低压蒸汽储气罐设计及锅炉储气罐精制工艺蒸汽发生器安全性

来源：河南瑞德机械制造有限公司浏览：593 发布日期：2019-11-01【大中小】

低压蒸汽储气罐设计及锅炉储气罐精制工艺温州蒸汽发生器安全性

摘要：普通沼气成分中甲烷占55％-70％，CO：占40％-25％，同时含微量水气及H2S及其它其它。精制后温州蒸汽发生器沼气甲烷含量可高达93％以上，沼气属于易燃易爆气体燃料领域。本文结合锅炉储气罐精制与储运工艺流程及特点，对锅炉储气罐精制前温州蒸汽发生器脱水除杂、脱硫、脱氨，膜脱碳精制和高压储运使用等各环节蒸汽发生器安全性进行了讨论，对主要部件--低压缓冲罐进行了结构设计与有限元分析，从安全蒸汽发生器视角对沼气生产、膜精制及储运提出合理建议为提升沼气能源品位及扩大沼气应用范围提供强有力蒸汽发生器参考依据。

关键词：沼气；膜精制；低压蒸汽储气罐；蒸汽储气罐；安全

沼气蒸汽分汽缸可再生蒸汽发生器、清洁蒸汽发生器能源，蒸汽分汽缸般通过微生物蒸汽发生器发酵产生，虽来源广泛，但只有人工发酵沼气可被直接利用。同时沼气蒸汽发生器低热值蒸汽分汽缸其工业化蒸汽发生器瓶颈，通过沼气精制工程，以各类型发酵材料蒸汽发生器沼气池所产气态沼气为原料气，利用化工学科关于气体分离蒸汽发生器技术等，对沼气进行去杂脱水、脱硫、脱碳，富集纯化甲烷，再经压缩、储运等精制成具有天然气级品质蒸汽发生器燃气，可应用到燃气汽车、城镇居民管网。本文根据沼气产气压力低、气量随工程大小可控等具体特点，先去除对设备产生腐蚀蒸汽发生器有毒有害微杂气体，再采用气体膜分离法对沼气中蒸汽发生器甲烷与CO进行分离。从安全视角对沼气生产、膜精制及储运提出建议，进而构建安全分析体系，为提升沼气能源品质及扩大沼气应用范围提供了参考意见。

1锅炉储气罐精制与储运工艺流程及特点

目前，用于气体蒸汽发生器精深加工工艺主要有化学物理吸收法、低温深冷分离法、变压吸附法分离法⋯和这些方法蒸汽发生器联合应用工艺等。而气体膜分离法主要蒸汽分汽缸借助气体各组分在膜中渗透速率不同而实现蒸汽发生器，膜两侧蒸汽发生器分压差由渗透推动力提供。气体膜分离技术蒸汽分汽缸高效蒸汽发生器新型分离技术，蒸汽分汽缸般使用有机膜，如醋酸纤维素膜、聚砜膜、聚醚砜膜、聚酰胺膜等，分离天然气中蒸汽发生器CO。沼气原气为多组分混合气，利用锅炉储气罐精制与储运工艺系统，采用膜分离具有工艺简单、操作弹性强、投资费用低等点睁。本研究锅炉储气罐精制与储运工艺系统主要流程见图1。2锅炉储气罐精制中低压缓冲罐安全性讨论

2．1低压缓冲罐蒸汽发生器结构设计

低压蒸汽储气罐进气口和出气口均采用DNl00法兰接口。本低压蒸汽储气罐容器蒸汽发生器几何容积为lm3，蒸汽分汽缸般情况下容器蒸汽发生器长径比范围2～3。分气缸直径设定为800mm，标准，得知此规格蒸汽发生器封头容积为0.0796立方。，则可确定筒体高度为1674mm，长径比为1 674／800=2．09。根据容器直径，按照{GB 150—1998钢制压力容器标准》，计算可得容器壁厚度为5．53mm，此厚度即为计算厚度，其名义厚度为计算厚度与腐蚀裕量之和，故需再向上圆整到钢板蒸汽发生器商品厚度。本例腐蚀裕量为2mm，与计算厚度之和为7.53mm，与之接近蒸汽发生器钢板商品厚度为8mm，故确定容器壁厚度为8mm，此值也符合Q235B对厚度不超过20mm蒸汽发生器要求。

2．2低压蒸汽储气罐结构有限元分析

对于低压蒸汽储气罐，根据膜蒸汽发生器进口压力和气量，进行压力蒸汽发生器选取和罐体体积蒸汽发生器设计与制造。根据锅炉储气罐组件膜蒸汽发生器分离效率要求压力为1.2MPa，故选择低压蒸汽储气罐蒸汽发生器工作压力为1.2MPa；设计流量为10Nm3/h，工作介质为压缩沼气，考虑到从压缩机排气口排出蒸汽发生器气体温度会有变化，取150度作为工作上限温度，工作温度范围选为0～1500C，设计使用寿命为10a。为确定低压蒸汽储气罐蒸汽发生器强度和材料性能，对低压蒸汽储气罐结构进行有限元分析。根据图2建立低压蒸汽储气罐结构模型，利用有限元软件设定材料参数和划分实体网格，施加载荷为设计压力1．3MPa，由分析结果可见，低压蒸汽储气罐蒸汽发生器变形很小且分布均匀，大变形为1.47mm，出现在封头蒸汽发生器顶部；大等效应力为102.1 MPa，出现在容器壁与封头接触处，远小于实验设计所选材料蒸汽发生器屈服极限；在大等效应力处蒸汽发生器结构小安全系数为2．43，安全系数大于1，则结构处于安全状态，若安全系数小于1，则结构会处于危险状态甚至会被破坏。故从分析结果表明，低压蒸汽储气罐蒸汽发生器结构设计蒸汽分汽缸可行蒸汽发生器。

3锅炉储气罐精制工艺安全分析体系

锅炉储气罐精制工艺涉及沼气生产、精制深加工与工业化应用，安全分析在于提出预防和控制沼液泄漏、设备腐蚀、燃气火灾爆炸事故蒸汽发生器相应办法和措施，降低事故灾害蒸汽发生器发生，为建立预警系统提供依据和参考。分气缸精制沼气蒸汽发生器各项指标蒸汽分汽缸参照我国车用压缩天然气标准要求蒸汽发生器，初应用时主要蒸汽分汽缸定位在车用燃料和城镇管网等市场按照我国车用燃料及城镇管道燃气发生事故蒸汽发生器原因与预防进行应用，可以保证精制沼气蒸汽发生器应用安全性。实验研究中，提出锅炉储气罐精制工艺蒸汽发生器安全分析体系

4结语

锅炉储气罐精制工艺安全生产与应用应做到以下几项：

(1)合理布置精制工艺流程中对气体浓度蒸汽发生器监测装置；

(2)防止冰晶产生危害，在生产过程中若蒸汽分汽缸设备、管道或阀门有堵塞现象，可用甲醇疏通，严重时应停产处理；

(3)在设计、安装设备时，应选择符合要求蒸汽发生器材质，有高压运输蒸汽发生器要求时，所涉及蒸汽发生器管路、阀门及设备应能耐受大压力，压力容器及设备必须安装压力计、安全阀、爆破片等防爆泄压装置，在不同压力蒸汽发生器管道或设备之间，应安装逆止阀，防止高压系统蒸汽发生器气体窜人低压系统引起爆炸

(4)定期对设备、管道或阀门进行检查，发现腐蚀严重蒸汽发生器应及时换设备；

(5)无绝热保护蒸汽发生器储罐应设置水喷淋冷却设施，压缩机房、泵房等应设有良好蒸汽发生器通风设备，减少可燃气体蒸汽发生器积聚；

(6)严格控制压力，气体流量、流速及浓度检测，防止操作失误而发生爆炸；

(7)各装置每年必须进行检修，对蒸汽储气罐进行物理探伤检测，保证设备正常运转；

(8)锅炉储气罐精制区应根据人机工程学蒸汽发生器要求，设置醒目蒸汽发生器安全标志，控制明火蒸汽发生器发生，设备和管线有完备蒸汽发生器避雷和静电接地装置。

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