CNG工艺计算书.doc

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4464m（约 6.7 亩），设计供气能力为1.0万Nm/d。加气站总建筑占地面积为602.56m，总建筑面积为602.56m，其中站房为154.8m，辅助用房为86.4 m，加气罩棚为240.0m。站内主要配置额定排量为1000Nm/h 的压缩机2台（一开一备）、4000Nm/h 的卸气柱1台、储气井三口（2m*3个）、1m的污水罐1台，240Nm/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1012小时/天，则要求压缩机小时总排量为8401000 Nm3/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3.0MPa20MPa（表压）7排气压力25MPa8额定功率75kw9平均排气量1000Nm3/h10传动方式弹性连轴器直接驱动11进气温度3012排气温度不高于环境 1513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22额定工作压力20MPa3最大工作压力25MPa4设计压力27.5MPa5耐压强度37.5MPa6最大流量40Nm3/min7计量精度0.5%8环境温度-45+509单次计量范围09999.99 m3 或元10累计计量范围09999.99 m3 或元11单价预制范围0.0199.99 元/m312密度预制范围0.00010.999913读数最小分度值0.01 m3；0.01 元14电源220V15%50HZ1Hz15功率200W16管线14X217计量方式自动计量带夜光显示18防爆等级ExdemibAT419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12额定工作压力20MPa3最大工作压力25MPa4设计压力27.5MPa5耐压强度37.5MPa6最大流量40Nm3/min7计量精度0.5%8环境温度-45+509单次计量范围09999.99 m3 或元10累计计量范围09999.99 m3 或元11单价预制范围0.0199.99 元/m312密度预制范围0.00010.999913读数最小分度值0.01 m3；0.01 元14电源220V15%50HZ1Hz15功率200W16管线14X217计量方式自动计量带夜光显示18防爆等级ExdemibAT419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=1m，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1m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0.1MPa3工作压力常压4容积1m5）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 MPa25环境温度 -4060充装介质CNG公称容积 m32.0水压试验压力 MPa41.7气密试验压力 MPa25三、工艺计算1.基本参数1）设计压力：CNG工艺系统设计压力：27.50 MPa。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： -10.003）充装温度： 35.004）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1000m）；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1000m/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5 m/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1.2 MPa时，Z取1）1)CNG管道管径：P1=20 MPa，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=2.5 MPa，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=0.9415.6mm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tsD0/6时， 管道的设计厚度（2）=计算厚度（或ts）+腐蚀裕量（不锈钢：0）管道的名义厚度（3）=设计厚度（2）/（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） t在设计温度下材料的许用应力（MPa，不锈钢为137 MPa） 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p0.4t时：管道的设计厚度（2）=计算厚度（或ts）+腐蚀裕量（不锈钢：0）管道的名义厚度（3）=设计厚度（2）/（1-壁厚负偏差12.5）-腐蚀裕量（不锈钢：0）管道的有效厚度（4）管道应力计算：1t强度试验校核：20.9sP设计压力（MPa） t在设计温度下材料的许用应力（MPa，不锈钢为137 MPa）Di管道内径（mm） 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）S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27.5 MPa，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=6.3ts=3.54 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：23.5403.54 mm名义厚度（壁厚负偏差为12.5%）：33.54 /（1-0.125）4.05 mm。方法2：t137 MPaPc0.4t计算压力Pc27.5 MPa0.4t0.4137154.8 MPa计算厚度：=2.91 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：22.9102.91 mm名义厚度（壁厚负偏差为12.5%）：32.91/（1-0.125）3.33 mm。设计最终选取D32管道的壁厚为6mm，有效厚度为:46（1-0.125）-05.25mm管道应力计算：1=82.16 MPa137 MPa强度试验校核：2123.2 MPa0.9s0.9205=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=9.5ts=0.73 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：20.7300.73 mm名义厚度（壁厚负偏差为12.5%）：30.73 /（1-0.125）0.83 mm。方法2：t137 MPaPc0.4t计算压力Pc2.5MPa0.4t0.4137154.8 MPa计算厚度：=0.63 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：20.6300.63mm名义厚度（壁厚负偏差为12.5%）：30.63/（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:43.5（1-0.125）-03.06mm管道应力计算：1=30.16 MPa137 MPa强度试验校核：245.2 MPa0.9s0.9205=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=4.2ts=2.37 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：22.3702.37 mm名义厚度（壁厚负偏差为12.5%）：32.37 /（1-0.125）2.71 mm。方法2：t137 MPaPc0.4t计算压力Pc27.5 MPa0.4t0.4137154.8 MPa计算厚度：=2.16 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：22.1602.16 mm名义厚度（壁厚负偏差为12.5%）：32.16/（1-0.125）2.47 mm。设计最终选取D25管道的壁厚为3.5mm，有效厚度为:43.5（1-0.125）-02.67mm管道应力计算：1=113.6 MPa137 MPa强度试验校核：2=170.4 MPa0.9s0.9205=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=3.7ts=2.09 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：22.0902.09 mm名义厚度（壁厚负偏差为12.5%）：32.09 /（1-0.125）2.39 mm。方法2：t137 MPaPc0.4t计算压力Pc27.5 MPa0.4t0.4137154.8 MPa计算厚度：=1.90 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：21.9001.90 mm名义厚度（壁厚负偏差为12.5%）：31.90/（1-0.125）2.17 mm。设计最终选取D22管道的壁厚为3.0mm，有效厚度为:43.0（1-0.125）-02.63mm管道应力计算：1=104.6 MPa137 MPa强度试验校核：2=153.2 MPa0.9s0.9205=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=2ts=1.18 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：21.1801.18 mm名义厚度（壁厚负偏差为12.5%）：31.18 /（1-0.125）1.35 mm。方法2：t137 MPaPc0.4t计算压力Pc27.5 MPa0.4t0.4137154.8 MPa计算厚度：=0.95 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm）：20.9500.95