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湿煤气输送中水蒸气理论凝结量的计算
2012年第四期    发布时间:2013-5-23 16:23:21

湿煤气输送中水蒸气理论凝结量的计算


邢台燃气有限责任公司  孙立卢 邓俊杰 李勇慧

      摘要:针对目前煤气管网存在的抽水量大且水量不均衡的问题,对湿煤气输送过程中水蒸气凝结量进行了理论计算。结果表明:湿煤气作为理想气体混合物,且水蒸气以饱和蒸汽压状态存在时,推导出了湿煤气输送过程中水蒸气理论凝结量的代数式,并以夏季为例,计算得出水蒸气的理论凝结量为39.18g/Nm3。适当增大用户处煤气压力或降低煤气温度,可减少煤气含湿量,提高终端煤气质量。且随着实际抽水量与理论凝结量差值的增大,购销差率逐渐地增大,差值小于2t时,购销差率小于1%。
      关键字:湿煤气;饱和蒸汽压;水蒸气凝结;计算;购销差
      中图分类号:TU 996    文献标识码:B

      引言
      燃气的购销差直接影响燃气企业的经济效益。目前很多燃气企业存在购销差率超过5.5%,有的甚至高达10%,给企业造成一定的经济损失。已有专家对燃气购销差的影响因素与整治做过相关研究[1,2],但是水蒸气凝结对燃气购销差影响鲜见报道。笔者针对本公司煤气管网抽水量大且水量不均衡的问题做了研究,并对煤气在输送过程中水蒸气凝结量的理论值做了相关计算,以期为管网维护和减少购销差提供工作指导和理论依据,进一步减小购销差。

     1 湿煤气输送中水蒸气凝结量的计算
     1.1 湿煤气性质的分析
     湿煤气能否看成理想气体混合物直接影响后续计算的正确性和精确度,因此首先要对湿煤气的性质进行分析。湿煤气由干煤气和水蒸气组成,如果干煤气和水蒸气可看做理想气体,则湿煤气即为理想气体。在煤气储配站各级压缩机入口的湿煤气都经过了前段冷却器的冷却和气水分离器的干燥,因此压缩湿煤气的温度通常不超过50 ℃,处于水饱和状态,经过分离器的水蒸气分压很低,表1为0~90 ℃的水蒸气饱和压力和饱和水蒸气压缩因子值。
      理想气体的压缩因子值等于1,实际气体压缩因子值趋于1时,性质都趋于理想气体[3]。由表1可知,当温度不超过80 ℃,水蒸气的饱和蒸汽压很低,饱和水蒸气压缩因子与1的偏差小于1%,趋于理想气体性质。表2是煤气的压缩因子值,其压缩因子值与理想气体压缩因子偏差小于1%,因此,在很宽的压力范围内干煤气可看成是理想气体。
      由以上分析可知,干煤气和水蒸气都可看做理想气体,因此湿煤气可看成理想气体混合物。

       

         

      现出不同的表压,现就夏季为例,对水蒸气的凝结量做简单计算。
已知:由市计量测试所检测当地夏季大气压为99.4 kPa,计量处煤气温度为40 ℃,查表可知,40 ℃时煤气中饱和水蒸气分压为7.3814103 Pa,计量处表压为3.6 kPa,代入式(8)计算得,计量处煤气饱和水量为53.08 g/Nm3。
      到用户处煤气温度为23 ℃,查表可知,23 ℃时煤气中饱和水蒸气分压为2.814103 Pa,到用户处表压为50.6 kPa,代入式(9)计算得,到用户处煤气饱和水量为13.9 g/Nm3。即湿煤气输送中约有39.18 g/Nm3(约合0.4 t/万Nm3)的水凝结出来。

          

      2 水蒸气凝结量影响因素分析及对购销差的影响
      2.1 水蒸气凝结量影响因素分析
      2.1.1 用户处煤气压力的变化对水蒸气凝结量的影响
不改变计量处温度、压力,即计量处煤气的饱和水量为53.08 g/Nm3,只改变到用户处煤气的压力,考察其对到用户处煤气饱和水量和水蒸气凝结量的影响,结果如图1所示。
      从图1可以看出,当用户处压力逐渐增大时,到用户处煤气饱和水量逐渐减少,水蒸气凝结量增大,因此,为保证用户处煤气质量可适当提高煤气压力。

           

             图1 用户处煤气压力对煤气饱和水量    图2 用户处煤气温度对煤气饱和水量影响

      2.1.2 到用户处煤气温度的变化对水蒸气凝结量的影响
      不改变计量处温度压力,即计量处煤气的饱和水量为53.08 g/Nm3,只改变到用户处煤气的温度,考察其对到用户处煤气饱和水量和水蒸气凝结量的影响,结果如图2所示。
      从图2可以看出,当用户处煤气温度逐渐增大时,到用户处煤气饱和水量逐渐增大,水蒸气凝结量减少,因此,煤气温度越低煤气质量越好。

      2.2 水蒸气凝结量对购销差的影响

                  表4 实际抽水量与理论水蒸气凝结量之差对购销差的统计表

          

     表4是4月份-9月份实际抽水量与理论水蒸气凝结量之差对购销差的统计表,从表中可以看出,当日均抽水量与水蒸气理论凝结量相差为负值时购销差亦为负值。产生实际抽水量小于理论凝结量的原因可能是:由于管道内温度较低,水蒸气处于未饱和状态,致使在加压过程中实际凝结量偏小。其差小于2 t时,由水蒸气凝结产生的购销差小于1%,因此,控制实际抽水量与理论凝结量的差值在2 t以下,可以有效地控制由水蒸气凝结产生的购销差。当差值大于2 t时,要采取必要的措施从气源厂到用户处逐一进行排查,以减小煤气输送中由于水蒸气凝结而产生的购销差。

     3 结论
     湿煤气作为理想气体混合物,且水蒸气以饱和蒸汽压状态存在时,湿煤气输送过程中水蒸气理论凝结量的计算公式为:
     适当增大用户处煤气压力或降低用户处煤气温度可以增大煤气中水蒸气凝结量,控制煤气中水分,使终端产品的质量得到有效地保证;
    (3)随着实际抽水量与理论凝结量差值的增大,购销差率逐渐地增大,且差值小于2 t时,由水蒸气凝结产生的购销差小于1%。

参考文献:

     [1] 范金生. 燃气供销差的主要因素与整治[J]. 煤气与热力. 2009, 29(4):B38-B41.
     [2] 韩武忠. 城市燃气购销差原因分析与措施研究[D]. 上海,同济大学,2009.
     [3] 褚菲,王福利,王小刚,等. CCPP湿煤气热力学性质分析和简捷计算方法[J]. 东北大学学报(自然科学版). 2012, 33(6):761-764.
     [4] 朱明善,刘颖,林兆庄,等. 工程热力学[M]. 北京:清华大学出版社,1998.


     Calculating Method of Water Vapor Coagulation in Theory in Transportation for Wet Coal-Gas

     Xingtai Gas Co., Ltd., SUN Li-lu, DENG Jun-jie, LI Yong-hui
     Abstract: According to the problems of large amount of pumping water and     unbalanced water quantity in pipe network branch, the calculating method of water vapor coagulation was analyzed in theory which was for wet coal-gas in transportation. The results showed that when wet coal-gas which was as ideal gas mixture was transported to users in the state of saturated vapor pressure, the formula of the theory of water vapor condensation was deduced. With summer for example, the water vapor condensation was 39.18 g/Nm3. Gas moisture content can be reduced by increasing the gas pressure or reducing the gas temperature of users appropriately in order to improve terminal gas quality. And with the difference of actual quantity of pumping and theory of setting increasing, the gas distribution losses increased gradually. When the difference was more than two tons, the radio of losses to purchases was below one percent.
Key words: wet coal-gas; saturated vapor pressure; vapor coagulation; calculation; ratio of gas distribution losses to purchase quantity