一种天然气发热量动态监控调整装置的制作方法

本发明涉及燃气领域，具体来说，涉及一种天然气发热量动态监控调整装置。

背景技术：

在国内的燃气行业，由于天然气的来源越来越多，除了陕甘宁气、土库曼斯坦气和俄罗斯气等管道天然气，还有液化天然气lng，还有煤制气、垃圾填埋气、生物质气等新气源的不断进入，这些气源的气质组成不同，发热量也不同。多气源导致不同季节不同时段城镇天然气发热量不断变化，但是燃气设备安全稳定运行、氮氧化物低排放又要求燃气的发热量稳定，且稳定在一定范围内；此外，未来随着天然气能量计量的实施，城镇天然气发热量稳定也是必要的条件之一，因为在复杂的城镇管网中安装很多价格较高的在线气相色谱仪是不现实的，因此，稳定城镇天然气发热量势在必行，这就需要当燃气发热量过低时，应向其掺混发热量较高的lng或lpg等；当燃气发热量过高时，应向其掺混发热量较低的氮气或空气等。可见如何动态监控主气源发热量的变化，并准确控制掺入气体量，使得燃气发热量快速调整至设定范围十分有必要，但是目前没有专门的动态天然气发热量调整装置。同时燃气属于爆炸性气体，如何确保掺混过程的安全也是十分重要的研究内容。

本申请用于动态监控燃气发热量，并快速、准确、均匀调整，使其不超出设定范围，解决了快速、动态掺混添加气的问题，满足了通过微量调整主气源成分达到微调燃气发热量的技术要求，避免了混气中可能出现的安全风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种天然气发热量动态监控调整装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种天然气发热量动态监控调整装置，其特征是：由关键设备——动态混合器与内置两个控制掺混管路开关的电动阀门、氮气输入管路、lng输入管路、燃气主管路、在线气相色谱仪、plc控制箱和电脑组成，氮气输入管路上的主要设备包括：压缩机、过滤器、电动阀门、分子筛吸附器、氧分析仪、调压器、压力变送器、超声流量计、温度变送器、流量调节器和止回阀等设备，lng输入管路上的主要设备包括：lng储罐、电动阀门、lng汽化器、过滤器、调压器、压力变送器、超声流量计、温度变送器、流量调节器、止回阀和取样器等设备，燃气主管路又分为掺混前部分和掺混后部分，掺混前部分包括：压力变送器、超声流量计、温度变送器和取样器；掺混后部分包括：压力变送器、超声流量计、温度变送器和取样器，通过定时采集取样器处的组分监控发热量。当发热量处于设定的范围时，处于非掺混状态；当发热量低于设定的范围时，启动输入高发热量lng的程序；当发热量高于设定的范围时，启动输入氮气的程序。

进一步的，将氮气输入管路中的分子筛吸附器4取消，改为空气输入管路。

进一步的，将lng输入管路中的lng储罐、lng汽化器取消，增加lpg储罐和lpg汽化器等设备，改为lpg输入管路。

进一步的，将lng输入管路中的lng储罐、lng汽化器取消，改为其他高热值烷烃输入管路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本申请用于动态监控燃气发热量，并快速、准确、均匀调整，使其不超出设定范围，解决了快速、动态掺混添加气的问题，满足了通过微量调整主气源成分达到微调燃气发热量的技术要求，避免了混气中可能出现的安全风险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种天然气发热量动态监控调整装置的结构示意图；

附图标记：

1压缩机、2过滤器（包括2a、2b）、3电动阀门（包括3a、3b、3c和3d）、分子筛吸附器（4）、氧分析仪（5）、温度变送器（6a、6b、6c和6d）、调压器（7a和7b）、压力变送器（9a、9b、9c和9d）、超声流量计（8a、8b、8c和8d）、流量调节器（10a和10b）、止回阀（11a和11b）、动态混合器（12）、取样器（13a、13b和13c）、在线气相色谱仪（14）、lng汽化器（15）、受plc控制箱控制（16）、电脑（17）、lng储罐（18）等设备。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“前面”、“后面”、“中间部位”、“内部”、“顶端”、“底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，根据本发明实施例的技术方案：天然气发热量动态监控调整装置的整体结构见附图所示，主要分为以下几个部分：动态混合器12（内置两个控制掺混管路开关的电动阀门3b和3c、氮气输入管路20、lng输入管路21、燃气主管路19、在线气相色谱仪14、plc控制箱16和电脑17。其中，氮气输入管路20上安装了压缩机1、过滤器2a、电动阀门3a、分子筛吸附器4、氧分析仪5、调压器7a、压力变送器9a、超声流量计8b、温度变送器6b、流量调节器10a和止回阀11a等设备。lng输入管路21上安装了lng储罐18、电动阀门3d、lng汽化器15、过滤器2b、调压器7b、压力变送器（9d）、超声流量计8d、温度变送器6d、流量调节器10b、止回阀11b和取样器13b等设备。燃气主管路19又分为掺混前部分和掺混后部分，掺混前部分包括：压力变送器9b、超声流量计8c、温度变送器6c和取样器13a；掺混后部分包括：压力变送器9c、超声流量计8a、温度变送器6a和取样器13c。

天然气发热量动态监控调整装置的原理：

在线气相色谱仪14受plc控制箱控制16，可根据电脑17指令定时分别与取样器13a、13b和13c联通采集分析对应位置（掺混前天然气、气化后lng、掺混后天然气的燃气组分，而后在线气相色谱仪14将所测数据上传至电脑17计算燃气发热量。

当掺混前主管路取样器13a发热量低于设定的范围时，启动输入高发热量lng的程序，关闭电动阀门3b和电动阀门3a，依次打开电动阀门3d和电动阀门3c，测试lng管路21取样器13b的发热量，气化后的lng根据电脑17计算的掺混流量通过动态混合器12注入燃气主管路19，流量调节阀10b和超声流量计8d将lng流量调节至由电脑17程序计算求出的流量。超过设定时间后，测试燃气主管路取样器13c的发热量，若发热量仍低于设定范围，则调整流量调节阀10b提高lng流量，直至取样器13c发热量处于设定范围内；若取样器13c发热量已高于设定范围，则调整流量调节阀10b降低lng流量，直至取样器13c发热量处于设定范围内。

当掺混前主管路取样器13a发热量高于设定的范围时，启动输入氮气的程序，关闭电动阀门3c和电动阀门3d，依次打开电动阀门3a和电动阀门3b，氮气根据电脑17计算的掺混流量通过动态混合器12注入燃气主管路19，流量调节阀10a和超声流量计8b将氮气流量调节至由电脑17程序计算求出的流量。超过设定时间后，测试燃气主管路取样器13c的发热量，若发热量仍高于设定范围，则调整流量调节阀10a提高氮气流量；若取样器13c发热量已低于设定范围，则调整流量调节阀10a降低氮气流量，直至取样器13c发热量处于设定范围内。

数学模型：

1主管路中燃气掺混前的体积发热量

主管路中燃气掺混前的体积发热量按公式⑴计算：

⑴

式中：

xj——燃气中组分j的摩尔分数；

——在燃烧温度t1，计量温度t2和压力p2时，主管路中燃气掺混前的体积发热量；

——在计量温度t2和压力p2时，主管路中燃气掺混前的压缩因子；

——在燃烧温度t1，计量温度t2和压力p2时，燃气组分j的理想气体体积发热量；

2掺混氮气后主管路中燃气的体积发热量

掺混氮气后主管路中燃气的体积发热量按公式⑵计算：

⑵

式中：

——在燃烧温度t1，计量温度t2和压力p2时，主管路中掺混氮气后燃气的体积发热量；

——在计量温度t2和压力p2时，主管路中掺混氮气后燃气的压缩因子；

qn2——掺混氮气的体积流量；

qng——主管路中燃气的体积流量。

3掺混lng后主管路中燃气的体积发热量

掺混lng后主管路中燃气的体积发热量按公式⑶计算：

⑶

式中：

——lng中燃气组分j的摩尔分数；

——在燃烧温度t1，计量温度t2和压力p2时，主管路中掺混lng后燃气的体积发热量；

——在计量温度t2和压力p2时，主管路中掺混lng后燃气的压缩因子；

qlng——掺混lng的体积流量

工作原理：

通过本发明的上述方案，

1.非掺混状态：关闭电动阀门3a、电动阀门3b、电动阀门3c和电动阀门3d。氮气输入管路20上的压缩机1、分子筛吸附器4、氧分析仪5、流量调节器10a等设备处于待机状态。lng输入管路21上的lng汽化器15、流量调节器10b等设备处于待机状态。电脑17通过plc控制箱16，定时对主管路19上的取样器13a进行采样，然后使用在线气相色谱仪14进行组分分析，接着电脑17计算出燃气的发热量，并与设计的发热量范围进行比较，判定是否超出范围。若所算出的发热量高于设计范围，则启动掺混氮气模式；若所算出的发热量低于设计范围，则启动掺混lng模式。

2.掺混氮气模式：电动阀门3c和电动阀门3d关闭，依次打开电动阀门3a和电动阀门3b，启动压缩机1、分子筛吸附器4、氧分析仪5、流量调节器10a等设备，氮气通过动态混合器12注入燃气主管路19，流量调节阀10a和超声流量计8b将氮气流量调节至由电脑17程序计算求出的流量。经过设定时间后，再次对燃气主管路19的取样器13a和13c进行采样，并分别计算发热量。若取样器13a处的发热量仍高于设定范围，取样器13c处的发热量也高于设定范围，则调整流量调节阀10a提高氮气流量直至取样器13c处的发热量处于设定范围内；若取样器13a处的发热量仍高于设定范围，取样器13c处的发热量已低于设定范围，则调整流量调节阀10b降低氮气流量，直至取样器13c处的发热量处于设定范围内；若取样器13a处的发热量已经处于设定范围内，则进入非掺混状态；若取样器13a处的发热量已经低于设定范围，则进入掺混lng状态。

3.掺混lng模式：关闭电动阀门3b和电动阀门3a，依次打开电动阀门3d和电动阀门3c，启动lng汽化器15、流量调节器10b等设备，测试lng管路21取样器13b的发热量，气化后的lng根据电脑17计算的掺混流量通过动态混合器12注入燃气主管路19，流量调节阀10b和超声流量计8d将lng流量调节至由电脑17程序计算求出的流量。经过设定时间后，再次对燃气主管路19的取样器13a和13c，以及lng输入管路21上的取样器13b进行采样，并分别计算发热量。

若取样器13a处的发热量低于设定范围，取样器13c处的发热量也低于设定范围，则调整流量调节阀10b提高lng流量直至取样器13c处的发热量处于设定范围内；

4.若取样器13a处的发热量低于设定范围，取样器13c处的发热量已高于设定范围，则调整流量调节阀10b降低lng流量，直至取样器13c处的发热量处于设定范围内；若取样器13a处的发热量已经处于设定范围内，则进入非掺混状态；若取样器13a处的发热量已经高于设定范围，则进入掺混氮气状态。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。