小城镇压缩天然气（CNG）配气系统研究

论文摘要

随着中国城镇化水平的提高,民用天然气的发展逐渐从城市走向向城镇,无疑,21世纪重要的能源基础设施工程—“西气东输”工程的建成为城镇天然气化的快速发展进程提供了良好的条件。但是,城镇尤其是小城镇的天然气供应问题还存在着重要的技术障碍。从节省投资、安全可靠的角度,发展小城镇的天然气化从某种意义上说还并不是非常成熟的,这种情况的出现,除了中国天然气资源缺乏的原因之外,经济的、技术的和政策的等方面的问题也是目前小城镇天然气化进程还非常缓慢的原因。国家“十五”科技攻关计划中特别设立了“小城镇基础设施建设关键技术研究”攻关课题,其中,“小城镇燃气供给系统建设关键技术研究（2003BA818A15-3）”是子课题之一。结合该课题的研究,本文从技术的角度对小城镇天然气供应技术中的配气系统做了较为深入的讨论,讨论的目的在于为小城镇的天然气供应系统提供较为科学的设计和实施技术。本文的重点研究成果及其创新之处在于:1)从配气站的主要配管设计方面,针对CNG运输工具到配气系统的配管涉及到不可压缩流体和可压缩流体问题,重点采用了可压缩流体的流量计算理论,对高压状态、不同压差时不同管径的流通能力进行了理论计算,并对卸气管路的配管设计提出了具体的选择参数;2)根据高压流体的节流降温特点,详细分析和计算了天然气节流降温过程的温度降与压力降的数字关系,认为在通常情况下,结合储气管道可以对温度降进行自然恢复,提出了在小规模供气工艺中可以取消1级加热和一级调压的新工艺;3)针对CNG供气工艺中必须加臭的要求,在分析了小型配气系统依靠滴定式加臭不能达到等比例加臭的特点之后,创造性的将孔板计量装置可以感知流量的特性与加臭装置有机结合起来,发明了燃气流量随动自动加臭系统,为CNG配气系统制造经济适用的加臭设备提供了技术条件;4)储气是天然气供应过程中必须解决的问题,本文分析了采用高压储气箱、常规储气设施,或者利用运输工具的储气功能不能解决小城镇的储气问题的原因,提出了在小城镇采用高压管束储气的新方法,并确定了储气压力和储气容积之间的数学关系,为储气设施的设计提供了理论依据;5) CNG的不安全性是要明显高于通常压力级制的天然气的,本文对处于配气站内的高压运输工具和高压设备对周边环境或者是站内设施之间的影响建立了破裂的能量评价法和潜在的TNT当量评价法,并利用这些方法对具体的高压管道和设施进行了安全评估,为配气站的安全性设计标准如何建立提供了重要的理论根据;

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 小城镇 CNG 供气技术现状、本文的研究重点与亟待解决的问题
• 1.1 中国小城镇的燃气化状况
• 1.2 CNG 供气方式的提出与技术现状
• 1.2.1 CNG 供气方式的提出
• 1.2.2 CNG 配气系统的构成
• 1.3 本文的研究重点与亟待解决的问题
• 1.4 本章小结
• 2 CNG 的流动过程与流量规律
• 2.1 稳定可压缩流体的流量计算理论
• 2.1.1 依据管路缩口机构的气体流量计算理论
• 2.1.2 不稳定可压缩流体流量计算的数值方法
• 2.2 CNG 卸气过程的流体力学参数的数值计算方法
• 2.2.1 参数计算数学模型的建立
• 2.2.2 卸气过程流体力学参数的数值计算方法
• 2.2.3 卸气过程流体力学参数的计算结果分析
• 2.2.4 配管设计参数参考
• 2.3 本章小结
• 3 CNG 的节流减压过程与温度降
• 3.1 节流减压过程
• 3.2 节流温度降的理论计算
• 3.2.1 天然气的焦耳－汤姆逊系数计算方法
• 3.2.2 结果比较与分析
• 3.2.3 温度降的影响与消除
• 3.3 本章小结
• 4 CNG 配气站储气技术研究
• 4.1 CNG 高压储气方法
• 4.1.1 地下储气井
• 4.1.2 高压钢瓶组
• 4.1.3 储气方式的比较
• 4.2 CNG 高压管道（管束）储气技术
• 4.2.1 高压管道的末端储气与高压管道（管束）储气
• 4.3 本章小结
• 5 差压原理在加臭技术中的应用研究
• 5.1 燃气加臭技术
• 5.1.1 燃气的泄漏及其后果
• 5.1.2 泄漏燃气的感知与加臭
• 5.2 应用差压原理的加臭技术
• 5.2.1 差压流量测定与节流差压的利用原理
• 5.2.2 利用节流机构等比例加臭的结构原理
• 5.3 本章小结
• 6 小城镇 CNG 配气系统新工艺的安全性评价
• 6.1 CNG 配气站新工艺流程及其实现
• 6.2 CNG 配气站的安全性评价方法
• 6.2.1 爆炸能量计算
• 6.2.2 爆炸效应评估
• 6.2.3 高压储气设施的安全性评价
• 6.2.4 管道系统的安全性评价
• 6.3 本章小结
• 7 配气系统的信息化管理研究
• 7.1 管道数字信息化
• 7.1.1 燃气管网数字信息化的意义
• 7.1.2 燃气管网数字信息化实现方法研究
• 7.2 管理功能的扩展
• 7.2.1 基于GIS 的燃气管道分类与综合评价
• 7.2.2 模糊综合评判的基本原理及流程
• 7.3 本章小结
• 8 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在读博士期间发表的论文
• 作者在读博士期间出版的专著
• 作者在读博士期间申请的专利