利用天然气管网压力能的小型液化流程设计

针对城市天然气高中压管网调压站的压力能回收利用,综合考虑LNG储运过程中广泛面临的BOG(Boiloff gas)问题,提出了一种结合混合工质循环、利用天然气压力能生产高品质LNG的小型液化流程。研究分析了预冷温度、动部件效率、低温换热器性能及液化天然气温度对流程天然气液化比的影响,优化的流程结果参数表明,当所得液化天然气储存在4bar,-160℃时,流入系统18.26%的天然气可被液化,其余部分外输中压管网;提出了在LNG买卖市场中根据LNG品质议价的建议,以从根本上减少LNG储运、装卸及使用过程的BOG排放量,进而减少经济损失与能源浪费。该流程可应用于城市燃气调峰,也可进行二次销售,具有较好实用性和经济性。     

天然气调压站差压液化系统研究

液化天然气(LNG)调峰方式因其调峰能力强,设备占地面积少等优点,是门站进行调压的有效补充。本文采用透平膨胀机替代传统的节流阀,设计了一套天然气差压液化系统,将管道的高压天然气进行降压后输送至城市管网,同时利用天然气膨胀后的冷能获得LNG。文章对比了压缩机不同布置方式对液化率的影响,在设计系统中采用气源入口布置压缩机以提高天然气液化率,文中研究了气源压力、温度及流量对透平膨胀流程天然气液化率的影响,发现液化率会随着气源压力和流量的增大而增大,但会随着温度的升高液化率降低。     

基于浮式LNG的空气膨胀式液化流程设计与优化

针对海上浮式LNG工艺技术对装置紧凑性、操作简便性、制冷剂安全性的要求,采用HYSYS软件对以CO2为预冷剂,空气为制冷剂的新型膨胀式液化流程进行模拟分析,同时在Peng-Robinson方程的基础上,综合考虑了气体制冷剂膨胀前压力、原料气温度、CO2节流后温度和LNG存储压力四个重要参数对液化工艺的影响并对其进行了优化改进。结果表明:与传统的丙烷预冷氮膨胀流程和双氮膨胀液化流程相比较,该方法受船体晃动的影响低,海上安全性高、稳定性好,液化率可达到91%,更适用于海况恶劣的环境。     

利用液氮冷能的小型天然气液化流程

为了简化小型天然气液化流程中的制冷装置,增加产品的收益率,设计了一种利用液氮冷能且带精馏的天然气液化流程,在得到液化天然气(LNG)的同时得到液化石油气(LPG)。采用HYSYS软件对流程进行模拟,选取P-R方程计算天然气气液相平衡特性,以生产单位质量的LNG耗功最小为目标函数进行优化,得到了关键节点参数,主要分析了塔内工作状况和换热器管路的热负荷分布情况。结果表明:塔的操作压力对产品纯度影响很大,换热器过大的温差和负荷造成了主要的火用损失,LNG回收率大于90%。     

不同压力下Laval喷管天然气超声速脱硫化氢性能

为了研究采用Laval喷管实现天然气中硫化氢气体凝结与液化的可行性,建立了天然气中硫化氢气体超声速凝结的数学模型,研究了Laval喷管内甲烷-硫化氢混合气体超声速流动基本规律,对比了不同压力下Laval喷管天然气超声速脱硫化氢性能。结果表明:当甲烷-硫化氢双组分混合气体流入喷管后,经过喷管的渐缩段,马赫数不断增大,压力温度不断降低,在喉部处达到声速,流经喉部后气体高速膨胀,马赫数最大可达2.06;随着入口压力的升高,成核率起始位置前移、成核区域变窄,液滴数目减小,液滴半径和液相所占比重增大,Laval喷管出口处气相中硫化氢摩尔分数降低,硫化氢的脱除效率增大。     

天然气在不同初始温度和压力下的燃烧特性研究

利用定容燃烧弹研究了不同初始温度和初始压力下的天然气燃烧特性,分析了初始温度、初始压力和当量比对其燃烧过程的影响.研究结果表明:随着初始温度的升高(300～450 K),天然气质量燃烧速率明显增加,燃烧持续期和火焰发展期显著缩短.随着初始压力的升高(0.1～0.75 MPa),天然气质量燃烧速率明显减慢,燃烧持续期和火焰发展期显著增长.且稀混合气和浓混合气条件下初始温度和初始压力的变化对燃烧持续期和火焰发展期的影响更明显.     

混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化流程设计

提出一种混合制冷剂循环膨胀机内复叠天然气液化流程(Hybrid JT-exp).采用自主开发的流程模拟程序,分别对C3/MRC流程、AP-XTM流程和Hybrid JT-exp流程进行了模拟,并以单位能耗为指标对三种流程进行了优化.优化结果发现,Hybrid JT-exp流程综合特性曲线匹配效果最好,其流程总功耗和单位能耗与AP-XTM流程相当;与C3/MRC流程相比,其流程总功耗降低约9.5％,单位能耗降低约9.6％.Hybrid JT-exp流程可作为AP-XTM流程的一种替代技术方案.     

氦透平膨胀机充气式迷宫密封性能的仿真研究

探究充气式迷宫密封的密封气进气压力与泄漏量的关系,通过数值模拟对氦透平膨胀机的密封结构进行仿真计算,研究在250～700 kPa范围内密封气进气压力变化对密封泄漏量的影响。结果表明：在不接通密封气时,密封泄漏量与压比呈现出线性关系;受密封气对密封气进气口稳压槽内射流抑制作用的影响,泄漏量与密封气进气压力呈现负相关关系;受转子旋转对流体做功的影响,泄漏量为零时的密封气压力高于进口压力。     

小型天然气液化装置研究进展和关键问题

介绍了小型天然气液化装置的特点,概括和分析了国内报道的国内外小型天然气液化装置,分析了小型天然气液化装置研究的一些关键问题。指出小型天然气液化装置的研究是一项系统工程,主要涉及到三方面的内容,即液化流程设计和模拟、液化设备设计和选型、液化装置调试和整改,并对这三方面进行了深入分析,认为针对小型天然气液化装置的低温理论和技术的发展将提高小型天然气液化装置的效能。在进行小型天然气液化装置的研制时应立足于使设计的小型天然气液化装置国产化,取得自主知识产权,力求形成商业化规模。     

混合制冷剂循环(MRC)液化天然气流程的设备模拟

混合制冷剂液化天然气流程中 ,涉及到很多设备。文中介绍了压缩机、膨胀机和节流阀、分离器、混合器、多股流换热器这五类设备的热力学状态的计算方法 ,并与国外流程计算中的相应模块计算结果相比较 ,模拟结果十分接近 ,从而表明所进行的设备热力学状态模拟是正确的     

一种利用天然气压力能结合氮膨胀制冷的新型小型液化流程

高压天然气进入城市管网前必须在门站减压,一般是通过节流阀完成,造成能量的极大浪费。考虑利用天然气压力,提出一套结合氮膨胀的新型液化流程。使用HYSYS软件对流程进行设计和模拟,通过氮膨胀制冷工艺调节,获得较低的制冷温度,避免了BOG气体的产生。选取流程中的关键参数,并以比功耗为目标函数对流程进行优化。同时展示了文献中其它三种流程(NEC-Propane,SMR,C3MR)的优化结果,为更客观比较四种流程,以比功耗和效率为指标,将其它三种流程对应的参数应用到本文提出的新型氮膨胀流程中并进行对比。针对天然气组分、天然气制冷负荷这两种工况的变化,提出不同的控制策略,在策略指导下流程较高的效率表明对工况的变化有较好的适应性。     

车载天然气管道泄漏遥感探测技术的研究

我国天然气工业已经进入了迅速增长阶段,其作为一种洁净、高效的能源在经济发展以及人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。天然气在生产、加工、运输和储存等过程中泄漏是难以避免的,这不仅会造成浪费,甚至还会造成重大灾难事故,这就使得对天然气管道泄漏进行探测显得尤为重要。文章围绕着车载式天然气管道泄漏遥感探测展开研究,设计并建立了一套车载式天然气管道泄漏遥感探测系统及模拟车载运动条件的实验平台,提出了一种简易可行的积分浓度标定方法。同时基于此实验平台和新的标定方法对不同反射距离,不同反射体,不同反射角度以及不同运动扫描速度进行了测量对比,用以模拟真实外场环境。实验结果和理论分析具有很好的一致性,该系统可实现探测距离为70m,时速为53.3km.h-1下,对较低浓度标准气体进行遥感探测,最小探测极限为28.9ppm.m。实验结果能够满足实际探测需要。     

一种用于高压输气管道泄漏检测的次声传感器的研究

研究了一种用于检测高压输气管道泄漏次声波的次声传感器。针对管道泄漏频带宽,频率低的特点,该次声传感器换能元件选用电容式传声器,设计了一个前端耐压壳,将前端敏感单元与前置放大器隔离,可耐12 MPa静态压力;通过对比信号放大电路,实现了对调制电路优化设计,使得在1 Hz以下频段仍有较高灵敏度,传感器自噪声降低;该传感器只对声波敏感,对振动的灵敏度平均值1 mV/g,具有很好的抗振动干扰性能。测试结果表明：该传感器能有效地检测到声波信号,频率响应范围0.5 Hz至300 Hz,覆盖了管道泄漏次声频带和低频可听声频段,不放大的Ⅰ档灵敏度200 mV/Pa,Ⅱ档和Ⅲ档分别将信号放大5倍和20倍,输出信号的自噪声小于15 mV,该传感器可适用于天然气输气管道的泄漏监测。     

基于激光吸收光谱技术天然气管道泄漏定量遥测方法的研究

报道了基于激光吸收光谱学原理的天然气管道泄漏移动遥测技术,通过模拟天然气泄漏实验, 分析了移动遥测的关键技术问题.为了定量遥测天然气管道微量泄漏,引入一个和剩余幅度调制(RAM) 等值反相的信号对偏差进行补偿,降低RAM对谐波信号的影响,提高系统检测灵敏度. 针对遥测回波吸收光谱特征,提出了改进软阈值小波去噪法,就提高系统信噪比而言, 比传统软阈值去噪法高2倍多,同时对二次谐波(2f)信号形状也有很好的保留,通过探测限计算, 系统移动遥测灵敏度达到80 ppm/m.     

天然气管道泄漏的声-压耦合识别方法

为了提高对城市燃气管道泄漏检测的准确性,该文提出了一种基于声波与压力波耦合的识别方法,并通过实验考察了它的可行性。实验发现管道的气体泄漏引起了两个显著特征,即泄漏噪声与压力下降。泄漏噪声的强度随泄漏量增大而增大,但噪声的频率基本保持不变;管道内压力降低的速率与泄漏量大小正相关。据此发展了一种基于相关算法的泄漏耦合识别方法,通过判别泄漏噪声与压力降是否同时出现,以及相关函数值大小与阈值对比,来判别泄漏是否发生及其大小。实验验证了耦合识别方法的有效性,并展示了比单一信号识别方法更好的抗干扰能力。     

Analysis of pipeline networks using two-ports

Majority of vibration problems arise in pipeline networks are attributed to the high-pressure pulsations. Pulsations are generated by fluid machines such as compressors and pumps. These pulsations turn into shaking forces at elements such as pipe bends and pipe reducers, which in turn excite vibrations in the connected piping network. High vibrations beyond the endurance limit of the pipe material may cause damage to pipes, supports, and equipment. In addition, if the source pulsation frequency coincides with one of the natural frequencies of the piping network, resonance will take place and the vibrations will be magnified to a large scale. Obviously, if these vibrations are not well controlled, they might cause damage to the whole system and foundation, and might lead to substantial financial losses. Thus, prediction of pulsations is important for safe and proper operation. In this paper, a pilot plant equipped with a reciprocating compressor, pipes, bends, and terminated by a vessel is built. The network is modeled using the two-port theory that splits the network into several cascaded elements, and predicts the response of the network. The prediction model uses the measured compressor source data as an input, which is determined by the indirect multi-load method that is usually used to characterize internal combustion engines. A pulsation suppression device is designed, modeled, manufactured and inserted into the pilot network. The pressure pulsations are measured with and without the pulsation suppression device, and compared to the predictions using the two-port theory.     

A new correlation based on artificial neural networks for predicting the natural gas compressibility factor

In this study a new correlation of natural gas compressibility factor based on theory of Mohammadikhah-Mohebbi-Abolghasemi??s equation of state (MMA EOS) is developed using an artificial neural network. In MMA EOS, the compressibility factor as a function of M-factor (BP/RT) is expressed. An artificial neural network (ANN) is designed in which the M-factor, reduced temperature, and reduced pressure are selected as input variables, whereas the natural gas compressibility factor is selected as output. Then, a new correlation based on the weights of ANN is obtained. Results of this correlation are compared with some other equations and experimental data. Proposed correlation for 597 data points has an average absolute deviation (AAD%) of 0.6% and a correlation coefficient (R ² value) of 0.9999.     

Effect of gas pressure on ionization of ambient gas

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｔｗａｓｏｆｔｅｎｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄｔｈａｔｉｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆａｍｂｉｅｎｔ ｇａｓｓｈｏｕｌｄｏｃｃｕｒｒｅｄｗｈｅｎａ ｐｌａｓｍａｗａｓｐｒｏｄｕｃｅｄｗｉｔｈｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｎｇａｔａｒｇｅｔ .Ｍａｎｙａ     

Kinetic investigation of the ozone-assisted partial oxidation of fuel-rich natural gas mixtures at elevated pressure

The partial oxidation of natural gas in HCCI engines in terms of a polygeneration process could be a promising technology to flexibly produce useful chemicals, heat, and work, depending on demand. Because natural gas is relatively inert, high intake temperatures or compression ratios are required to initiate its conversion which can result in a lower lifetime of the engine. Alternatively, small amounts of more reactive species such as ozone can be added to the initial mixture to provide radicals at more moderate conditions and initiate the main ignition. In this study, plug-flow reactor experiments are performed to assess the influence of ozone on the fuel conversion and product formation during the partial oxidation of methane and natural gas. Experiments are performed in the temperature range of 373 K to 973 K at 4 bar and equivalence ratios of 2. Molecular-beam mass spectrometry coupled with electron ionization is used as analytical technique to detect the mixture composition at the outlet of the reactor. The results show that even very small amounts of ozone can help to shift the conversion onset to much lower temperatures and increase the yields of useful chemicals. The data can further be used to improve reaction mechanisms describing the conversion of hydrocarbons in the presence of ozone. A literature ozone reaction mechanism has been implemented in two recent hydrocarbon mechanisms and the results of simulations using these mechanisms are compared to the experimental data with respect to the low-temperature intermediates which influence ignition. Predictions differ substantially from the experimental results identifying starting points for further investigations. The speciation data provided in this work contribute to extending the reaction kinetics of ozone assisted fuel conversion to higher pressure.