天然气与管道液化石油气转换技术探讨

天然气与管道液化石油气转换技术探讨1 前言11 厦门市供气现状 管道液化石油气包含气态液化石油气集中管道供应与液化石油气掺混空气(以下简称空混气)的管道供应两种方式。空混气管道供应方式，主要用于城市中、小规模燃气气源，人工煤气的代用、调峰机动气源，天然气的调峰或事故应急气源，以及液化气石油气质不宜直接气化的寒冷地区的燃气气源；气态液化气集中管道供应方式，主要用于区域性与城镇的小区供气。 厦门市燃气供应区域可分割为三个独立的区域组团，即为：厦门本岛核心区、岛外拓展区和大同镇延伸区。其气源分别是：厦门本岛核心区有两座气源厂，即：蔡塘空混气气源厂和石湖山空混气气源厂。蔡塘空混气气源厂于1997年10月建成投产；石湖山空混气气源厂是在原煤制气厂增热车间的基础上改建而成，于2000年3月底完成了从煤制气向空混气的转换。 岛外拓展区区域包括：集美、海沧、杏林、马銮组团，拓展区各组团既可独立成区，又可相互连接成片。该区域气源来自集美液化气气化站及海沧液化气气化站。目前，大同镇延伸区还没有气源厂或气化站。以上三个区域组团有为数不等的液化气瓶组站，进行独立的小区管道液化气供应，新城区拓展与老市区改造，将逐步使之纳入市政燃气管网。老市区和边远地区，仍然有液化气单瓶供应。 随着中国海洋石油总公司在福建湄洲弯LNG接收站的兴建，厦门市管道液化气向天然气过渡已进入倒计时。预计于2007年，厦门市部分居民将用上优质洁净的天然气。此后，天然气气源将逐步成为厦门市市政管道燃气的主气源。12 问题提出 由于厦门市现有管道燃气供应系统比较复杂，而且天然气与气态液化气、空混气的气体成分和理化特性存在较大的差异(详见表1)，因而产生如下问题：如何才能既经济合理地利用现有资源，又安全迅速地实现管道液化气向天然气转化呢?表1液化气(气态)空混气天然气LPG：Air55%、45%LPG：Air50%、50%LPG：Air45%、55%CH491.46C2H64.74C3H62.59C3H839.7521.8619.8817.89n-C4H1038.6221.2419.3117.380.54i-C4H1019.7810.889.898.900.57C4H81.851.020.920.83CO2O29.4110.4611.50N235.5939.5943.50比重(空气=1)1.811.441.401.360.62热值(MJ/m3)高120.4066.2260.2054.1843.53低111.3061.2155.6550.0839.412 天然气与管道液化气转换技术21 燃气的互换 各气源的气源类型、用具类型都有所区别。所有燃具都是按一定的燃气成分设计的，当燃气的成分发生变化时，燃具的燃烧工况就会发生变化。当按一定燃气成分设计的燃具，在燃气成分产生变化时，燃烧工况虽有改变，但尚能达到燃具原有设计要求，则表示两种燃气具有互换性。通常，判断燃气的互换性，采用燃烧特性中的华白指数(热负荷指数)W表示。两种燃气互换时，华白指数W的变化应不大于510。当两者燃烧特性相差较大时还应考虑火焰特性，如离焰、回火、黄焰和不完全燃烧等，通过计算燃气的燃烧势(燃烧速度指数)Cp，以确定是否在互换范围内。经计算，并参见城市燃气分类(GBT13611-92)得表2：表2液化气(气态)液化气掺混空气混合气天然气LPG：Air55%、45%LPG：Air50%、50%LPG：Air45%、55%华白指数W(MJ/m3)89.4955.1850.8846.4655.28燃烧势Cp43.640.6440.3339.1141.25 由表2可见，厦门市的空混气中LPG：Air=55：45，天然气与空混气不仅燃烧势相近，而且两者华白指数变化小于5，故两者具有互换性。天然气与液化气(气态)不仅燃烧势相差较大，而且两者华白指数变化远远大于10，故两者不具有互换性。因而，厦门本岛核心区原空混气用户，燃具具有互换性；岛外拓展区原管道液化气气化站的用户，燃具不具有互换性。对于不具有互换性的燃具，应逐户核对燃具品牌、型号，制定更换方案。22 输配系统 (1)压力级制与管材适应性在编制实施天然气供气规划时，必须分析原有的输配系统，是否适用或需改造。 由于岛外拓展区的集美和海沧，转换前采用输配系统中压B一级供气系统，即气源直接通过中压管网输送，中压管网起点压力为007MPa，中压管网末端压力0038Pa。具体为： 现有液化石油气系统压力级制： 中压管网起点压力：006MPa 中压管网末端压力：0038 MPa 调压箱进口压力：003 MPa 调压箱出口压力：3500Pa 用户灶前压力：2600Pa 转换后的天然气系统压力级制： 中压管网起点压力：01MPa 中压管网末端压力：004 MPa 调压箱进口压力：003 MPa 调压箱出口压力：2500Pa 用户灶前压力：1800 Pa 该区域的地下管管材主要使用SDR11系列的PE管，由于现阶段PE管网用于输送气态液化石油气，因而运行压力必须0075MPa，但考虑到向天然气转换的可能，设计压力采用了04MPa，强度压力试验为06MPa，气密性压力试验为046MPa。所以，现阶段输配管网虽然应用于输送气态液化石油气，但是管材材质能适应天然气中压压力级制要求。经过中压水力计算公式校核，证明该区域现有中压B级输配管网完全能适用转换后天然气的供气能力要求。 当该区域输配采用二级压力级制，即次高压B中压B(详见表3、图1)时，由于现有中压B级输配管网能适用转换后天然气的供气要求，只需增加中压B级输配管网之前的燃气设施。表3起点压力(MPa)末端压力(MPa)次高压B0.50.3中压B0.20.03 工艺流程图为图1： 厦门本岛核心区输配系统比较复杂。中压部分：厦门本岛西部原煤制气区域设计出厂压力低(设计出厂压力为006 MPa)，实际运行出厂压力为005MPa，当时铸铁管网的试压压力未超过01MPa，供气区域采用中低压供气方式；厦门本岛东部空混气区域设计出厂压力压力为02Mpa，实际运行出厂压力为015 MPa，管材采用无缝钢管焊接方式，强度试验压力03MPa，供气区域采用中压B供气方式；厦门市东西部过渡区域，由东部空混站向西部煤制气供气区域供气时，采用了中中压调压站调压，调压站进口压力为015 MPa，出口压力为005 MPa。该区域现有压力级制见表4：表4气源厂出口压力(MPa)干管末端压力(MPa)调压箱前压力(MPa)本岛东部0.150.060.04本岛西部0.060.030.03 主要采用的管材有：无缝钢管、PE管(SDR11)、N1型铸铁管。一年来，该区域已极少采用N1型铸铁管，广泛采用无缝钢管和PE管(SDR11)不仅能满足天然气的输配压力要求，而且因为没有接口填料，不存在气源转换对填料的影响问题，因而为气源转换创造了极好的条件。三年来的运行表明：原敷设的机械接口铸铁管应用于空混气系统，运行状况良好。而且，由于原机械接口铸铁管最早是用于煤制气系统，故管道直径较大，中压末端压力仍可以维持在003MPa。因此，除部分承插式接口管道可采用PE管内插法等改造工艺进行改造外，现有中低压管网仍然可适用于天然气输配。 (2)调压装置及附属设施的适用性 以下是调压箱(RTZ-3150Q)以空气为介质的测试记录(表5)：表5进口压力(MPa)出口压力(MPa)流量(m3/h)0.0353.548.20.0352.550.2式中：Q待换算的气体流量，m3h； Qo空气的气体流量，m3h； o空气密度，取1293Kgcm3； 待换算的气体密度，m3h。 天然气的密度取0801 Kgcm3、空混气的密度取1862 Kgcm3、液化气(气态)的密度取234Kgcm3，计算可得表6：表6进口压力(MPa)出口压力(MPa)天然气流量(m3/h)空混气流量(m3/h)液化气(气态)流量(m3/h)0.0353.561.2140.1635.280.0352.563.7541.3837.3 厦门市利用该型号调压箱供气的户数为7080户，即7080户只调压箱。采用同时工作系数法计算：采用天然气气源时，80户用户需要的流量： Q=KNq (2)式中：Q流量，m3h；K两眼灶+燃气热水器的同时工作系数，取0172N用户数，取80户；q一两眼灶+燃气热水器的额定流量，取222m3h； 计算可得，Q=3054 m3h。 结合表6，气源转换为天然气时，调压箱(RTZ-3150Q)在工作条件下，所能通过的天然气流量6375m3h远远超过必须达到的流量3054m3h。因此，调压箱(RTZ-3150Q)完全满足天然气的流量要求。同样道理，对其他调压装置进行校核后，得知现有其他调压装置能适用于天然气。 现有的油密封阀，由于密封性能良好，仍然可用于新气源。 天然气气源虽然湿度小，但考虑施工过程中可能管道进水，为防止水堵，在管网适当位置设置少量凝水器。 对原使用中表量偏大的燃气表应更换。天然气的用户置换与原有输配系统的改造，需要切、调、同步、有机地结合。3 小结 综上所述，厦门市天然气与管道液化气(气化或混气)转换时，现有的中压输配管网及调压器等附属设施仍可利用，不具备互换性的燃具要根据实际情况，有计划地分期、分阶段实施更换。 稳定、安全、可靠、清洁的天然气将逐步成为城市燃气的主气源，天然气气化将成为城市燃气的发展趋势，目前采用液化气管道(气化或混气)供应方式的城市，将逐步转换为使用天然气。天然气与管道