1、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
2、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
3、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
4、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0.00010.999
5、913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
6、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
7、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
8、,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)/193.2
9、5=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
10、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
11、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/
12、(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
13、)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(O6Cr1
14、8Ni10),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
15、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
16、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
17、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 mm名义厚度(壁厚负偏差为12.5%):30.95/(1-0.125)1.09 mm。设计最终选取D12.管道的壁厚为3mm,有效厚度为:43(1-0.125)-02.63mm管道应力计算:177.6 MPa137 MPa强度试验校核:2116.3 MPa0.9s0.9205=184.5Mp经过管道应力计算和强度试验校校核,D12.7选取3mm的壁厚满足设计要求。4CNG气瓶罐车及牵引车头数量计算根据本CNG站CNG罐车有效运转时间确定本CNG加气站需配备2组CNG气瓶罐车撬及一部罐车牵引车头能满足站内正常供气运行要求。