CNG实用工艺计算书

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4464m²（约6.7 亩），设计供气能力为1.0万Nm³/d。

加气站总建筑占地面积为602.56m²，总建筑面积为602.56m²，其中站房为154.8m²，辅助用房为86.4 m²，加气罩棚为240.0m²。

站内主要配置额定排量为1000Nm³/h 的压缩机2台（一开一备）、4000Nm³/h 的卸气柱1台、储气井三口（2m ³*3个）、1m³的污水罐1台，2～40Nm³/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1.0万Nm3/日。

按正常情况考虑，本站有效加气时间为10～12小时/天，则要求压缩机小时总排量为840～1000 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 3.0MPa～20MPa（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≤30℃12 排气温度不高于环境15℃13 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℃～+50℃9 单次计量范围0～9999.99 m3或元10 累计计量范围0～9999.99 m3或元11 单价预制范围0.01～99.99 元/m312 密度预制范围0.0001～0.999913 读数最小分度0.01 m3；0.01 元值14 电源220V±15%50HZ±1Hz15 功率<200W16 管线Φ14X217 计量方式自动计量带夜光显示18 防爆等级ExdemibⅡAT419 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项目技术参数备注序号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℃～+50℃9 单次计量范围0～9999.99 m3或元10 累计计量范围0～9999.99 m3或元11 单价预制范围0.01～99.99 元/m312 密度预制范围0.0001～0.999913 读数最小分度值0.01 m3；0.01 元14 电源220V±15%50HZ±1Hz15 功率<200W16 管线Φ14X217 计量方式自动计量带夜光显示18 防爆等级ExdemibⅡAT419 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=1m³，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1m³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1m³5）储气井本项目储气系统用于储存高压压缩天然气，以便节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MPa 25 环境温度℃-40~60充装介质CNG 公称容积m3 2.0水压试验压力MPa 41.7 气密试验压力MPa 25三、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： -10.00℃ 3）充装温度： ≤35.00℃ 4）工艺管道设计流速工艺管道设计流速：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 ³）； 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 ³/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：36004100010⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=P Z P Q d νπd —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 ） ν—气体流速（m/s ）Z —压缩因子（压力小于1.2 MPa 时，Z 取1）1)CNG 管道管径：P1=20 MPa ，流量为1000Nm3/h ：36004100010⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=P Z P Q d νπ＝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)/193.25=1.52 查得压缩系数为：Z=0.9436004100010⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=P Z P Q d νπ＝15.6mm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ts ＜D0/6时，[]()PYE PD t j t s +=σ20管道的设计厚度（δ2）=计算厚度（δ或ts ）+腐蚀裕量（不锈钢：0） 管道的名义厚度（δ3）=设计厚度（δ2）/（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 ）[σ]t —在设计温度下材料的许用应力（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p ≤0.4[σ]t φ时：δ＝[]P pD t i-Φσ2 管道的设计厚度（δ2）=计算厚度（δ或ts ）+腐蚀裕量（不锈钢：0）管道的名义厚度（δ3）=设计厚度（δ2）/（1-壁厚负偏差12.5％）-腐蚀裕量（不锈钢：0）管道的有效厚度（δ4）管道应力计算：σ1＝442)(δδ+i c D p ＜[σ]t强度试验校核：σ2＝442)(δδ+i T D p ＜0.9σs φP —设计压力（MPa ）[σ]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 ） φ—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 ）σS —材料在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=6.3＞δts ＝[])(20pY pD t +Φσ＝)4.05.271137(2385.27⨯+⨯⨯⨯=3.54 mm 设计厚度（腐蚀裕量取0mm ）：δ2＝3.54＋0＝3.54 mm 名义厚度（壁厚负偏差为－12.5%）：δ3＝3.54 /（1-0.125）＝4.05 mm 。

方法2：[σ]t ＝137 MPa Pc ≤0.4[σ]t φ计算压力Pc ＝27.5 MPa ＜0.4[σ]t φ＝0.4×137×1＝54.8 MPa计算厚度：δ＝[]p pD ti -Φσ2＝5.2711372265.27-⨯⨯⨯=2.91 mm设计厚度（腐蚀裕量取0mm ）：δ2＝2.91＋0＝2.91 mm 名义厚度（壁厚负偏差为－12.5%）：δ3＝2.91/（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:δ4＝6×（1-0.125）-0＝5.25mm管道应力计算：σ1＝442)(δδ+i c D p ＝25.52)25.526(5.27⨯+⨯=82.16 MPa ＜137 MPa 强度试验校核：σ2＝442)(δδ+i t D p ＝25.52)25.526(5.275.1⨯+⨯⨯＝123.2 MPa ＜0.9σs φ＝0.9×205=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=9.5＞δts ＝[])(20pY pD t +Φσ=0.73 mm 设计厚度（腐蚀裕量取0mm ）：δ2＝0.73＋0＝0.73 mm 名义厚度（壁厚负偏差为－12.5%）：δ3＝0.73 /（1-0.125）＝0.83 mm 。