，只需计算a时刻和b时刻管道内的燃气量，两者之差即为管段储气量。第五节长输管线末端储气管道沿程压力不同，因此密度也不同。取一个微元体进行分析，其中燃气的质量为由水力计算公式，进行积分，xdGFdxPRT222102022022xxxPPaQxdxPdPaQFdGPdPRTaQ3312202()3FGPPRTaQ第五节长输管线末端储气进行公式变换，将平均压力代入，得到管道内燃气含量及管道储气量公式如下2221200000033012022012123PPaQLGQPRTTPPQFLPTPP00.max.min00mmmPQVPPPQVP第五节长输管线末端储气例题：天然气长输管线末端的管径D=720mm×10mm，管长L=150km，管道中燃气最大允许绝对压力为5.5MPa，进入城市前管道中燃气最小允许绝对压力为1.3MPa，正常情况下管道流量为每日11000000m3，求管道的储气量。管道的粗糙度取0.0001m。