2管道供气改进'> CO2管道供气改进

摘要：天气寒冷状态下，CO2管道供气出现压力不稳、减压阀组前管路压力升高等异常情况。文章对产生CO2管道供气出现压力不稳的原因进行了分析，并找到了相应的解决方法，达到良好的效果。

关键词：CO2管道供气；减压阀组；压力不稳；加热装置

中图分类号：TH777 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）11-0044-02

我司的CO2供气系统出现了一些普遍的问题，因广州温度普遍偏高，CO2气站最初规划时未考虑到广州冬天个别寒冷天气的情况，导致在一些温度较低的时候，CO2管道供气出现供气压力不稳的情况，严重影响了生产。

1 管道供气的基本情况

CO2贮罐正常压力为2.0MPa左右，液体经空气气化器等气化后，再经调压阀调至使用压力0.5～0.7MPa后输送到用气点使用，使用压力可根据具体要求设定，气化器根据最大用量确定，本方案按300m3/h选用，200m3/h气化器一台，压力2.5MPa。气化器采用两组调压阀门（一台备用）来进行调压。

2 事故的情况描述

广州出现低温天气情况下（5℃），CO2管道供气出现供气压力不稳的情况，同时减压阀前管路压力上升，无法满足施工要求，严重影响了生产。

3 事故的原因分析

现在关于CO2管道供气这一区域的相关文章很少，相关资料较少，我从普莱克斯气体厂和广州气体厂获得了一些资料，根据这些资料推断出产生这种情况的原因，并找到解决的办法 。

（1）因为广州天气湿度较大，在冬天气温降低时，CO2管道的气化器的散热片上更容易积冰，而根据传热学的相关知识，积了冰的气化器的传热效果更差，更加加剧了CO2从外界吸热的不足，导致液态的CO2无法很快地气化，从而导致供气压力不稳。

（2）经过气化器后的液态CO2压力降低，并且在管路里会形成局部低温，二氧化碳状态接近在三相点附近，局部低温区域二氧化碳会开始固化结冰，造成减压阀的堵塞。

（3）减压阀后的管路压力进一步降低，如果仍然无法从外部吸取热量，会形成更多的干冰，而到了供气区域时，不断有干冰吸收外部热量而气化，引起压力的变化。

4 事故的处理方法

从以上分析可以得知，在低温环境温度状态下，气化器无法提供足够的CO2气化所需的热量，对生产造成了很大的影响。我查了相关资料，大体计算出了环境温度为5℃时，文冲船厂正常生产需要的CO2气化所需的额外能量（除了从气化器获得的能量外）。

根据文冲船厂CO2管道供气情况进行计算，主要参数如下：

管输气态CO2：R=1500m3/天

每天工作时间T=8小时

每个小时供气态CO2量：=188m3/小时

故选用气化器200m3/h、压力为2.5MPa的气化器即可。

我从普莱克斯气体厂的技术文件里查找到了CO2三相图，据此分析了气化不良的原因：储罐里CO2压力在20kg左右，温度在-30℃左右。在环境温度很低的情况下，液态CO2经过气化器后气化不完全，而液态CO2出了气化器后，压力开始降低到10kg，温度也因为大部分CO2的气化吸热开始降低，也可能会气化吸热造成局部低温，这时候未气化的CO2状态接近在三相点附近，局部低温区域CO2会开始固化结冰，造成减压阀的堵塞。

广州最低温度不超过5℃，下面详细分析了在该环境温度、气化器结冰状态下CO2完全气化所需的热量（除去气化器获得的能量）。

4.1 首先计算出CO2气化所需的热量

查资料所需参数：

CO2在-28.9℃气化潜热：r=301.7kJ/kg

CO2比热：c=0.85 kJ/（kg℃）

我单位每小时CO2流量q=180m3/h

CO2出气化器后温度t2=-10℃，罐CO2温度t1=-30

每小时气化所需热量：

N=[q×ρ×r+q×ρ×（t2-t1）]×0.277×10-3=31.21kW

4.2 分析在常温下气化器传热能量过程

气化器基本参数：肋化系数β=13，肋臂总效率η=0.9，管厚δ=0.003m，材料导热系数λ=200w/（m×k），压缩后CO2对管对流换热系数a1=150w/（m2×k），气体对流换热系数a2=150w/（m2×k），气化器管长表面积s=3.29m2。

加肋时气化器传热系数：

=104.9 w/（m2×k）

相比于CO2液体到固体潜热，CO2温度升高所需热量是比较小的。可大致算出气化器内外温差：

=25.5℃

因储罐温度大多在-28℃左右，如气化器正常，环境温度在0℃左右可满足气化要求。

4.3 分析在气化器结冰状态下环境温度为5℃传热能量过程

?t=5-（-28）=33℃

结冰状态下主要影响的是管道的传热系数，冰传热系数为2.22w/（m2×k），假设管壁结冰为2mm，结冰影响主要是管壁结冰造成导热系数的降低和冰对空气对流换热系数低于铝对空气的换热系数，冰对空气导热系数为a3=13w/（m2×k）。

环境温度为5℃，气化器结冰时总传热量为：

=28251w

可以看出能量缺少3kW左右。

4.4 后端补充电加热式方式

为了给CO2气化系统补充热量以供气化，气化器气体出口端加装一盘管，放置在水槽中，水槽中水用电加热器加热，加热器采用6kW电炉丝，开关选用温控开关，当水槽中水温度低于60℃时自动接通，高于60℃时切断。

5 效果

加热装置加上后，整个CO2系统工作稳定，即使在极寒的天气下，CO2管路压力都能保持稳定，充分保证了生产，达到了很好的效果。

6 结语

以后随着生产规模的继续扩大，应该积极想好对策对现有供气系统的改造，增加CO2供气规模，才能满足生产的需要，扩大常温气态CO2的供气流量（m3/h）。同时进一步掌握有关设备性能、特性，提高利用率。

参考文献

[1]安娜-玛丽娅.传热学[M].大连：大连理工出版社，2008.

[2]王保国.气体动力学[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

作者简介：周明超（1979―），男，河南温县人，广州文冲船厂有限责任公司质检员，工程师，研究方向：热能与动力工程。