CNG工艺计算书.docx
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CNG工艺计算书
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4464m²(约6.7亩),设计供气能力为1.0万Nm³/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154.8m²,辅助用房为86.4m²,加气罩棚为240.0m²。
站内主要配置额定排量为1000Nm³/h的压缩机2台(一开一备)、4000Nm³/h的卸气柱1台、储气井三口(2m³*3个)、1m³的污水罐1台,2~40Nm³/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10~12小时/天,则要求压缩机小时总排量为840~1000Nm3/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
弹性连轴器直接驱动
11
进气温度
≤30℃
12
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
2
2
额定工作压力
20MPa
3
最大工作压力
25MPa
4
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℃~+50℃
9
单次计量范围
0~9999.99m3或元
10
累计计量范围
0~9999.99m3或元
11
单价预制范围
0.01~99.99元/m3
12
密度预制范围
0.0001~0.9999
13
读数最小分度值
0.01m3;0.01元
14
电源
220V±15%50HZ±1Hz
15
功率
<200W
16
管线
Φ14X2
17
计量方式
自动计量带夜光显示
18
防爆等级
ExdemibⅡAT4
19
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
1
2
额定工作压力
20MPa
3
最大工作压力
25MPa
4
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℃~+50℃
9
单次计量范围
0~9999.99m3或元
10
累计计量范围
0~9999.99m3或元
11
单价预制范围
0.01~99.99元/m3
12
密度预制范围
0.0001~0.9999
13
读数最小分度值
0.01m3;0.01元
14
电源
220V±15%50HZ±1Hz
15
功率
<200W
16
管线
Φ14X2
17
计量方式
自动计量带夜光显示
18
防爆等级
ExdemibⅡAT4
19
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=1m³,最高运行压力0.4MPa。
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1m³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
1m³
5)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MPa
25
环境温度℃
-40~60
充装介质
CNG
公称容积m3
2.0
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:
27.50MPa。
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:
-10.00℃
3)充装温度:
≤35.00℃
4)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1000m³);
CNG罐车的平均往返运输距离:
40公里(单程20公里);
往返运输时间为:
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5m/s。
管径采用公式:
d—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1.2MPa时,Z取1)
1)CNG管道管径:
P1=20MPa,流量为1000Nm3/h:
=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=2.5MPa,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+20)/193.25=1.52
查得压缩系数为:
Z=0.94
=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,
管道的设计厚度(δ2)=计算厚度(δ或ts)+腐蚀裕量(不锈钢:
0)
管道的名义厚度(δ3)=设计厚度(δ2)/(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)
[σ]t—在设计温度下材料的许用应力(MPa,不锈钢为137MPa)
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p≤0.4[σ]tφ时:
δ=
管道的设计厚度(δ2)=计算厚度(δ或ts)+腐蚀裕量(不锈钢:
0)
管道的名义厚度(δ3)=设计厚度(δ2)/(1-壁厚负偏差12.5%)-腐蚀裕量(不锈钢:
0)
管道的有效厚度(δ4)
管道应力计算:
σ1=
<[σ]t
强度试验校核:
σ2=
<0.9σsφ
P—设计压力(MPa)
[σ]t—在设计温度下材料的许用应力(MPa,不锈钢为137MPa)
Di—管道内径(mm)
φ—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)
σS—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27.5MPa,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>δ
ts=
=
=3.54mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=3.54+0=3.54mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=3.54/(1-0.125)=4.05mm。
方法2:
[σ]t=137MPa
Pc≤0.4[σ]tφ
计算压力Pc=27.5MPa<0.4[σ]tφ=0.4×137×1=54.8MPa
计算厚度:
δ=
=
=2.91mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=2.91+0=2.91mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=2.91/(1-0.125)=3.33mm。
设计最终选取D32管道的壁厚为6mm,
有效厚度为:
δ4=6×(1-0.125)-0=5.25mm
管道应力计算:
σ1=
=
=82.16MPa<137MPa
强度试验校核:
σ2=
=
=123.2MPa<0.9σsφ=0.9×205=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>δ
ts=
=0.73mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=0.73+0=0.73mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=0.73/(1-0.125)=0.83mm。
方法2:
[σ]t=137MPa
Pc≤0.4[σ]tφ
计算压力Pc=2.5MPa<0.4[σ]tφ=0.4×137×1=54.8MPa
计算厚度:
δ=
=0.63mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=0.63+0=0.63mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=0.63/(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:
δ4=3.5×(1-0.125)-0=3.06mm
管道应力计算:
σ1=
=
=30.16MPa<137MPa
强度试验校核:
σ2=
=
=45.2MPa<0.9σsφ=0.9×205=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>δ
ts=
=2.37mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=2.37+0=2.37mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=2.37/(1-0.125)=2.71mm。
方法2:
[σ]t=137MPa
Pc≤0.4[σ]tφ
计算压力Pc=27.5MPa<0.4[σ]tφ=0.4×137×1=54.8MPa
计算厚度:
δ=
=2.16mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=2.16+0=2.16mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=2.16/(1-0.125)=2.47mm。
设计最终选取D25管道的壁厚为3.5mm,
有效厚度为:
δ4=3.5×(1-0.125)-0=2.67mm
管道应力计算:
σ1=
=113.6MPa<137MPa
强度试验校核:
σ2=
=170.4MPa<0.9σsφ=0.9×205=184.5Mp
经过管道应力计算和强度试验校校核,D25选取3.5mm的壁厚满足设计要求。
D、D22的不锈钢管道(O6Cr18Ni10),设计压力为27.5MPa,设计选取壁厚为3.0mm,下面进行校核计算:
方法1:
计算壁厚:
D/6=22/6=3.7>δ
ts=
=2.09mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=2.09+0=2.09mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=2.09/(1-0.125)=2.39mm。
方法2:
[σ]t=137MPa
Pc≤0.4[σ]tφ
计算压力Pc=27.5MPa<0.4[σ]tφ=0.4×137×1=54.8MPa
计算厚度:
δ=
=1.90mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=1.90+0=1.90mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=1.90/(1-0.125)=2.17mm。
设计最终选取D22管道的壁厚为3.0mm,
有效厚度为:
δ4=3.0×(1-0.125)-0=2.63mm
管道应力计算:
σ1=
=104.6MPa<137MPa
强度试验校核:
σ2=
=153.2MPa<0.9σsφ=0.9×205=184.5Mp
经过管道应力计算和强度试验校校核,D25选取3.5mm的壁厚满足设计要求。
E、D12的不锈钢管道(O6Cr18Ni10),设计压力为27.5MPa,设计选取壁厚为3mm,下面进行校核计算:
方法1:
计算壁厚:
D/6=12/6=2>δ
ts=
=1.18mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=1.18+0=1.18mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=1.18/(1-0.125)=1.35mm。
方法2:
[σ]t=137MPa
Pc≤0.4[σ]tφ
计算压力Pc=27.5MPa<0.4[σ]tφ=0.4×137×1=54.8MPa
计算厚度:
δ=
=0.95mm
设计厚度(腐蚀裕量取0mm):
δ2=0.95+0=0.95mm
名义厚度(壁厚负偏差为-12.5%):
δ3=0.95/(1-0.125)=1.09mm。
设计最终选取D12.管道的壁厚为3mm,
有效厚度为:
δ4=3×(1-0.125)-0=2.63mm
管道应力计算:
σ1=
=77.6MPa<137MPa
强度试验校核:
σ2=
=116.3MPa<0.9σsφ=0.9×205=184.5Mp
经过管道应力计算和强度试验校校核,D12.7选取3mm的壁厚满足设计要求。
4.CNG气瓶罐车及牵引车头数量计算
根据本CNG站CNG罐车有效运转时间确定本CNG加气站需配备2组CNG气瓶罐车撬及一部罐车牵引车头能满足站内正常供气运行要求。
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