CN1088815C - 戊烷管道液化气装置 - Google Patents

Abstract

一种戊烷管道液化气装置，由加热气化混合回路和循环加热回路构成。其中燃油罐内装液态戊烷，由液位控制元件控制油泵从贮油罐中补充燃油，为了控制气化量，还设有加热器、锅炉以及设在燃油罐内的一次热交换器，由温度控制元件控制阀门，调节加热器的火力大小；同时由空压机的压缩空气经过分水过滤器进入压缩空气罐，再经空气流量计、阀门进入燃油罐内的雾化器里，加速液态戊烷蒸发和按规定混合。本发明利用戊烷为原料，安全高效，性能稳定，对环境温度、送气距离及对各类用户适应性广。

Description

戊烷管道液化气装置

本发明涉及一种液化气气化装置，特别是一种戊烷管道液化气装置。

戊烷(C₅)镏分作为天燃气液化石油气气源的补充，来源较为丰富。而且这种燃料具有高热值(11000千卡/公斤)无毒性，无污染，价格低，常温常压下为液态，蒸气压低(0℃时仅为25、38kpa)，贮运简易等优点。目前，全国C₅镏分的总产量约280万吨；除极少量作为化工溶剂外，大部分被炼油厂天火烧掉。若全部作为液化石油气供民用，可解决4000万人口的用气，燃料年税利3亿元人民币，节约能源100万吨标煤/年，减少毁林木1500万亩/年。大大缓解城乡居民用气的供求矛盾，有利于环境保护和社会文明进步。

采用戊烷(C₅)液化气混合空气的制造技术简单，自实施市场经济以来，因油源供应比较有保障，再加上它不易爆、无毒、无污染、价廉，贮运方便的优点，因此，这种人造天然气目前在大陆正方兴未艾，从南到北，特别东南沿海地区，更受到地方政府的重视，甚至连西南天然气资源丰富的四川省也不例外，这股人造天然气热，将会在大陆煤气事业发展史上占有一席之地，此外，因此而形成的供应***无须改造，就可以与现有的天然气，油制气和煤气管道接轨，使用通用的石油气燃气具。这也是目前人造天然气受欢迎的重要因素之一。

但现有技术中，这种戊烷(C₅)液化气制造技术还存在不少令企业招致失败的地方。例如，混入空气如何控制其***极限，产气率能否满足高峰用气要求和使成本低廉，如何掌握压力、流量、温度这三个参数。在用户停止用气的时间及寒冷的环境会不会重新液化，灶前压力应多少为宜等。

本发明的目的就是为了克服现有技术中的不足之处而提供一种安全高效，低成本，控制方便，性能稳定，对环境温度、送气距离及对各类用户适应性广的戊烷管道液化气装置。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：本发明包括加热气化混合回路和循环加热回路，加热气化混合回路中的燃油罐为密闭的常压金属容器，通过油管、油泵与贮油罐联接，燃油罐内设有一次热交换器，空气压缩机通过分水器与压缩空气罐联接，压缩空气罐内设二次热交换器，通过气体流量计，阀门与燃油罐内的雾化器相联接，燃油罐通过高压气管经流量计、调压钻、中压气管、调压箱、低压气管送到用户灶具，加热器及锅炉通过管道与燃油罐内的一次热交换器联接，再经阀门与压缩空气罐内的二次热交换器及放置在站场上的三次热交换器联接，然后回到水箱中，再回到锅炉，在低压管路中并联了由管路、真空泵、三次热交换器、管路、温度控制元件、压力控制元件、阀门组成的循环加热回路。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：在燃油罐和压缩空气罐的出口分别设置了气体流量计，并分别设置了压力控制元件，温度控制元件；还设置了观察炉、报警装置、自动灭火器。

本发明与现有技术相比有着许多优点：

1、性能优越，对环境、温度、管网大小适应性广，特别适应严寒(+15℃～-17℃)的地区。

2、结构合理，调节灵敏，体积小，建一个千户居民用的封闭式气站只需100～200平方米即可。

3、技术简单，便于实行半自动和全自动监控，每站仅设1人管理也无须24小时值班，经营费用低。

4、投资少，经济效益高。全部采用国产设备，建一个用气千户站，投资约20～30万元，每M³气3元，一个3-5口之家正常月用量10～15M³，比很多地区的天然气，液化石油气减少费用20-30％。经营气站企业毛利润约为30～40％。

5、社会效益好，本***产生的天然气热值高，无毒，无烟，无味，无污染，不***，节约能源，保护环境，减少运煤和煤渣的运输压力。

6、适用灶具广，对现有的各种气体和型号、规格的液化气燃具，只须简单调节，即可使用，其燃烧效果比使用天然气和液化石油气更好，易于为群众接受。

7、本装置适合大中城市小区管道供气，也适合中小乡镇，实现燃气管道化，具有实用性和较大的社会经济效益。

8、液态戊烷其沸点为36.2℃，不能依靠环境温度使其气化。现有技术是采用直接电加热的形式使其沸腾、气化，但是这种方式极易重新液化，而且成本高，不安全。本发明采用介质加热方式并在戊烷(C₅)产生气化的同时与被加热了的热空气混合，使气化的气流达到浓度与压力，通过调压站输入管道，再输送给用户使用。在至用户的低压管路的适当分支中并联循环加热装置，当用气低峰及严寒环境，保证混合气体浓度不改变的条件下得到不停加温和流动，克服了戊烷气的所谓二次液化。

图1为本发明的结构原理连接图。

本发明下面将结合附图(实施例)作进一步详述：

参照图1，本发明主要包括贮油罐1、油泵2、燃油罐4、液位控制元件5、温度控制元件7、23、35、联接气管9、12、14、压机16、分水器17、阀门20、雾化器21、加热器25、锅炉26、热交换器27、29、30以及真空泵33、联接气管32、34、控制柜39所组成。其中燃油罐4为密闭的常压金属容器，通过油管3、油泵2与贮油罐1联接。为了控制戊烷的气化量，还设有加热器25、锅炉26、它所产生的热水(蒸气)进入燃油罐4内的一次热交换器27，再经阀门28流向设在压缩空气罐18内的二次热交换器29及放置在站场上的三次热交换器30，然后回到水箱31中，再向锅炉26供水。燃油罐4的容量较小，由液位控制元件5控制油泵2，从贮油罐1经输油管3不断向燃油罐4补充液态戊烷。这样可以使设在燃油罐4内的一次热交换器27的热功率较小，而达到温升较快的目的。压缩空气罐18的容量较大，气压也高，因此可以减少空压机16的装机功率及起动次数，提供了稳定的空气源和降低了成本。压缩空气罐18内还设有二次热交换器29，空压机16的空气经分水器17分离水份后进入压缩空气罐18，被二次热交换器预热，热空气经流量计19及阀门20再进入燃料罐4内的一次雾化器，变成许多细小的、均匀的气泡，自下而上加入到燃油罐内的液体中，使液态的戊烷与热空气的接触面积增大，强化了液→气的转化。并且，较小戊烷组份的气体，立刻被数量与能量较大的空气组份均匀分散，充满燃油罐4的上部空间，经高压气管9、燃气流量计10进入调压站11。燃油罐4及压缩空气罐18内的温度，不是一成不变的，它要根据用户的用气量统计数字，制定燃气量Q与用气时间T的关系曲线及燃气产量Q与加热温度C的关系曲线。加热温度C与上述用气时间T的关系曲线进行合理调控，一般来说，在用气高峰时间，一次热交换器27的传热介质温度50-80℃，而在用气低峰时间，一次热交换器27传热介质温度20-40℃，冬季取大值，夏季取小值。电控柜39内设有时间继电器，它能定时发出讯号，调节阀门37开度，改变加热器25火力的大小而达到上述目的。

在一定温度条件下，燃油罐内的混合燃气压力大小主要根据混合燃气的浓度决定，由燃气流量计10减去空气流量19的流量，即为戊烷组份的气体流量，其与空气流量的比值一般控制在3.5-7之间。改变阀门20的开度，即可调节合适的空气与戊烷组份之比。

由于本实施例用户分散和集中差异很大，而且输气距离远达数公里。因此在站场内设置了调压站11，还在站外设置了调压箱13。调压站设在气站站场内，它以较高的出口压力(8-100kPa)经中压气管12输送到接近用户的调压箱13，再降至灶前所需的压力(4-6kPa)，还由于本实施例所处的地区昼夜与冬夏温差大，为确保夜间用气量减少与严寒时间燃气不至产生液化，在低压气管14中并联了由气管32，真空泵33、热交换器30及气管34所组成的真空减压、循环、加热回路。当低压气管14中的温度下降到燃气的5-10℃时，温度控制元件35通过控制柜39启动真空泵33抽取管路14中的燃气经过三次热交换器30加热后再从气管34回到气管12中。这样，低压管路14中的燃气由于不停流动和反复被加热，防止了燃气的液化。在特别低温时，还可以通过加大阀门37和28的开度，提高热交换器30的燃气升温能力。采用本实施例成功阻止了+5℃至-17℃环境戊烷气的液化。

电控柜39内装有多种时间继电器，整个气站运行，可以实现半自动和全自动控制以及采用电脑化管理。为了防止停电，站场设置了备用电源38。

本发明还设置了观察炉41，可以十分直观观察***中燃气的燃烧质量。并设有报警装置42和自控灭火器43。

本发明还设置了阀门40，把重质组份的燃油由燃油罐4底部引入加热器25中烧锅炉26，从而节省了优质燃气。

埋在地下的贮油罐1是一个密闭的常温常压金属容器，加油泵2根据液位控制元件5的电信号通过联接油管3定期定量把液态戊烷(C₅)输入到燃油罐4中，燃油罐4内设有一次热交换器27，由空压机16的压缩空气经过分水器17进入压缩空气罐18，压缩空气罐18为一金属压力容器，内设二次热交换器29，空气在罐内预热后，通过阀门20进入设在燃油罐4内的雾化器21中，变成许多均匀的、细小的气泡，加速燃油罐4的液态C₅沸腾和蒸发。数目较小而且均匀分散的戊烷气体的分子被数倍于自己的具有强大内能的空气分子携带在输气管道中运动，就像砂粒在河水中飘浮一样。他们之间不容易互相碰撞变成较大的分子团而液化；即使有个别戊烷分子由于分子附壁作用而产生凝结，也由于受热空气流的推动作用使其迅速蒸发。通过温度控制元件7和23的监控，控制阀门37调节加热器25火力大小，使锅炉26提供恰当的热水或蒸气，同时通过阀门28调节热交换27，29的热量，分配量，达到最优参数配比。由于液体的沸点还取决于液体上方空间的压力，压力降低，沸点随之降低，压力升高，沸点随之升高。本发明还设置了压力控制元件8、24分别监测燃油罐4和压缩空气罐18中的压力，通过阀门20进行燃油罐4压力的控制。

压缩空气罐压力可以在0.2～0.7MPa，而燃油罐的压力则在0.005-0.2MPa之间。低温和用气高峰时取小值；高温和用气低峰时取大值。

戊烷与空气混合后的***极限浓度下限为1.4％，上限为8.3％，通过流量计10、19或加油泵2的计量表及燃气流量表15可以计算出燃气的浓度，通过阀门20的调节，使从空气罐18进入燃油罐4的空气量远离***带。

本发明使燃气浓度处于其上限的1.5～3倍范围，即每立方米C₅成份纯气体加入3.5～7倍其体积的空气。

气化后的戊烷组份混合适量的空气不仅不会使燃气在管道中***，还防止了戊烷组成的液化(特别在进入调压、箱前的高压远距离输送管道中)，降低成本有重要作用，民用燃气是由碳、氢化合物所组成的混合物，而其燃烧后的生成物主要是二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)，含碳原子多的戊烷(C₅)燃气(C₅H₁₂)，在燃烧时需要的氧气自然比含碳量少的天然气(CH₄)和液化石油气(C₃H₆、C₄H₁₀)要求更多的空气，据计算1M³液化石油气(50％C₃和50％C₄)完全燃烧需要约27M³空气，而1M³戊烷气完全燃烧则需要约38M³空气，由于天然气和液化石油气灶具在结构设计时，其进气压力和一、二次空气补给均以气种(热值)决定好了的，空气补给裕量不多，因此戊烷管道液化气在进入灶具前适当配比一定的空气量及提高其进气压力，改善空气动力特性增加风门的空气补给量是十分必要的。

提高混合燃气的温度和增加混合燃气的输送压力，都能使***极限范围扩大，意味提高了安全性。

本发明通过调压箱13使其灶前压力处于4-6KPa之间，这对不易爆，无毒，无污染的戊烷管道气仍十分安全、可靠。

气化的燃气，在一定压力下降到某一温度时，会凝结成雾，液化。燃气的露点与气体的组份和压力有关。在标准压力下(101kPa)正戊烷的露点36.2℃压力升高，则露点也会升高。为了防止在寒冷的地区和用气低峰时管道内的燃气液化除了加入空气，降低其燃气的露点外，本发明还在***低压输气区域增加一个并联的真空加热装置，这个装置由管路32，真空泵33，三次热交换器30、27、管路34构成回路，在调压箱13终端低压管道14适当位置连接管路32，根据温度与压力传感器35、36的控制在其可能产生露点时，自动启动真空泵33和阀门37，提高锅炉26供热温度，接近液相的燃气通过真空泵对其降压机和三次热交换器30的加热，再回管道34和12中，升高压力和温度，加强燃气流动蒸发，由此循环并没有改变管道中的浓度和凝结，又克服了超低温的液化，采用本技术可以使华东及北方高寒地区实现戊烷管道液化气的应用。

上述全过程在投资允许的条件下，各种数据的配比，可以通过传感器的信号输入微机中分析处理，达到全自动和高效能的目的。

Claims (3)

1、一种戊烷管道液化气装置，其特征在于：包括加热气化混合回路和循环加热回路，加热气化混合回路中的燃油罐(4)为密闭的常压金属容器，通过油管(3)、油泵(2)与贮油罐(1)联接，燃油罐(4)内设有一次热交换器(27)，空气压缩机(16)通过分水器(17)与压缩空气罐(18)联接，压缩空气罐(18)内设二次热交换器(29)，通过气体流量计(19)，阀门(20)与燃油罐(4)内的雾化器(21)相联接，燃油罐(4)通过高压气管(9)经流量计(10)、调压站(11)、中压气管(12)、调压箱(13)、低压气管(14)送到用户灶具，加热器(25)及锅炉(26)通过管道与燃油罐(4)内的一次热交换器(27)联接，再经阀门(28)与压缩空气罐(18)内的二次热交换器(29)及放置在站场上的三次热交换器(30)联接，然后回到水箱(31)中，再回到锅炉(26)，在低压管路中并联了由管路(32)、真空泵(33)、三次热交换器(30)、管路(34)、温度控制元件(35)、压力控制元件(36)、阀门(37)组成的循环加热回路。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在燃油罐(4)和压缩空气罐(18)的出口分别设置了气体流量计(10)和(19)，并分别设置了压力控制元件(8)和(24)，温度控制元件(7)和(23)。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还设置了观察炉(41)、报警装置(42)、自动灭火器(43)。

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