城镇燃气输配系统无燃烧放散装置设计探讨

城镇燃气输配系统无燃烧放散装置设计探讨　口深圳市燃气集团股份有限公司（５１８１７２）王坤　摘　要：　在城镇燃气输配系统日常作业时通常会将管段内余气做放散燃烧，这一过程一方面排放大量　ＣＯ。，另一方面，为满足放散点与周围建筑物、绿化等消防安全间距要求，通常较难选择放散　点。本文以天然气压缩机为基础，在如何提高放散作业安全性和经济性方面提出无燃烧放散装置　的设计思路并做方案初步设计和经济性分析。　关键词：　输配系统余气天然气压缩机无燃烧放散初步设计　１　问题提出　在城镇燃气输配系统日常运行过程中经常遇到管　道日常接驳（动火作业）、检修、抢修等作业。在作　业之前，为保证作业安全，通常会将作业管段内的余　气做放散燃烧。这一过程通常会造成大量天然气浪费　并增加温室气体排放量。据统计，１９７０年一２００４年，　３４年期间大气中温室气体排放增加了７０％。２００７年大　气中ＣＯ２、ＣＨ４浓度分别达Ｎ３８３　Ｘ　１０～、１　７８９　Ｘ　１０一，　提高供气的稳定性和可靠性，一般会考虑将管网成环　布置，而且为便于日后燃气管道接驳、检修等作业，　阀门两侧通常会预留　１２．５、中２５、中５０大小不等的　放散阀。　当管网内局部管段需要停气检修时，将待作业管　段两端（上下游）的阀门关闭，然后使用天然气压缩　机将待作业管段内（已成局部封闭状态）的余气从放　散阀内抽出、加压至一定压力后通过已关闭阀门另一　侧的放散阀输送至尚在运行中的管道内继续使用。同　时，通过已经设置好的压力监控单元监控正在运行中　的燃气管道末端用户侧的使用压力，以不超过运行压　力０．２０ＭＰａ为宜。　比人类工业前分别上升３７％和１５６％。因此，如　何研究并采取有效措施减少以二氧化碳、甲烷为代表　的温室气体的排放量，其重要性日益明显。【１】　另外，随着各地城镇化程度的不断提高，城市人　口、车辆、各种建筑物、道路绿化等密度不断增加，　３　无燃烧放散装置方案初步设计　３．１放散装置工艺流程图　而地下燃气管道大都沿人行道或绿化带铺设。为保证　消防安全，在实施放散燃烧作业过程中经常面临无法　选择放散点的困难局面。在这种情况下，极需要开发　设计一种不需要通过燃烧就能对管道内余气进行放散　的装置　在设计思路上考虑在该装置上设置两个系统，分　别实现两种功能：　（１）余气回收：对地下燃气管道内残余天然气　进行回收；　（２）氮气置换、试压作业：在不使用压缩机的　２　设计思路　人们在对城镇地下燃气管网做布局设计时，为了　情况下通过氮气瓶组向管段内充人氮气，实施氮气置　换作业或管道系统压力试验作业。　８　｝城市燃气．月刊　王坤・城镇燃气输配系统无燃烧放散装嚣设计探讨　ＶＩ、Ｖ２：地下管网控制阀　Ｒ１一Ｒ４：地下管网放散阀　Ｇ１一Ｇ７：余气回收系统控制阀　①压力表　①温度表　图１无燃烧放散工艺流程　３．２工作过程模拟　（２）开启作业管段放散阀Ｒ３，关闭系统控制阀　Ｇ１、Ｃ３、Ｇ５、Ｇ６，保持Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４处于关闭状态；　３，２．１作业管段内余气回收工作过程　（１）如图１中红色线段所示，当需要对作业管段　停气检修时，首先关闭该管段上下游控制阀门ｖ１、　（３）缓慢开启氮气瓶组各钢瓶角阀，然后按顺　序缓慢开启系统控制阀Ｇ２、６；４、Ｇ７，向作业管段内　注入氮气，同时通过Ｇ６处的压力表观察管段内压力上　升情况，直至达到置换要求的压力为止。　３．３压缩机选型要求　１　Ｖ２，然后使用高压软管分别将作业管段放散阀Ｒ２与　回收系统吸气端控制阀Ｇ６连接、将作业管段放散阀　Ｒ１与回收系统吸气端控制阀Ｇ３连接；　（２）开启作业管段放散阀Ｒ２，开启系统控制阀　Ｇ１、Ｇ３、Ｇ５、Ｇ６，关闭系统控制阀Ｇ２、Ｇ４、Ｇ７；　保持Ｒ３、Ｒ４处于关闭状态。　（３）开启压缩机，当压缩机出口压力上升至　３．３．１压缩机选型遵循原则　（１）管内余气与压缩机的排气量要合理匹配　回收系统的输气能力，应符合实际需要。输气能　力的过分富裕或严重不足，在经济上都不合算。应结　０．３ＭＰａ后缓慢开启与作业管段相邻的用户端所在的　合生产实际情况合理地确定所配置压缩机的排气量。　燃气管段的放散阀Ｒ１，通过Ｒ１将作业管段内的余气　缓慢注入用户端管网内；在此过程中，需要随时监控　（２）所选压缩机要能适应一定范围的吸气压力　区间　压缩机出口气体压力、温度及管网末端用户处使用压　力，保证压缩机出口燃气温度不超过５０％，管网末端　用户处使用压力不超过０．２ＭＰａ。　所选压缩机应能适应一定范围内不同的管网压　力，当压缩机启动后能自如地应对管网压力的下降；　最低吸气压力最好能控制在０．０２ＭＰａ，这样可最大程　３－２．２实施氮气置换作业工作过程　度的将管内余气抽出。　（３）压缩机的运行可靠性与转速、行程的择取　（１）按照相关作业规范要求对作业管段实施氮　气置换时，通过高压软管将氮气瓶组与系统控制阀Ｇ２　制阀Ｇ７连接；　首位要素当推运行可靠性。压缩机的可靠性与结　转速、行程的择取应很慎重。　相连接，使用软管将作业管段放散阀Ｒ３与回收系统控　构参数，特别是其中的转速，有很紧密的关系。故而　２０１１／１１总第４４１期ｌ　９　（４）冷却及气缸润滑方式　压缩机气缸采取风冷或自然冷却，这种冷却方式　能适应广泛的环境条件，优越性突出。　表１无燃烧放散装置成本构成及静态投资回收期限表　无油润滑压缩机对气体的油污染是最小的，合　理的选择应该是采用无油润滑压缩机；但限于国内润　滑材料的制约，要实现可靠性较高的无油润滑尚不成　率）】÷使用年限，其中，残值率取４％，使用年限　４　４００元。　熟，建议企业以可靠性为主选择有油或少油润滑压　取１０年。计算得年折旧费为１缩机。　（５）安全要求　天然气压缩机压缩介质是烃类气体的混合物，因　此，安全问题比较突出。天然气所处空间压力、温度　越高，则爆炸范围越大，特别是压力影响很显著。随　着压力的增高，爆炸下限能基本保持不变，而上限却　大大增加。在满足上述工艺要求的前提下，所选压缩　机应能满足防爆要求。　（６）排气温度的　天然气组成主要是烷烃，为了减少油气碳化和着　火的危险，排气温度宜控制在１４０　ｃ（＝以下。　３．３．２压缩机选型　根据以上原则结合本公司实际生产情况选择国内　某厂家ｗ系列天然气压缩机，该压缩机基本参数如下：　①进气压力范围０—０．１ＭＰａ，出气压力范围０．１ＭＰａ一　０．５ＭＰａ；　②最大处理气量：１　０００Ｎｍ３／ｈ；　③控制方式：全自动；　④气源：天然气；　⑤冷却方式：风冷；　⑥润滑方式：注油润滑；　⑦尺寸：３ｍ×２．５ｍ×１．５ｍ（长、宽、高）；　⑧动力方式：５５ｋＷ柴油机。　４经济性分析　由于各地天然气价格水平相差较大，在此以深圳　市天然气价格为例对该装置的经济性进行分析。目前　深圳市居民用天然气价格为３．５元／ｍｓ。　在成本核算中关于能量消耗方面，主要考虑使用　该装置工作时压缩机消耗的能量，不考虑对该系统移　动时动用的拖曳车辆消耗的能量。　（１）年折旧费＝【固定资产投资额×（１一残值　１０　ｌ城市燃气．／￣１：Ｎ　（２）柴油机热效率取４０％，深圳地区柴油价格　为每升７．５１元；　（３）２０１０年，深圳市龙岗片区地下燃气管道　相关接驳维修作业统计数字表明：全年作业量近２００　次、按平均每次作业燃烧放散余气１００ｍ３估算，全年　可回收余气２０　０００ｍ３；　（４）设备维修费取经验值，平均每年按２　０００元　计　５　结论　（１）将该装置应用于城镇燃气管网输配过程中　的日常作业，不仅可以缩短作业管段内余气放散时间、　提高工作效率，而且有相当的经济效益和社会效益；　（２）天然气压缩机选型成功与否直接决定着该　系统在实际生产中是否有较大的应用范围（尽管每次　作业涉及的作业管段的压力相差不大，但每次作业产　生的余气量差别较大），因此，在设备选型上应结合　公司实际生产状况与压缩机厂家做充分沟通，必要时　可提出相应技术参数交厂家定制。　（３）本文所有的计算分析均以中压输配管网为　例，涉及次高压级以上管网系统时需根据实际条件做　相应核算。