第一篇：液化天然氣工廠生產(chǎn)裝置及工藝技術(shù)研究論文

摘要：為了滿足液化天然氣工廠的可持續(xù)發(fā)展要求，本文將從概況、工藝技術(shù)分析、LNG工廠主要設(shè)備這三方面入手，就這類工廠的工藝裝置展開論述。

關(guān)鍵詞：液化天然氣工廠;生產(chǎn)裝置;工藝技術(shù);可持續(xù)發(fā)展

1概況

鹵陽湖LNG工廠屬于基本負(fù)荷型液化天然氣工廠。日處理天然氣30×104m3，LNG日平均產(chǎn)量197.8t，裝置正常生產(chǎn)的波動(dòng)范圍為50～110%，LNG儲(chǔ)罐的容積為5000m3，生產(chǎn)的LNG由專用運(yùn)輸車通過公路運(yùn)輸至各LNG接收站。氣源通過中石油煤層氣管道輸送至工藝裝置區(qū)，以1.5～1.7MPa，溫度范圍為3～20℃的工藝條件經(jīng)計(jì)量調(diào)壓后進(jìn)入壓縮機(jī)增壓，壓力穩(wěn)定在4.9MPa進(jìn)入裝置進(jìn)行處理。原料氣主要組分如下表所示。

2工藝技術(shù)分析

鹵陽湖液化天然氣工廠主要包括天然氣壓縮、天然氣預(yù)處理、液化、儲(chǔ)存及裝車、BOG回收系統(tǒng)。2.1天然氣預(yù)處理系統(tǒng)（1）脫碳系統(tǒng)二氧化碳在液化過程中極易形成干冰，堵塞管道，為滿足低溫工作狀態(tài)的要求，天然氣經(jīng)過脫碳系統(tǒng)凈化后CO2的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)低于50×10-6，H2S體積分?jǐn)?shù)應(yīng)低于4×10-6，硫化物總質(zhì)量濃度低于10mg/m3。工廠脫碳單元采用了MDEA+活化劑的方式進(jìn)行脫碳，為一段吸收一段再生流程，MDEA和水形成的混合溶液配比MDEA為40%，活化劑為5%，脫鹽水為55%。（2）脫水系統(tǒng)天然氣液化的溫度非常低，對(duì)含水量要求相應(yīng)很高，主要是防止天然氣中水分析出，在液化時(shí)結(jié)冰，使管道和儀表閥門發(fā)生凍堵、同時(shí)，由于該工作機(jī)制中存在著一定量的液態(tài)水，導(dǎo)致腐蝕作用下的壓力管道及相關(guān)器件工作性能受到了潛在威脅，無形之中加大了應(yīng)力腐蝕問題發(fā)生率。因此，應(yīng)采取深度脫水的方式予以應(yīng)對(duì)，且要求脫水后的天然氣中含水量為1×10-6。采用兩塔分子篩脫水工藝，選用4A分子篩，分子篩對(duì)一些化合物的吸附強(qiáng)度按以下順序遞減：H2O＞NH3＞CH3OH＞CH3SH＞H2S＞COS＞CO2＞CH4＞N2,所以水較各種硫化物更有限強(qiáng)烈吸附，同時(shí)，在4A分子篩的支持下，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水與CO2等雜質(zhì)的吸附處理。在此期間，分子篩凈化作用的充分發(fā)揮，一定程度上給予了脫碳裝置的穩(wěn)定運(yùn)行相應(yīng)的支持。正常生產(chǎn)中，一塔吸附，一塔再生、冷吹。雙塔之間的切換通過DCS時(shí)序程序控制，循環(huán)周期為16小時(shí)。分子篩再生采用降低壓力提高溫度的方法達(dá)到吸附床再生的目的，再生氣經(jīng)過換熱器將溫度提高至280℃，自下而上通過分子篩，使水分脫附，且通過對(duì)床層的針對(duì)性處理，可使干氣有著良好的質(zhì)量。此時(shí)，在冷卻、降溫的配合作用下，可使經(jīng)過處理后的床層應(yīng)用中具備了吸附能力，進(jìn)而在冷吹的作用下，可增強(qiáng)分子篩熱量的散失效果。再生氣/冷吹氣均來自脫汞系統(tǒng)后液化冷箱前的凈化氣，通過換熱器的旁路進(jìn)行切換。（3）脫苯脫重?zé)N系統(tǒng)為防止低溫凍堵，要求進(jìn)冷箱的芳香烴和重?zé)N含量低于10ppm，本系統(tǒng)芳香烴和重?zé)N按100ppm進(jìn)行設(shè)計(jì)。工廠采用兩塔活性碳吸附流程，活性碳為孔狀納米級(jí)材料，從孔吸附角度來說，納米級(jí)是指尺寸在0.1mm-100mm的范圍，而苯分子的鍵長為1.4mm，苯分子長度為2.8mm。完全可以進(jìn)入活性炭的納米空洞之中，從而對(duì)苯分子產(chǎn)生吸附。正常操作下，一個(gè)塔處于吸附狀態(tài)，另一個(gè)塔處于再生、冷吹狀態(tài)。雙塔之間的切換由DCS系統(tǒng)通過時(shí)序控制切斷閥的啟閉時(shí)間來完成，循環(huán)周期為16小時(shí)。具體工藝與脫水系統(tǒng)相同。（4）脫汞系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液化天然氣工廠工藝裝置的高效利用，則需要對(duì)脫汞系統(tǒng)的功能特性即運(yùn)行過程有所了解。具體表現(xiàn)為：實(shí)踐中因鋁制板翅式換熱器應(yīng)用中會(huì)受到汞作用下的腐蝕影響，使得最終得到的天然氣中的汞含量不達(dá)標(biāo)。針對(duì)這種情況，可通過對(duì)載硫活性炭的合理使用，實(shí)現(xiàn)脫汞處理，且需要將該活性炭視為一種載體，滿足脫汞處理中反應(yīng)物質(zhì)均勻分布方面的要求。在此期間，活性炭中的反應(yīng)物與汞發(fā)生反應(yīng)生成汞齊，且該生成物會(huì)存在于反應(yīng)中的載體，滿足單質(zhì)汞有效分離要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)汞的脫除處理。2.2天然氣液化及儲(chǔ)存系統(tǒng)（1）液化及混合冷劑循環(huán)系統(tǒng)在混合冷劑循環(huán)技術(shù)的支持下，可滿足天然氣的液化要求，該技術(shù)應(yīng)用中可在混合冷劑的作用下，滿足天然氣液化過程中的工藝優(yōu)化要求，使得其工藝裝置有著良好的實(shí)踐應(yīng)用效果。通過對(duì)天然氣工藝要求的考慮，可在預(yù)處理系統(tǒng)的支持下，對(duì)水、二氧化碳等進(jìn)行針對(duì)性處理，確保它們能夠達(dá)標(biāo)，進(jìn)而在液化區(qū)中對(duì)天然氣進(jìn)行進(jìn)一步處理。此時(shí)，板翅式換熱器、氣液分離器配合作用下可形成液化區(qū)，箱體中填充珠光砂用來隔絕外界空氣，保持冷量不流失。天然氣首先在預(yù)冷換熱器中預(yù)冷，將溫度冷卻至-50℃，并在重?zé)N分離器中除去可能存在的重?zé)N組分，然后進(jìn)入液化換熱器中液化，將溫度冷卻至-120℃，最后經(jīng)過過冷換熱器過冷到-159℃。液化的冷量由多組分混合冷劑的循環(huán)量提供，混合冷劑由氮?dú)?、甲烷、乙烯、丙烷和異戊烷組成。入口分離器會(huì)對(duì)混合冷劑進(jìn)行處理，進(jìn)而在壓縮機(jī)、水冷卻器的作用下，使得進(jìn)而到二級(jí)進(jìn)口分離器中的氣體和液體可達(dá)到分離的目的，且其產(chǎn)生的氣體需要進(jìn)一步壓縮。液相由增壓泵送至循環(huán)壓縮機(jī)二級(jí)出口冷卻器，與二級(jí)出口氣相混合后，經(jīng)水冷卻器冷卻后進(jìn)入二級(jí)出口分離器。此時(shí)，在預(yù)冷器的預(yù)冷作用下，能夠?qū)Ρ昧鬟M(jìn)行處理，滿足天然氣對(duì)冷量的實(shí)際需求。同時(shí)，通過對(duì)預(yù)冷換熱器實(shí)際作用的發(fā)揮，可對(duì)來源于二級(jí)出口分離器的氣相進(jìn)行冷卻處理，并通過對(duì)高壓分離器的配合使用，能夠達(dá)到對(duì)分離器中流出液體冷卻處理的目的，從而為天然氣液化階段提供冷量，同時(shí)，液化段中氣體的冷凝，需要在該工序?qū)嵤┖筮M(jìn)一步進(jìn)行過冷處理，確保天然氣能夠得到所需的冷量。膨脹后的循環(huán)氣流，在冷箱板翅式換熱器的預(yù)冷段、液化段和過冷段共用返流流道中復(fù)熱后出冷箱，再進(jìn)入壓縮機(jī)入口分離器循環(huán)壓縮。（2）LNG儲(chǔ)存系統(tǒng)及裝車系統(tǒng)LNG自液化裝置進(jìn)入LNG低溫儲(chǔ)罐，進(jìn)液可以通過儲(chǔ)罐上部，也可通過儲(chǔ)罐下部注入，或采用同時(shí)進(jìn)液的方式。進(jìn)液的方式根據(jù)儲(chǔ)罐內(nèi)的液體密度和溫度條件而定，保證進(jìn)罐LNG和儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG能夠充分混合，避免儲(chǔ)罐內(nèi)液相產(chǎn)生分層，防止“翻滾”現(xiàn)象的發(fā)生，保持低溫儲(chǔ)罐運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。LNG儲(chǔ)罐外置兩臺(tái)離心泵，泵出口設(shè)置回流管線，可將罐內(nèi)的LNG經(jīng)裝車泵重新注入儲(chǔ)罐內(nèi)，起到循環(huán)、混合儲(chǔ)罐內(nèi)LNG的作用，減小LNG分層現(xiàn)象的發(fā)生。裝車時(shí)經(jīng)LNG泵輸送至專用槽車，氣相返流管線既可與儲(chǔ)罐內(nèi)氣相空間相連，也可經(jīng)汽化器后進(jìn)入BOG壓縮機(jī)，以平衡裝車時(shí)槽車內(nèi)的壓力，提高裝車速度和液相充滿率。

3LNG工廠主要設(shè)備

3.1冷箱冷箱采用四川空分集團(tuán)設(shè)計(jì)制造的板翅式換熱器，三臺(tái)換熱器及五臺(tái)低溫分離器共用一個(gè)箱體，箱體中充滿珠光砂粉末和氮?dú)?，用來隔絕外部熱量。冷外形尺寸4200×3400×22000mm，從功能上分為預(yù)冷、液化和過冷3段，各尺寸分別為1856×1250×4800mm，896×1200×4500mm，467×500×2100mm，作為整體設(shè)備，直接運(yùn)行現(xiàn)場安裝。3.2LNG儲(chǔ)罐LNG儲(chǔ)罐采用四川空分集團(tuán)研制的LNG常壓儲(chǔ)罐，容積為5000m3。儲(chǔ)罐為立式圓形，雙層壁，平底、固定頂拱蓋結(jié)構(gòu)，夾層采用珠光砂粉末堆積和氮?dú)饨^熱，底部采用泡沫玻璃磚保溫，為目前國內(nèi)大型低溫液體儲(chǔ)罐使用較為成熟的技術(shù)。

4結(jié)語

目前該LNG液化裝置已經(jīng)安全投入生產(chǎn)，LNG工廠所采用的工藝技術(shù)先進(jìn)可靠，相關(guān)技術(shù)和設(shè)備國產(chǎn)化程度高，為伴生氣資源的開發(fā)利用開創(chuàng)了新的方式，取得了顯著的社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[P]．天然氣脫水設(shè)計(jì)規(guī)范SY/T0076-2008.[2]顧安忠.液化天然氣技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

作者：白江濤 單位：長慶油田采氣一廠伴生氣綜合利用第八項(xiàng)目部

第二篇：液化天然氣論文

《液化天然氣供應(yīng)技術(shù)課程設(shè)計(jì)》

題

目

液化天然氣運(yùn)輸安全與發(fā)展

學(xué)生姓名

學(xué)號(hào)

專業(yè)年級(jí)

院

系

指導(dǎo)教師

2014 年 10月 31日

液化天然氣運(yùn)輸安全與發(fā)展

摘要：天然氣是一種清潔優(yōu)質(zhì)能源，近年來，世界天然氣產(chǎn)量和消費(fèi)量呈持續(xù)增長趨勢(shì)。從今后我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展看，加快天然氣的開發(fā)利用，對(duì)改善能源結(jié)構(gòu)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。具有建設(shè)投資小、建設(shè)周期短、見效快、受外部影響因素小等優(yōu)點(diǎn)。作為優(yōu)質(zhì)的車用燃料，LNG具有辛烷值高、抗爆性好、燃燒完全、排氣污染少、發(fā)動(dòng)機(jī)壽命長、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn);與壓縮天然氣(CNG)相比，LNG則具有儲(chǔ)存效率高，續(xù)駛里程長，儲(chǔ)瓶壓力低、重量輕、數(shù)量小，建站不受供氣管網(wǎng)的限制等等諸多優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：液化天然氣，液化，運(yùn)輸，安全，發(fā)展，應(yīng)用

1液化天然氣的制取與輸送

LNG是液化天然氣的簡稱，常壓下將天然氣冷凍到-162℃左右，可使其變?yōu)橐后w即液化天然氣(LNG)。它是天然氣經(jīng)過凈化(脫水、脫烴、脫酸性氣體)后，采用節(jié)流，膨脹和外加冷源制冷的工藝使甲烷變成液體而形成的。LNG的體積約為其氣態(tài)體積的l／620。天然氣的液化技術(shù)包括天然氣的預(yù)處理，天然氣的液化及貯存，液化天然氣的氣化及其冷量的回收以及安全技術(shù)等內(nèi)容。LNG利用是一項(xiàng)投資巨大、上下游各環(huán)節(jié)聯(lián)系十分緊密的鏈狀系統(tǒng)工程，由天然氣開采、天然氣液化、LNG運(yùn)輸、LNG接收與氣化、天然氣外輸管線、天然氣最終用戶等6個(gè)環(huán)節(jié)組成。由于天然氣液化后，體積縮小620倍，因此便于經(jīng)濟(jì)可靠的運(yùn)輸。用LNG船代替深海和地下長距離管道，可節(jié)省大量風(fēng)險(xiǎn)性管道投資，降低運(yùn)輸成本。從輸氣經(jīng)濟(jì)性推算，陸上管道氣在3000km左右運(yùn)距最為經(jīng)濟(jì)，超過3500km后，船運(yùn)液化天然氣就占了優(yōu)勢(shì)，具有比管道氣更好的經(jīng)濟(jì)性。LNG對(duì)調(diào)劑世界天然氣供應(yīng)起著巨大的作用，可以解決一個(gè)國家能源的短缺，使沒有氣源的國家和氣源衰竭的國家供氣得到保證，對(duì)有氣源的國家則可以起到調(diào)峰及補(bǔ)充的作用，不僅使天然氣來源多元化，而且有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

LNG作為城市氣化調(diào)峰之用比用地下儲(chǔ)氣庫有許多優(yōu)點(diǎn)。例如：它選址不受地理位置、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、距離遠(yuǎn)近、容量大小等限制，而且占地少、造價(jià)低、工期短、維修方便。在沒有氣田、鹽穴水層的城市，難以建地下儲(chǔ)氣庫，而需要設(shè)置LNG調(diào)峰。這項(xiàng)技術(shù)在國外已比較成熟，如美國、英國和加拿大的部分地區(qū)采用LNG調(diào)峰。我國也正在引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。液化天然氣蘊(yùn)藏著大量的低溫能量，在1個(gè)大氣壓下，到常溫氣態(tài)大約可放出879KJ／kg的能量，利用其冷能可以進(jìn)行冷能發(fā)電、空氣分離、超低溫冷庫、制造干冰、冷凍食品等。由于LNG工廠在預(yù)處理時(shí)已脫除了氣體的雜質(zhì)，因此LNG作為燃料燃燒時(shí)所排放的煙氣中 S02及NOx含量很少。因此被稱為清潔能源，廣泛用于發(fā)電、城市民用燃?xì)饧肮I(yè)燃?xì)猓瑴p少了大氣污染，有利于經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2液化天然氣的應(yīng)用

2.1液化天然氣冷能的利用

LNG的用途很廣?？捎糜诿裼秘?fù)荷調(diào)峰、發(fā)電、工業(yè)用戶和商業(yè)用戶。LNG的關(guān)鍵技術(shù)在于深度冷凍液化，其儲(chǔ)罐和專用運(yùn)輸巨輪就象超級(jí)低溫冰箱，這些過程都要消耗巨大的能源，但按能量守恒規(guī)律，此冷能在釋砹?xí)r側(cè)利用，以l畢低成本。利用LNG冷能主要是依據(jù)LNG與周圍環(huán)境之間存在的溫度和壓力差，通過LNG變化到與外界平衡時(shí)，回收儲(chǔ)存在LNG中的能量。

利用LNG冷能的過程可分為兩類：直接利用和間接利用。前者包括：發(fā)電、空氣液化分離、冷凍倉庫、制造液化二氧化碳、海水淡化、空調(diào)和低溫養(yǎng)殖、栽培等。后者包括：低溫破碎、水和污染物處理及冷凍食品等。目前對(duì)液化天然氣冷能的利用工程取得了許多成果。2.2液化天然氣應(yīng)用于汽車

天然氣作為能源，由于它對(duì)大氣污染少而被稱為清潔燃料，更是汽車的優(yōu)質(zhì)代用燃料。近年來，它已被世界許多國家重視和推廣。按照天然氣的儲(chǔ)存方式不同，天然氣汽車大致分為CNGV(壓縮天然氣汽車)、LNGV(液化天然氣汽車)、和ANGV(吸附天然氣汽車)。

目前我國對(duì)天然氣汽車的發(fā)展也非常重視。到1999年。全國已改裝各種CNG汽車l萬多輛，建設(shè)加氣站70多座。ANGV正處在研制階段。我國 LNGV的應(yīng)用仍是一項(xiàng)空白。用LNG作為汽車燃料特別值得推廣。與傳統(tǒng)的石油類燃料相比，LNG具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，汽車?yán)m(xù)駛里程長，LNG相對(duì)于 CNG和LPG具有儲(chǔ)存能量大、壓力低、噪聲低、更清潔等優(yōu)勢(shì)，利用LNG冷量取代汽車空調(diào)，不破壞生態(tài)，良好的使用性能(抗爆、穩(wěn)定性強(qiáng)、燃燒熱值高、燃點(diǎn)值寬)和相對(duì)便宜。俄羅斯在將 LNG用于汽車運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、水上運(yùn)輸和空中運(yùn)輸方面積累了許多經(jīng)驗(yàn)。

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，LNG儲(chǔ)液罐內(nèi)的天然氣液態(tài)與氣態(tài)并存，正常工作壓力不低于0.2MPa。當(dāng)罐內(nèi)壓力低于0.2MPa時(shí)，壓力控制閥開啟，自增壓器工作。將一部分氣態(tài)天然氣充人儲(chǔ)液罐，而使罐內(nèi)壓力升高到工作壓力?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)壓力控制閥來改變自增壓器的工作點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，隨熱量的不斷吸人。LNG會(huì)不斷氣化。當(dāng)LNG儲(chǔ)液罐中的壓力高于0.6MPa時(shí)，安全閥打開，迅速放出部分氣態(tài)天然氣，保證LNC儲(chǔ)液罐不被損壞。另外，在LNG儲(chǔ)存系統(tǒng)設(shè)有液位計(jì)和壓力指示裝置。車用液化天然氣的儲(chǔ)存溫度范圍為-130℃～160℃，其儲(chǔ)存壓力低于0.6MPa。使用時(shí)，從罐內(nèi)流出的液化天然氣經(jīng)過氣化器吸收發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水或廢氣熱量而氣化，并使其溫度升高，然后通過兩級(jí)減壓器減壓，由管路送到混合器與空氣混合進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。LNG的氣化需要吸收較多熱量。要求氣化器具有良好的換熱性能，并能供給足夠的熱量。

3液化天然氣的運(yùn)輸方式及安全

3.1.1LNG運(yùn)輸船

為了液化天然氣海上運(yùn)輸安全，LNG運(yùn)輸船的安全措施必須十分嚴(yán)格。以使用很多的MOSS球罐LNG船為例，主要的安全措施如下：

(1)球罐特制。由于罐內(nèi)儲(chǔ)存超低溫液體會(huì)引起內(nèi)部收縮，在結(jié)構(gòu)上考慮避免收縮時(shí)的壓力，設(shè)置儲(chǔ)罐的支撐固定裝置；為防止儲(chǔ)罐超壓或負(fù)壓，專門裝設(shè)安全閥；儲(chǔ)罐開口暴露設(shè)置在甲板上。

(2)加強(qiáng)隔熱。隔熱的目的一是防止船體結(jié)構(gòu)過冷；二是防止向儲(chǔ)罐內(nèi)漏入熱量。LNG儲(chǔ)槽的隔熱結(jié)構(gòu)由內(nèi)部核心隔熱部分和外層覆壁組成。針對(duì)不同的儲(chǔ)槽日蒸發(fā)率要求，內(nèi)層核心隔熱層的厚度和材料也不同，LNG儲(chǔ)槽的隔熱板采用多層結(jié)構(gòu)，由數(shù)層泡沫板組合而成。所采用的有機(jī)材料泡沫板需要滿足低可燃性、良好的絕熱性和對(duì)LNG的不溶性。在MOSS型船的球形儲(chǔ)罐中，沿艙裙結(jié)構(gòu)的漏熱通常要占儲(chǔ)罐總漏熱量的30%，采用一塊不銹鋼板插在鋁和鋼質(zhì)裙之間形成熱阻，可明顯減少漏熱，日蒸發(fā)率從通常的0.2%降到0.1%。

(3)BOG處理。LNG儲(chǔ)槽的隔熱結(jié)構(gòu)并不能完全防止LNG的蒸發(fā)，每天仍會(huì)有0.15～0.3%的蒸發(fā)量。這些蒸發(fā)氣體(BOG)可以用作LNG船發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和其他加熱設(shè)備的燃料。為了船舶的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，采用再液化裝置可以控制低溫液體的壓力和溫度。為保證儲(chǔ)存安全，也可以減小儲(chǔ)槽保溫層厚度，降低船舶造價(jià)，增加運(yùn)量。

(4)采用二次阻擋層。在球罐泄漏時(shí)，把已泄漏的LNG保留一定時(shí)間，使船體構(gòu)件不要降低到它的允許溫度以下。以避免船體發(fā)生損壞或著火爆炸的重大事故。

(5)采用雙層殼體。在船舶的外殼體和儲(chǔ)槽間形成保護(hù)空間，從而減小了槽船因碰撞導(dǎo)致儲(chǔ)槽意外破裂的危險(xiǎn)性。

(6)為了安全，設(shè)置各種計(jì)量、測(cè)量和報(bào)警設(shè)施。3.1.2

船舶裝卸安全

LNG船舶運(yùn)輸安全，除了LNG船舶安全外，船舶裝卸安全也是重要方面。為此，在卸載設(shè)施、儲(chǔ)罐和其他相關(guān)部位上必須采用相應(yīng)的安全措施。

(1)卸載設(shè)施。在卸料臂上安裝緊急關(guān)閉(ESD)閥和卸料臂緊急脫離系統(tǒng)(ERS)；LNG裝船泵安裝緊急關(guān)閉裝置。

(2)儲(chǔ)罐。為防止裝滿系統(tǒng)，將裝船泵和儲(chǔ)罐灌注管路上的ESD閥隔開；斷開裝置可人工或自動(dòng)操作；使用液位報(bào)警器；防止超壓或負(fù)壓，采用導(dǎo)向操縱安全閥和自壓安全閥。

(3)其他措施。LNG碼頭和靠近卸料臂處、蒸發(fā)器、LNG泵等位置設(shè)置低溫探測(cè)器；在LNG建筑物內(nèi)、管線法蘭、卸料臂及蒸發(fā)器旁設(shè)置氣體探測(cè)器；在LNG建筑物內(nèi)、儲(chǔ)罐頂蓋上、碼頭及工藝區(qū)設(shè)置火警探測(cè)器。3.2車運(yùn)安全 3.2.1LNG汽車槽車 LNG槽車的安全主要是防止超壓和消除燃燒的可能性(禁火、禁油、消除靜電)。

防止超壓：防止槽車超壓的手段主要是設(shè)置安全閥和爆破片等超壓泄放裝置。根據(jù)低溫領(lǐng)域的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在儲(chǔ)罐上必須有兩套安全閥在線安裝的雙路系統(tǒng)，并設(shè)一個(gè)轉(zhuǎn)換，當(dāng)其中一路安全閻需要更換或檢修時(shí)，可以轉(zhuǎn)換到另一路上，維持至少一套安全閥系統(tǒng)在線使用。在低溫系統(tǒng)中，安全閥由于凍結(jié)而不能及時(shí)開啟所造成的危險(xiǎn)應(yīng)該引起重視。安全閥凍結(jié)大多是由于閥門內(nèi)漏，低溫介質(zhì)不斷通過閥體而造成的。一般通過目視檢查安全閥是否結(jié)冰或結(jié)霜來判斷。發(fā)現(xiàn)問題必須及時(shí)更換。為了運(yùn)輸安全，槽車上除了設(shè)置安全閥和爆破片外，還可以設(shè)置公路運(yùn)輸泄放閥。在槽車的氣相管路上設(shè)置一個(gè)降壓調(diào)節(jié)閥，作為第一道安全保護(hù)，該閥的泄放壓力遠(yuǎn)低于罐體的最高工作壓力和安全閥起跳壓力。它僅在槽車運(yùn)行時(shí)與氣相空間相通；而在罐車裝載時(shí)，用截止閥隔離降壓調(diào)節(jié)閥使其不起作用。

泵送LNG槽車上工作壓力低，設(shè)置公路運(yùn)輸泄放閥的作用是：(1)罐內(nèi)壓力低，降低了由靜壓引起的內(nèi)筒壓力，有利于罐體的安全保護(hù)；

(2)如果罐內(nèi)壓力升高，降壓調(diào)節(jié)閥先緩慢開啟以降低壓力，防止因安全閥起跳壓力低而造成LNG的突然大流量泄放，既提高了安全性，又防止了LNG的外泄；

(3)罐體的液相管、氣相管出口處應(yīng)設(shè)置緊急切斷閥，該閥一般為氣動(dòng)的球閥或截止閥，通氣開啟，放氣截止，閥上的汽缸設(shè)置易熔塞，易熔塞為伍德合金，其熔融溫度為(70±5)℃。當(dāng)外界起火燃燒溫度達(dá)到70℃時(shí)，易熔塞熔化，在內(nèi)部氣壓(0.1MPa)作用下，將熔化了的伍德合金吹出并泄壓。泄壓后的緊急切斷閥在彈簧作用下迅速關(guān)閉，達(dá)到截?cái)嘌b卸車作業(yè)的目的。

防止著火：為了防止著火，消除LNG槽車周圍的燃燒條件也是十分重要的。

(1)置換充分

LNG儲(chǔ)槽使用前必須用氮?dú)鈱?duì)內(nèi)筒和管路進(jìn)行吹掃置換，直至含氧量小于2.0%為止，然后再用產(chǎn)品氣進(jìn)行置換至純度符合要求。

(2)靜電接地 LNG槽車必須配備導(dǎo)靜電接地裝置，以消除裝置靜電；另外，在車的前后左右兩側(cè)均配有4只滅火機(jī)，以備有火災(zāi)險(xiǎn)情時(shí)應(yīng)急使用。

(3)阻火器

安全閥和放空閥的出口匯集總管上應(yīng)安裝阻火器。阻火器內(nèi)裝耐高溫陶瓷環(huán)，當(dāng)放空口處出現(xiàn)著火時(shí)，防止火焰回火，起到阻隔火焰作用，保護(hù)設(shè)備安全。3.2.2汽車裝卸安全

LNG公路運(yùn)輸安全，除了LNG槽車安全外，汽車裝卸安全也是重要方面。為此，在裝卸設(shè)施、儲(chǔ)罐和其他相關(guān)部位上必須采用相應(yīng)的安全措施。

(1)裝卸設(shè)施。在裝卸臂上安裝緊急關(guān)閉(ESD)閥；LNG裝車泵安裝緊急關(guān)閉裝置。

(2)儲(chǔ)罐。為防止裝滿系統(tǒng)，將裝車泵和儲(chǔ)罐灌注管路上的ESD閥隔開；斷開裝置可人工或自動(dòng)操作；使用液位報(bào)警器；防止超壓或負(fù)壓，采用導(dǎo)向操縱安全閥和自壓安全閥。

(3)其他。LNG裝卸車場、蒸發(fā)器、LNG泵等處設(shè)置低溫探測(cè)器；在LNG建筑物內(nèi)、管線法蘭、裝卸臂及蒸發(fā)器旁設(shè)置氣體探測(cè)器；在LNG建筑物內(nèi)、儲(chǔ)罐頂蓋上、裝卸車場及工藝區(qū)設(shè)置火警探測(cè)器。

4結(jié)束語

為了滿足國民經(jīng)濟(jì)的需要和環(huán)境保護(hù)的要求，開發(fā)和安全運(yùn)輸液化天然氣，最大程度地有效利用天然氣這一資源，天然氣液化與儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)及液化天然氣的應(yīng)用，給我國天然氣工業(yè)的發(fā)展和天然氣的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和必要的前提。

參考文獻(xiàn)

[1]顧安忠等.液化天然氣技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [2]徐孝先等.液化天然氣的運(yùn)輸方式及其特點(diǎn).油氣儲(chǔ)運(yùn)，Vok 25第25卷2006.3 [3]顧安忠，液化天然氣技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2011-5-1 [4]《蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)》，天然氣液化技術(shù)研究，2004-06期 [5]李博洋，天然氣儲(chǔ)存及及應(yīng)用技術(shù)論文，2009-01期

第三篇：液化天然氣工廠的安全管理

液化天然氣工廠的安全管理

一、LNG液化工廠的潛在危險(xiǎn)性

1、LNG的定義及其特性

LNG的定義：天然氣在常壓下，當(dāng)冷卻至約-162℃時(shí)，則由氣態(tài)變成液態(tài)，稱為液化天然氣（英文 Liquefied Natural Gas, 簡稱LNG）。液化天然氣的體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625，大大方便存儲(chǔ)和運(yùn)輸。

基本特性有：主要成份為甲烷，還有少量的乙烷、丙烷以及氮等其他成份組成。沸點(diǎn)為-162.5℃，熔點(diǎn)為-182℃，著火點(diǎn)為650℃。爆炸范圍：上限為15%，下限為5%。

2、LNG潛在的危險(xiǎn)性

LNG雖是在低溫狀態(tài)下儲(chǔ)存、氣化，但和管輸天然氣一樣，均為常溫氣態(tài)應(yīng)用，這就決定了LNG潛在的危險(xiǎn)性：

(1)低溫的危險(xiǎn)性：由于LNG泄漏時(shí)的溫度很低，其周圍大氣中的水蒸氣被冷凝成“霧團(tuán)”，LNG的低溫危險(xiǎn)性能使相關(guān)設(shè)備脆性斷裂和遇冷收縮，從而損壞設(shè)備和低溫灼傷操作者。

(2)BOG的危險(xiǎn)性：外界傳入的能量能引起LNG的蒸發(fā)，這就是BOG（蒸發(fā)氣體）。故要求LNG儲(chǔ)罐有一個(gè)極低的日蒸發(fā)率，要求儲(chǔ)罐本身設(shè)有合理的安全系統(tǒng)放空。否則，BOG將大大增加，嚴(yán)重者使罐內(nèi)溫度、壓力上升過快，直至儲(chǔ)罐破裂。

(3)火災(zāi)的危險(xiǎn)性：天然氣在空氣中百分含量在 5%-15%（體積%），遇明火可產(chǎn)生爆燃。因此，必須防止可燃物、點(diǎn)火源、氧化劑（空氣）這三個(gè)因素同時(shí)存在。

(4)翻滾的危險(xiǎn)性：儲(chǔ)罐內(nèi)的 LNG長期靜止將形成兩上穩(wěn)定的液相層，下層密度大于上層密度。當(dāng)外界熱量傳入罐內(nèi)時(shí)，兩個(gè)液相層睚發(fā)傳質(zhì)和傳熱并相互混合，液層表面也開始蒸發(fā)，下層由于吸收了上層的熱量，而處于“過熱”狀態(tài)。當(dāng)二液相層密度接近時(shí)，可在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，使罐內(nèi)壓力急劇上升，這主是翻滾現(xiàn)象.3、LNG廠區(qū)內(nèi)可能對(duì)人體造成的傷害：

燙傷傷害；噪聲傷害；觸電傷害；機(jī)械傷害；碰傷傷害；墜落傷害

三、LNG工廠的安全技術(shù)措施

安全技術(shù)措施是安全生產(chǎn)的重要保障，在技術(shù)上保障設(shè)備和系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，配備先進(jìn)的檢查設(shè)備和監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠有效的減少安全生產(chǎn)事故和職業(yè)危害，具體包括以下幾個(gè)方面：

1、生產(chǎn)工藝安全設(shè)計(jì)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

LNG生產(chǎn)工藝安全是保證LNG工廠設(shè)施安全運(yùn)行的重要前提，因此，必須遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，常用的國外標(biāo)準(zhǔn)主要有美國國家標(biāo)準(zhǔn)《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲(chǔ)存和裝卸標(biāo)準(zhǔn)》、日本部頒標(biāo)準(zhǔn)《一般高壓瓦斯保安法則》等，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)主要有《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》等。

2、分布控制系統(tǒng)(Distribute Control System，DCS)

DOS系統(tǒng)用于顯示和控制LNG裝置的溫度、壓力、液位、流量、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)參數(shù)，監(jiān)控報(bào)警信息，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)傳輸，生產(chǎn)控制等功能，確保生產(chǎn)安全順利運(yùn)行。

3、緊急關(guān)閉系統(tǒng)(Emergency Shut Down，ESD)

ESD系統(tǒng)在LNG裝置發(fā)生緊急狀況時(shí)開啟，用于隔離和關(guān)斷LNG或其它設(shè)備，并關(guān)閉那些如果繼續(xù)運(yùn)行可能維持或增加災(zāi)情的設(shè)備。

4、火災(zāi)和泄漏探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

可能發(fā)生可燃?xì)怏w聚集、LNG或可燃制冷劑溢流的地方和封閉的建筑物應(yīng)設(shè)置火災(zāi)和泄漏監(jiān)控設(shè)備。在天然氣生產(chǎn)設(shè)備和儲(chǔ)罐附近要設(shè)置可燃?xì)怏w濃度檢測(cè)報(bào)警裝置，當(dāng)氣體濃度達(dá)到爆炸下限的10－25%時(shí)，即發(fā)出聲光警報(bào)，以便迅速采取緊急措施。

5、消防水系統(tǒng)

消防給水系統(tǒng)由消防泵房、消防水罐、消防管道及消火拴、消防水炮等組成，用于消防，冷

卻儲(chǔ)灌、設(shè)備和管道，控制未燃燒的泄漏或溢流危險(xiǎn)物。消防水供應(yīng)和分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足所有固定消防系統(tǒng)的同時(shí)使用需要。

6、干粉滅火系統(tǒng)、泡沫滅火系統(tǒng)和移動(dòng)式滅火器材

天然氣泄漏量較少時(shí)著火，可以用干粉、二氧化碳、鹵代烷滅火劑撲滅，但滅火后應(yīng)立即切斷氣體來源，阻止氣體溢出，否則可能引起復(fù)燃，甚至爆炸。采用高倍數(shù)泡沫滅火系統(tǒng)覆蓋儲(chǔ)罐區(qū)、管道、卸車臺(tái)泄漏及事故集液池內(nèi)的LNG，使其安全氣化，避免產(chǎn)生危險(xiǎn)。在LNG設(shè)備和汽車槽車的關(guān)鍵位置屬于嚴(yán)重危險(xiǎn)級(jí)別場所，應(yīng)設(shè)置便攜式或車輪式滅火器，能夠撲滅發(fā)生的火災(zāi)?？刂剖摇⒆兣潆娛覂?nèi)配置手提式二氧化碳滅火器，以保證迅速有效的撲滅初期火災(zāi)。

7、在爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場所嚴(yán)格按照GB 50058—92《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范規(guī)定配置相應(yīng)的電氣設(shè)備，并采取相應(yīng)的防雷措施，以防止電氣火災(zāi)和雷電火災(zāi)。

四、LNG液化工廠安全管理措施

1、安全管理機(jī)構(gòu)及其人員的設(shè)置

LNG工廠應(yīng)有專門的機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)安全管理，建立安全委員會(huì)，設(shè)置安全總監(jiān)和安全員，劃清各個(gè)崗位的安全責(zé)任，建立完整的安全管理制度，認(rèn)真做好安全管理工作。

2、安全管理制度

LNG工廠的安全管理制度分為二個(gè)部分：國家及地方法律法規(guī)和工廠安全管理制度。其中工廠安全管理制度又可分為：政策性制度和專項(xiàng)管理制度。

A、涉及的國家及地方法律法規(guī)：《中華人民共和國憲法》、《安全生產(chǎn)法》、《刑法》、《消防法》、《勞動(dòng)法》、《道路交通安全法》、《職業(yè)病防治法》、國務(wù)院493號(hào)令《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》等。

B：LNG工廠安全管理制度

1）、政策性制度主要有：《安全管理委員會(huì)章程》、《全員安全生產(chǎn)責(zé)任制》、《安全教育管理制度》等。

2）、專項(xiàng)管理制度根據(jù)LNG工廠的實(shí)際需要，主要有：《隱患整改制度》、《檢維修管理制度》、《崗位巡檢制度》、《交接班制度》、《重大危險(xiǎn)源管理制度》等。

3、安全檢查及其落實(shí)

加強(qiáng)日常的安全檢查與考核，以此規(guī)范操作行為，對(duì)于重點(diǎn)的生產(chǎn)工藝、消防和報(bào)警器等設(shè)備，應(yīng)建立日?；蚨ㄆ诎踩珯z查制度，做到獎(jiǎng)懲分明。杜絕違章生產(chǎn)作業(yè)，克服麻痹大意思想帶來的安全隱患。

五、LNG液化工廠事故應(yīng)急管理

針對(duì)LNG的事故特點(diǎn)，建立LNG 工廠事故應(yīng)急處理領(lǐng)導(dǎo)小組，制定事故處理預(yù)案。其目的是為了在發(fā)生事故時(shí)，能以最快的速度發(fā)揮最大的效能，有序地實(shí)施救援，達(dá)到盡快控制事態(tài)發(fā)展，降低事故造成的危害，減少事故損失（人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染）。應(yīng)急預(yù)案主要包含：危險(xiǎn)目標(biāo)；應(yīng)急救援組織機(jī)構(gòu)、人員和職責(zé)；報(bào)警、通迅聯(lián)絡(luò)方式；人員緊急疏散、撤離；應(yīng)急救援保障一一內(nèi)部保障、外部救援；預(yù)案分級(jí)響應(yīng)條件；事故應(yīng)急救援關(guān)閉程序；應(yīng)急培訓(xùn)計(jì)劃；演練計(jì)劃等。

六、結(jié)束語

LNG工廠發(fā)展在我國尚處于起步階段，特別是國內(nèi)尚未頒布關(guān)于LNG站設(shè)計(jì)和施工的行業(yè)規(guī)范，設(shè)計(jì)和工程建設(shè)中都可能因?yàn)楦鞣N因素，留下未來運(yùn)行的安全隱患。作為燃?xì)夤ぷ髡?，完善安全技術(shù)管理和安全管理制度，加強(qiáng)職工培訓(xùn)教育，提高安全意識(shí)，才能夠確保了LNG工廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保障生命和財(cái)產(chǎn)的安全。

第四篇：液化石油氣、天然氣的安全生產(chǎn)

液化石油氣、天然氣的安全生產(chǎn)

2012-6-19

一、嚴(yán)禁在禁煙區(qū)域內(nèi)吸煙，在崗飲酒，酒后上崗，違者予以解除勞動(dòng)合同。

二、嚴(yán)禁高處作業(yè)不系安全帶，違者予以解除勞動(dòng)合同。

三、嚴(yán)禁無操作證從事電氣、起重、電氣焊作業(yè)，違者予以解除勞動(dòng)合同。

四、嚴(yán)禁違反操作規(guī)程進(jìn)行用火、進(jìn)入受限空間、臨時(shí)用電作業(yè)，違者予以責(zé)任人離崗培訓(xùn)；造成嚴(yán)重后果的，解除勞動(dòng)合同。

五、嚴(yán)禁隨意排放、傾倒液化石油氣殘液，嚴(yán)禁油氣管道、容器未經(jīng)抽空、置換合格就進(jìn)行管輸、充裝、儲(chǔ)存作業(yè)，違者予以責(zé)任人離崗培訓(xùn)；造成嚴(yán)重后果的，解除勞動(dòng)合同。

六、嚴(yán)禁油氣設(shè)備超溫、超壓、超裝、超負(fù)荷運(yùn)行，違者予以責(zé)任人離崗培訓(xùn)；造成嚴(yán)重后果的，解除勞動(dòng)合同。

七、嚴(yán)禁攜帶火種、不按規(guī)定穿戴勞動(dòng)保護(hù)用品、車輛未戴防火帽進(jìn)入油氣庫區(qū)、作業(yè)區(qū)，違者予以責(zé)任人離崗培訓(xùn)；造成嚴(yán)重后果的，解除勞動(dòng)合同。

八、嚴(yán)禁堵塞消防通道，挪用消防設(shè)施和搶險(xiǎn)器材，違者予以責(zé)任人離崗培訓(xùn)；造成嚴(yán)重后果的，解除勞動(dòng)合同。

九、嚴(yán)禁在未采取安全防護(hù)措施或安全防護(hù)措施未經(jīng)驗(yàn)收合格的同一部位同時(shí)進(jìn)行其他交叉作業(yè)，違者予以責(zé)任人離崗培訓(xùn)；造成嚴(yán)重后果的，解除勞動(dòng)合同。

十、嚴(yán)禁未經(jīng)許可在生產(chǎn)裝置區(qū)、罐區(qū)灌裝化學(xué)品，違者予以責(zé)任人離崗培訓(xùn)；造成嚴(yán)重后果的，解除勞動(dòng)合同。

十一、嚴(yán)禁在易燃易爆區(qū)域用汽油等易揮發(fā)溶劑擦洗設(shè)備、衣物、工具及地面等，違者予以責(zé)任人離崗培訓(xùn)；造成嚴(yán)重后果的，解除勞動(dòng)合同。

十二、嚴(yán)禁油品、液態(tài)烴脫水(液)(含切水、切堿等)時(shí)操作人員離開現(xiàn)場，違者予以責(zé)任人離崗培訓(xùn)；造成嚴(yán)重后果的，解除勞動(dòng)合同。

十三、嚴(yán)禁違章指揮及其他違章作業(yè)，違者造成嚴(yán)重后果的，予以解除勞動(dòng)合同。

第五篇：天然氣管道運(yùn)行模擬及仿真技術(shù)研究

天然氣管道運(yùn)行模擬及仿真技術(shù)研究

1011202045 蔡永軍 科學(xué)計(jì)算選講結(jié)課論文

為了預(yù)測(cè)天然氣管道運(yùn)行狀態(tài)，制定合理的管輸計(jì)劃，更好的配置設(shè)備開機(jī)，天然氣管道輸送過程中需要進(jìn)行工況模擬及仿真。實(shí)際工作中需要建立壓縮機(jī)、閥門等設(shè)備的模型，確定管段的控制方程、氣體的狀態(tài)方程，針對(duì)給出的初始條件和邊界條件，篩選確定天然氣管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型的離散方法與非線性方程組的求解算法尋找合理的非線性方程的求解算法，得到合理的數(shù)值解。

1天然氣管道仿真數(shù)學(xué)模型 1.1管段的控制方程

對(duì)于管道中的任意管段，經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮喕梢杂孟铝泄絹砻枋觯?連續(xù)性方程：

A運(yùn)動(dòng)方程：

???(??A)??0

（1）?t?x?(??)?(??.?A)?P??2A???A?A?gsin(?)?A?

（2）

?t?x?x2D能量方程：

?(?(h?PA??2?2))??(?A?.(h???x22))?t??A?P??A?gsin(?)??Dk1(T?TW)?x（3）

式中：A——管道的橫截面積，m2；

ρ——流體密度，kg/m3； t——時(shí)間，s； x——坐標(biāo)，m； u——速度，m/s； P——壓力，Pa； θ——管道傾角，rad； λ——水力摩阻系數(shù)； D——管道內(nèi)徑，m； T——流體溫度，k；

k1——流體至管壁的換熱系數(shù)； h——比焓；

Tw——管壁的溫度，k。1.2 閥門控制方程

閥門控制方程如下：

Mdw?Mup?0Mup?Pdw)Pdw?0

（4）??Cg(Ph1?h2式中： Mup——閥門入口質(zhì)量流量，kg/s；

Mdw——閥門入口質(zhì)量流量，kg/s Cg——閥門系數(shù)；

Pup——閥的入口壓力，Pa；

Pdw——閥的出口壓力，Pa。1.3壓縮機(jī)控制方程

簡化后的壓縮機(jī)控制方程如下

?2?a1(n2n)?bn1()Q?c1Q20n0Mdw?Mup?Mfuel

m?1Tdw?Tup?m式中：?——壓縮機(jī)壓比；

m——多變壓縮指數(shù)；

n——壓縮機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，rpm； n0——壓縮機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，rpm； a1, b1, c1——系數(shù)；

Q——給定狀態(tài)下的體積流量，m3/s； 1.4 理想調(diào)節(jié)閥閥控制方程

理想調(diào)節(jié)閥控制方程如下：

5）

（Mdw?Mup?0Pdw?c

（6）h1?h22氣體的狀態(tài)方程

采用BWRS氣體狀態(tài)方程，如下：

P??RT?(B0RT?A0?C0D0E0d2??)??(bRT?a?)?3234TTTT

（7）

3dc???(a?)?6?2(1???2)exp(???2)TT式中：P——系統(tǒng)壓力，KPa；

T——系統(tǒng)溫度，K；

ρ——混合氣體密度，Kmol/m3；

R——?dú)怏w常數(shù)，8.3143KJ/(Kmol.K)。

A0、B0、C0、D0、E0、a、b、c、d、α、γ為方程的是一個(gè)參數(shù)，根據(jù)（8）確定。

1/21/2A0???xixjA0iA0i(1?kij)i?1nj?1nnB0??xiB0ii?1n1/21/23C0???xixjC0C(1?k)i0iiji?1nj?1n1/21/24D0???xixjD0iD0i(1?kij)ni?1j?1nnEx1/21/250???ixjE0iE0i(1?kij)i?1j?1?n3a????x?ia1/3ii?1??3??nb???x1/3?ibii?1??3c??n??x1/3??icii?1??3d??n??x1/3??idii?1??

3???n????xi?1/3ii?1??3???n??x1/3??i?ii?1??式中：xi、xj——混合氣體中i和j組分的摩爾分?jǐn)?shù)；

kij——為i、j組分間的交互作用系數(shù)。3氣體的焓方程

氣體的焓方程如下：

h?h0?(B0RT?2A4C05D0?T2?06E0T3?T4)??12(2bRT?3a?4dT)?2?15a(6a?7dT)?5?

c??2242?T2(3?2???)exp(???)]4 管道周邊的熱力模型

管道的有效土壤厚度采用等效圓筒法，傳熱半徑由下式計(jì)算：8）9）

（（2H2H2R2?R1?R1(?(()?1)?1)0.（10）

DD式中：R2-R1——土壤厚度，m；

R1——從管道中心至土壤層的半徑，m； H——至管道中心的實(shí)際埋深，m； D——管道直徑，m。

管道和周圍環(huán)境的瞬態(tài)熱力模型計(jì)算式如下：

k(rTr)r/r?Cp?Tt

（11）

式中：k——周圍環(huán)境導(dǎo)熱系數(shù)；

r——傳熱半徑； Tr——r處的氣體溫度； Cp——?dú)怏w定壓比熱； Tt——t時(shí)刻的氣體溫度。

單位管長熱流量由下式表示。通過該公式計(jì)算管壁在任意節(jié)點(diǎn)的溫度。

2?k2(Tw?T0)????k1D(T?Tw)

（12）

ln((R2?R1)/R1)式中：k2——管壁至土壤換熱系數(shù)；

K1——流體至管壁換熱系數(shù)； Tw——管壁溫度； T0——R2處的溫度； T——?dú)怏w溫度。水力摩阻系數(shù)計(jì)算式

管段控制方程涉及的水力摩阻系數(shù)λ采用F.Colebrook－White公式計(jì)算，該公式表達(dá)如下：

1/??1.7385?2log10(2e/D?18.574/(?*Re))

（13）

式中，e/D——管道粗糙度和內(nèi)徑的無因次比；

Re——雷諾數(shù)。6控制方程的離散化

由管道控制方程與氣體狀態(tài)方程組成的非線性偏微分方程組，一般不能得出管流氣體基本變量的解析解，因此有必要應(yīng)用計(jì)算數(shù)學(xué)的方法求解偏微分方程組的數(shù)值解。本專題中選用中心隱式差分法對(duì)控制方程進(jìn)行離散化。確定采用的基本變量為氣體的密度（ρ）、速度（u）和溫度（T）。6.1離散形式

引進(jìn)變量φ，φ代表三個(gè)流動(dòng)基本中的任意一個(gè)。在時(shí)間步長為Δx , 空間步長為Δt 的情況下，以空間i和時(shí)間網(wǎng)格點(diǎn)t采用中心隱式差分格式，則有以下離散形式：

對(duì)于基本流動(dòng)變量：

1??k??kk???k?1?ii?1??ii?1

4基本流動(dòng)變量對(duì)時(shí)間的一階偏導(dǎo)數(shù)：

???k?1i???ki???k?1??k?t?11ii2?t

基本流動(dòng)變量對(duì)空間的一階偏導(dǎo)數(shù)：

??1k??k?i?1??i?1??k?1i??ki?x2?x

基本流動(dòng)變量對(duì)時(shí)間的二階偏導(dǎo)數(shù)：

?2?(?k1??k?2k1k?2kk?1k?2i?2?k?ii)?2(?i?1?2?k?i?1??i?1)?(?i?2?2?i?2???t2?i?2)16?2t基本流動(dòng)變量對(duì)空間的二階偏導(dǎo)數(shù)：

?2?(?k?1k?1k?1i?2?2?ki?1??ki)?2(?ki?2?2?i?1??i)?(?k?2k?2k?2i?2?2?i?1??i)?x2?16?2x基本流動(dòng)變量對(duì)空間及時(shí)間的二階偏導(dǎo)數(shù)：

?2?2k?2??ki?2?x?t??ki??k?i?2??i16?x?t

6.2 離散后的控制方程

離散后的控制方程如下： 離散后的連續(xù)性方程：

（14）

15）

16）

（17）（18）（19）

（（1kk?1kk?1k?1kkk?1k?1kk?ik?????????u??u??u??1i?1iii?1i?1iiiui?i?1i?1?0

（20）2??t2??x離散后的運(yùn)動(dòng)方程：

1k?1kkk?1k?1kkk?1kk?1k?ik??u??u??u??uP?P?P?P1i?1i?1i?1iiiii?1ii?i?12??t2??x1k?12kk2k?1k?12kk2?ik??(u)??(u)??(u)??(ui?1i?1iiii)?1i?（21）2??x1kk?1kk?1kk?1k??????u?u?u?u??ik??i?1iii2?(1)?(i?1i?1i)?02D44離散后的能量方程：

1k?1k?121kk21k?1k?1kkk?ik??h-P??(u)-(?h-P??i?1(ui?1))1i?1i?1i?1i?1i?1i?1i?1222??t1k?1k?121kk2kkk?h-Pi??i(ui)-(?ihi-Pi??i(ui))22?2??t1k?131k3k?1k?1k?1kkk?i?1ui?1hi?1?(ui?1)?(?i?1ui?1hi?1?(ui?1))22?2??x1k?131k3k?1k?1k?1kkk?iuihi?(ui)?(?iuihi?(ui))22?2??xk1k?1kk?1k?(Ti?1?Ti??T?T1ii?4Tw)?0Dk?1k?1iik?1（22）

6.3 初始條件與邊界條件

初始條件指系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)的初始?jí)毫?、流量或溫度的分布狀態(tài)。邊界條件指某一管段起始節(jié)點(diǎn)和終止節(jié)點(diǎn)上的約束條件。主要包括：

(1)管段端點(diǎn)上的輸油泵、壓縮機(jī)或閥門等的出入口壓力、流量、溫度、轉(zhuǎn)速、壓比或開度設(shè)定值；

(2)氣源對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的壓力、流量或溫度設(shè)定值；(3)分輸點(diǎn)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的壓力、流量或溫度設(shè)定值；(4)節(jié)點(diǎn)處壓力、流量或溫度的一致性；(5)節(jié)點(diǎn)處壓力、流量或溫度的范圍控制值；(6)管道物理元件周圍的溫度場狀況。7非線性方程組的求解算法

離散后的控制方程配合邊界條件和初始條件才能封閉，封閉后形成了非線性方程組，對(duì)于該非線性方程組選取牛頓迭代法進(jìn)行求解。

若采用C(x)x?b的矩陣形式（其中C(x)為非線性方程組的系數(shù)矩陣），則x?(x1,x2,x3,...,xn)T為需要求解的向量，b?(b1,b2,b3,...,bn)T為等式右邊的向量。

（1）牛頓拉普森迭代法 設(shè)迭代函數(shù)列F?(F1,F2,F3,...,Fn)T

T

迭代變量x?(x1,x2,x3,...,xn)

迭代增量?x?(?x1,?x2,?x3,...,?xn)

迭代函數(shù)FiT?Fi(x1,x2,x3,...,xn)

牛頓拉普森迭代公式如下：

xk?1?xk??xk

（5.7-1）

對(duì)于迭代函數(shù)F，將求解非線性方程組問題轉(zhuǎn)化成為尋根問題，也即要求下式成立：

F?(F1,F2,F3,...,Fn)T?0

（5.7-2）

對(duì)任意點(diǎn)x0和它的相鄰點(diǎn)/鄰域（x0+△x），通過泰勒展開式我們有：

?FiFi(x0??x)?Fi(x0)???xj??(?x2)i?1,2,...,n

（5.7-3）

j?1?xj若采用矩陣形式，則有：

nF(x0??x)?F(x0)?J?x??(?x2)

（5.7-4）

其中 J 為n×n的雅可比矩陣且Jij?如果略去其中的高次項(xiàng)?(?x2?Fi。?xj)，并要求F(x0??x)?0。我們得出：

?x??J?1F

（5.7-5）

至此，可以按照牛頓拉普森迭代法的求解步驟進(jìn)行計(jì)算。

（2）牛頓＋最速搜索迭代法

引入目標(biāo)函數(shù) f?0.5F?F，通過簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，可以得到牛頓迭代沿著此目標(biāo)函數(shù)的梯度方向?f，始終可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)數(shù)值α能使得目標(biāo)函數(shù)的值下降，即：?f式： ??x?FJ?(?J?1F)??F?F?0。所以本專題研究采用如下迭代公xk?1?xk???xk

（5.7-6）

該方法較牛頓拉普森方法具有收斂速度快，且全局收斂的特點(diǎn)。8仿真運(yùn)行

8.1仿真運(yùn)算的基本過程

仿真運(yùn)行的基本過程如圖1仿真運(yùn)行所示。運(yùn)行系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)和不同視角構(gòu)成單文檔－多視的關(guān)系。

圖中的蘭色帶箭頭線條表示通過不同的視角和核心功能層接口，可以監(jiān)視或編輯仿真系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并下達(dá)計(jì)算命令；粉色線條表示運(yùn)算中仿真模擬器和數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；綠色線條表示初始化過程加載數(shù)據(jù)。

簡單人機(jī)界面視角視角命令行視角表格視角仿真模擬器調(diào)度模塊核心功能層接口計(jì)算狀態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)模塊監(jiān)視或編輯狀態(tài)數(shù)據(jù)編譯模塊加載系統(tǒng)及其初始參數(shù)運(yùn)行系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)編連文件

圖1仿真運(yùn)行過程

仿真運(yùn)行基本過程如下：

(1)通過各個(gè)接口或視角，下達(dá)加載系統(tǒng)命令；(2)調(diào)度模塊命令編譯模塊加載編連文件；

(3)如果需要，通過各個(gè)接口或視角，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步初始化；(4)通過各個(gè)接口或視角，下達(dá)一輪計(jì)算命令；

(5)仿真模擬器開始一輪計(jì)算，并輸出結(jié)果到數(shù)據(jù)模塊；調(diào)度模塊通知相應(yīng)接口和視角計(jì)算結(jié)束；

(6)相應(yīng)接口或視角獲取關(guān)心的數(shù)據(jù)；

(7)如果需要進(jìn)行新一輪計(jì)算，相應(yīng)接口和視角可以對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定，并下達(dá)新一輪計(jì)算命令，系統(tǒng)將回到第5步。

8.2仿真運(yùn)算的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)

仿真運(yùn)算由仿真模擬器作為核心模塊來實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)直接的輔助模塊是數(shù)據(jù)模塊和編譯模塊。

這3個(gè)模塊相互協(xié)同進(jìn)行仿真運(yùn)算，基本過程如圖2所示。

仿真模擬器數(shù)據(jù)模塊3輸入?yún)?shù)基本輸出參數(shù)其它輸出參數(shù)665其它輸出參數(shù)數(shù)值化計(jì)算72 加載方程組2 加載數(shù)據(jù)模型文件編連文件1 輸出：方程組＋元件信息編譯模塊建統(tǒng)立的此聯(lián)系組立輸入?yún)?shù)預(yù)處理控制方程組4數(shù)值計(jì)算4446元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫外部邊界方程組元件庫元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫控制方程組外部邊界方程組 圖2仿真模擬器結(jié)構(gòu)

(1)編譯模塊根據(jù)模型文件和元件庫，建立編連文件，編連文件中包含仿真系統(tǒng)各個(gè)元件的信息；同時(shí)，根據(jù)通用、基本的控制方程組、元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫、外部邊界方程組，編譯模塊將建立此系統(tǒng)的全部方程組，一并加入到編連文件中；

(2)在運(yùn)算前的初始化過程中，編連文件中的參數(shù)數(shù)據(jù)將被加載到數(shù)據(jù)模塊，方程組將被加載到仿真模擬器相應(yīng)的方程組列表中，包括：控制方程組列表、外部邊界方程組列表、元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫列表；

(3)每輪運(yùn)算開始前，仿真模擬器的輸入?yún)?shù)預(yù)處理模塊需要對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行預(yù)處理，例如對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行離散化或擬合；

(4)開始運(yùn)算后，仿真模擬器的數(shù)值計(jì)算模塊根據(jù)處理好的輸入?yún)?shù)和相關(guān)的方程組進(jìn)行數(shù)值計(jì)算；

(5)數(shù)值計(jì)算模塊計(jì)算出的是需要聯(lián)立求解的基本輸出參數(shù)；

(6)根據(jù)輸入?yún)?shù)、基本輸出參數(shù)、元件參數(shù)關(guān)系計(jì)算函數(shù)庫，仿真模擬器同步對(duì)其它輸出參數(shù)進(jìn)行數(shù)值化計(jì)算；

(7)其它輸出參數(shù)被輸出到數(shù)據(jù)模塊，此后可以通知調(diào)度模塊前來獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行下一輪計(jì)算的參數(shù)輸入了。9結(jié)論

通過建立天然氣管道數(shù)學(xué)模型及求解算飯，在輸入管道的基本參數(shù)后，可以根據(jù)輸入的初始運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)，從而為排定管輸計(jì)劃、優(yōu)化運(yùn)行工況提供決策依據(jù)。