⑵管道内径的确定
①气瓶支管内径的确定:
从上述的计算可知,直接和气瓶相连的Φ6支管可允许半小时将至少3个气瓶的气量放空,所以为了保证一个气瓶的天然气在半小时放空,采用Φ6支管是合适的。
②高压瓶组主管道的内径计算
高压瓶组的气瓶40支,储气500Nm3,要在半小时的时间里将这些天然气放空,所需主管道内径可由下式确定。
(500Nm3/125)÷(15m/s×π×dg2/4)=1800s
由此得 dg=0.0137m=13.7mm
考虑到压力取壁厚1.2,经园整后可取不锈钢无缝钢管Φ16×1.2。(由此可见,前面所假定的Φ12×1.5 ,内径Φ9的主管道在这里是不适用的。)
③中压瓶组主管道的内径计算
中压瓶组的气瓶80支,储气1000Nm3,要在半小时的时间里将这些天然气放空,所需主管道内径可由下式确定。
(1000Nm3/125)÷(15m/s×π×dz2/4)=1800s
由此得 dz=0.0194m=19.4mm
考虑到压力取壁厚1.5,经园整后可取不锈钢无缝钢管Φ22×1.5。
④低压瓶组主管道的内径计算
低压瓶组的气瓶120支,储气1500Nm3,要在半小时的时间里将这些天然气放空,所需主管道内径可由下式确定。
(1500Nm3/125)÷(15m/s×π×dd2/4)=1800s
由此得 dd=0.0238m=23.8mm
考虑到压力取壁厚1.5,经园整后可取不锈钢无缝钢管Φ26×1.5。
⑤放空总管的内径计算:
要在半小时的时间里将3000Nm3的天然气放空,所需放空总管的内径应由下式确定。
(3000Nm3/125)÷(15m/s×π×d2/4)=1800s
d2=20×4÷(1800×15×π)
由此得 d=0.0336m=33.6mm
园整后钢管至少应取Φ45×5。
⒌ 安全阀的选型
⑴对安全阀的要求
①阀达到极限压力时,应及时且无阻碍的开启,阀的全开位置应稳定、无震荡现象;
②阀在规定压力下处于开启状态时,放出的工作介质量应等于压缩机的排气量;
③当压力略低于工作压力时,阀应当关闭;
④阀应当在关闭状态下保证密封。
⑵排出介质的方式,选为闭式安全阀,即通过管系将压缩天然气排空。
⑶控制元件,选为弹簧式。
⑷开启方式,为全启式,因为用于事故泄压排气量很大。
⑸开启压力,一般取系统工作压力的1.10~1.15倍。
⑹流量计算:
在计算安全阀时,应先确定工艺所需的泄放量。造成设备超压的原因:一是受热膨胀;二是火灾;三是运行故障;四是驱动机超速;五是进口天然气超压等。确定安全阀的泄放量时,应视工艺过程的具体情况确定,并按可能发生危险情况中的最大一种考虑,但不应机械地将各种不利情况考虑在同一时间发生。
对于储气瓶组来讲,仅可能有前三种情况。一是夏季太阳直射,温度急剧升高,使气体受热膨胀;二发生火灾;三,压缩机系统最高排气压力传感器和末级排气管道上的安全阀同时失灵,不能停机,这种几率很小。所以我们重点分析前两种情况。
1、 阳光直射的情况:
假定阳光直射后储气瓶组的气体温度上升到50℃,依据气态方程
P1V1/T1=P2V2/T2
式中 V1=V2为气瓶的水容积;
P1=P为常温(20℃)下的气瓶中的气体压力,也是气瓶的工作压力;
P2为阳光下(假定温度为50℃)的气瓶中气体的压力;
T1=273.15+20=293.15为常温时的气体绝对温度;
T2=273.15+50=323.15为阳光照射时的气体绝对温度。
从上式可得:
P2/ P1= T2/ T1=323.15/293.15=1.10
由此可知,阳光直射时的气瓶中的气体压力仅为工作压力的1.10倍,还不到气瓶的设计压力(1.15P)和水压试验压力(1.50P),应该是安全的。当然也可将安全阀的开启压力设定为1.10P。
2、 发生火灾时:
发生火灾时,气瓶周围环境温度急剧升高,瓶内气体也会受热膨胀,使压力迅速升高。因此依据标准必须在半小时内,将气瓶组内的压缩天然气全部排空。那么三组气瓶的安全阀的排量应分别是1000Nm3/h、2000 Nm3/h、3000 Nm3/h。显然按照这个排量去选安全阀是不正确的,因为这仅是每个气瓶组的最大排量,随着瓶内气量的减少排量会迅速减小。因此仍然取压缩机的排量作为气瓶组安全阀的最大安全泄放量比较合适。只是这时仅靠安全阀排空是不够的,还必须迅速打开和安全阀并联的手动针阀。
压缩机系统的安全阀通常是根据阀座最小通道面积,及系统中的气体压力和温度来选用。每一级安全阀的最小通道面积,均按接近临界流速时的流量等于压缩机的容积流量(排气量)进行计算。换句话说,在压缩机系统中,最大安全泄放量取压缩机的排气量。所选择的安全阀的排放能力至少应等于最大安全泄放量。
根据国家标准GB12243-89《弹簧载荷式安全阀》,可按下式计算得出安全阀的最小通道面积:
L=10PC(M/ZT)0.5KgA
式中 L--安全阀额定排量,Kg/h,取466.05Kg/h (650 Nm3/h×0.717Kg/ Nm3);
P--排放压力,Mpa, P=1.1PK+0.1(PK为开启压力);
C--等熵指数K的函数,C=3.948[K(2/(K+1))(K+1)/(K-1)]0.5,
天然气K=1.3,由此计算得C=2.63;
M--气体的分子量,g/mol,计算得M=16g/mol;
Z--气体在阀前状态下的压缩性系数,Z≈1;
T--阀前气体的绝对温度,K,取T=411K;
Kg--额定排量系数,对于微启式安全阀可取0.16
A--安全阀的最小通道面积,mm2,A=0.785do2(do为喉部直径,mm);
当PK=28.5 Mpa时,计算得do=5,
应选安全阀型号为A21Y-320P DN15。
⒍ 手动针阀的选型
系统正常工作时,放散系统长时间不起作用,所有阀件都要确保系统的密封性,因此选用气密性较高的手动针阀比球阀更合适。
根据标准要求,阀件的压力等级应选用比系统压力高一个等级。其通径应和其所连接的管道相同。
⒎ 结论
⑴每个气瓶的支管采用Φ6的不锈钢管可以满足要求。
⑵每个气瓶组(高、中、低压)的管汇应逐级增大,每一个储气单元(40支气瓶,为8支×5层排列)中,每层8支气瓶的主管道采用Φ12的不锈钢管是合适的,5层气瓶汇合后的主管道至少应增大到Φ16,这也是高压瓶组的情况;中压瓶组是由两个储气单元组成的,两个单元汇合后的主管道应增大到Φ22;低压瓶组是由三个储气单元组成的,汇合后的主管道至少应取的钢管。如果为了工艺简单一些,三组气瓶也可采用统一规格的主管道,如Φ26的管汇系统。
⑶放空总管的管径应在计算值的基础上,根据其高度综合考虑钢管的刚度和稳定性,必要时还应再加大。
⑷每个气瓶组应设置一个针阀(和安全阀并联),针阀的位置应尽可能的接近储气单元,以保证设备正常运行时,储气单元以外的管汇和放空管中没有高压天然气,确保储气装置的安全。
⑸图中三个球阀主要用于高压加气管道系统和售气机维修时切断气源用,系统正常工作期间,处于常开状态。
四、安全放散系统的正确操作
⒈ 安全阀第一次安装前应经当地安检部门鉴定,以后为了避免阀件锈蚀而失效,至少每五年检测鉴定一次。
⒉ 系统正常运行过程中应经常注意泄压阀和安全阀的工作是否正常。
⒊ 安全阀上的鉴定铅封不得随意拆除,更不许私自调整开启压力。
⒋ 应经常检查维护并保持放散系统管路的通畅。
⒌ 泄压装置的通道或其他可能影响装置作用的部件,不应当被油漆或积聚的赃物堵塞;
⒍ 只有取得资质的人员才能操作维修安全泄压装置;
⒎ 检修泄压装置时只能使用原组件或原制造商的零件,除非替代的其它零件经过检验被证明是合格产品。
从上面可以看到,安全放散系统是CNG加气站上的一个重要环节,如果设置不好,或者操作维护不当,经常会产生故障,严重影响加气站的安全运行,必须引起高度重视。