LNG站储罐增压撬的设计过程

时间:2022-07-15 09:41:30

LNG站储罐增压撬的设计过程

摘要:本文通过详细介绍储罐增压撬的设计过程,从计算,定结构,确定储罐增压空温式汽化器,根据工艺流程设计撬的结构,最后形成LNG站储罐增压撬的加工图纸,从而完成储罐增压撬的设计工作。

关键词:LNG站 储罐增压空温式汽化器 八星翅片 储罐增压撬设计

LNG是英语liquefied natural gas的缩写中文叫液化天然气,主要成分是甲烷,LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性,其体积压缩比为:1:600,LNG的重量仅为同体积水的45%左右,热值为52MMBtu/t(1MMBtu=2.52×10^8cal),LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至-162℃,使之凝结成液体,天然气液化后大大节约储运空间和成本,是一种清洁、高效的能源,建设LNG站是很有发展前景的。

首先在这里先介绍下储罐增压撬在LNG站中工作原理:在LNG站中靠压力推动,低温液态LNG从储罐流向空温式气化器,气化为气态天然气后供应用户。随着储罐内LNG的流出,罐内压力不断降低,LNG出罐速度逐渐变慢直至停止。因此,正常供气操作中必须不断向储罐补充气体,将罐内压力维持在一定范围内(通常0.6Mpa),才能使LNG气化过程持续下去。储罐的增压是利用自动增压调节阀和自增压空温式气化器实现的。当储罐内压力低于自动增压阀的设定开启值时,自动增压阀打开,储罐内LNG靠液位差流入自增压空温式气化器(自增压空温式气化器的安装高度应低于储罐的最低液位),在自增压空温式气化器中LNG经过与空气换热气化成气态天然气,然后气态天然气流入储罐内,将储罐内压力升至所需的工作压力。利用该压力将储罐内LNG送至主空温式气化器气化,然后对气化后的天然气进行调压(通常调至0.4MPa)、计量、加臭后,送入城市中压输配管网为用户供气。

在自增压过程中随着气态天然气的不断流入,储罐的压力不断升高,当压力升高到自动增压调节阀的关闭压力(比设定的开启压力约高10%)时自动增压阀关闭,增压过程结束。随着气化过程的持续进行,当储罐内压力又低于增压阀设定的开启压力时,自动增压阀打开,开始新一轮增压,储罐增压撬在整个LNG站中起着至关重要的作用。

下面拿图1的工艺流程为例介绍整个撬的设计过程:

说明:淡蓝色线表示气态LNG;粉色线表示液态LNG(管线需要做保冷处理)。

此储罐增压撬工作压力0.7MPa,流量300Nm3/h。

在储罐增压撬的设计中,首先需要设计储罐增压空温式汽化器,首先将完成300Nm3/h气化量转化为气化器需要多大的换热面积:

1 换热面积计算公式

①天然气组分(%)。

②热值。

标准状态下:

低热值:37.57MJ/Nm3。

高热值:40.56MJ/Nm3。

③密度:0.7465kg/Nm3。

④比重:0.58。

⑤爆炸极限:上限15.03%;下限5.1%。

⑥华白指数:51.78MJ/Nm3。

⑦燃烧势:39。

符号说明:

F——汽化器换热面积,m2。

h——P1排液压力下的汽化潜热,kcal/kg。

P1——排液压力,MPa(绝对压力)。

设:P1=0.7MPa

K——传热系数,kJ/m2.h.℃

q——过热热,kJ/kg。

Q——传热量,kJ/kg。

V0——汽化量,Nm3/h。

T0——环境温度,K。

设:T0=273K

T1——介质进口温度,排液压力(绝对压力)下液体的饱和温度,℃。

T2——介质出口温度,℃;

ΔT1——进口温差,ΔT1=T0-T1,℃。

ΔT2——出口温差,ΔT2=T0-T2,℃。

ΔT——传热温差,K。

ΔT =(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2),℃。

γ0——标准状态密度,kg/Nm3。

γ’——饱和液体密度,kg/m3。

γ”——饱和蒸汽密度,kg/m3。

i”——饱和蒸汽热焓,kJ/kg。

i2——出口处热焓,kJ/kg。

传热温差计算

1.1 液相段传热温差

ΔT’=T0-T1

ΔT’=T0-T1=270.5-140=135.5K

1.2 汽相段传热温差

1.2.1 进口截面温差

ΔT1=T0-T1=270.5-T1

ΔT1=T0-T1=270.5-T1=270.5-140=135.5K

1.2.2 出口截面温差

ΔT2=T0-T2=10℃

1.2.3 汽相段传热温差

ΔT”=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)

ΔT”=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)

=(135.5-10)/ln(135.5/10)

=125.5/2.6

=48K

传热方程式

根据传热学原理,有传热方程式

Q=KFΔT

解得

F=Q/KΔT

分别写出液相段与汽相段的传热方程式

F’=Q’/ K’ΔT’=γ0V0h/ K’ΔT’

F”=Q”/ K”ΔT”=γ0V0(i2-i”)/ K”ΔT”

总传热面积:

F=F’+F”

根据上述方程式分别写出传热方程式

F’=Q’/K’ΔT’=γ0V 0h/K’ΔT’

F’=0.7167XV0X461.138/K’X135.5

=2.44XV0/K’

F”=Q”/K”ΔT”=γ0V0(i2-i”)/ K”ΔT”

F”=0.7167XV0X263.73/K”X48

=3.98XV0/K”

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