L- CNG 加气站HYSYS 软件全流程模拟

2021-11-13李宏伟宋桂锋王国晶

石油化工建设 2021年5期

李宏伟曲虎刘煜宋桂锋王国晶

中国石油工程建设有限公司华北分公司河北沧州 062552

天然气价格低廉、洁净环保。依照天然气的不同存在形态以分为压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）。L- CNG 加气站是CNG 和LNG 两种加气方式的有机结合，将LNG 经过加压、气化转化成CNG，并为CNG 汽车储气瓶加气。此外，L- CNG 工艺也可以利用低温潜液泵为LNG 汽车加气。

1 L- CNG加气站主要设备

L- CNG 加气站的主要设备包括：储罐、卸车增压气化器、低压EAG 气化器、潜液泵、LNG 加气机、柱塞泵、高压EAG 气化器、高压空温式气化器、高压水浴式气化器、顺序控制盘、CNG 储气瓶组、CNG 加气机等。

2 L- CNG加气站建模

2.1 关键设备动态建模方法

L- CNG 常规加气站建模过程中，涉及的设备有槽车、储罐、汽化器、泵、加注机、管道、阀门等，本小节介绍较复杂的LNG/ 液氮槽车（虚拟计算模型）、潜液泵、高压水浴式气化器、汽车LNG 气瓶的建模方法，其中以LNG/ 液氮槽车为例详细介绍虚拟计算模型。

2.1.1 LNG/ 液氮槽车

槽车建模需要采用HYSYS的6 个模块，包括Separator、Valve、Digital Point、PID Con troller、Spreadsheet 和Selector Block。设计原理为：（1）将槽车的实际直径、长度或体积输入模型，模拟槽车容积；（2）通过流入两股设定好温度、压力的初始物流（液相和气相）对槽车进行初始化；（3）通过压力控制器来初始化槽车的压力，可以根据实际情况输入所需要控制的压力；（4）通过液位控制器来初始化槽车的液位，可以根据实际情况输入所需要控制的液位；（5）通过Spreadsheet 来实现槽车的连接及初始化控制。

采用Spreadsheet 来完成槽车初始化及连接切换控制的方法，详见图1。

图1 槽车初始化及连接切换设定

B2：槽车切换按钮的输出值；

D2：气相连接阀门开度，判断气相管线是否连通，公式为“=@IF(B2=0,0,100)”；

D3：液相连接阀门开度，判断液相管线是否连通，公式为“=@IF(B2=0,0,100)”；

D4：压力分程控制阀A 受控判断，当其为0 时受控，对槽车压力进行初始化操作，公式为“=@IF(B2=0,0,1)”；

D5：压力分程控制阀B 受控判断，当其为0 时受控，对槽车压力进行初始化操作，公式为“=@IF(B2=0,0,1)”；

D6：液位分程控制阀A 受控判断，当其为0 时受控，对槽车压力进行初始化操作，公式为“=@IF(B2=0,0,1)”；

D7：液位分程控制阀B 受控判断，当其为0 时受控，对槽车压力进行初始化操作，公式为“=@IF(B2=0,0,1)”。

2.1.2 潜液泵

潜液泵建模需要使用Pump 模块，设计参数为流量- 压头- 效率曲线，设计原理为：（1）输入潜液泵的流量- 压头- 效率曲线，模拟其运行；（2）搭建虚拟旁路阀，当潜液泵不启动时，打开虚拟旁路阀模拟流体通过潜液泵的流动情况；当潜液泵启动，关闭旁路阀；（3）旁路阀CV 根据潜液泵在关闭情况下某固定压差情况下的流量反算得出。

2.1.3 高压水浴式汽化器

高压水浴式汽化器建模需要使用Separator、Heat Exchanger 等模块，计算原理为：（1）使用Vessel 模块模拟高压水浴式汽化器的容积；（2）使用Heat Exchanger 模块模拟水浴式汽化器的换热，并通过定义足够大的循环流量实现充分换热；（3）使用液位控制器模拟高压水浴式汽化器的液位控制；（4）使用温度控制器模拟高压水浴式汽化器的温度控制。

2.1.4 汽车LNG 储气瓶

采用 Separator、Valve、Pipe Segment、Digital Point 和Selector Block 模块，计算原理为：（1）将实际汽车气瓶尺寸输入模型中模拟气瓶容积；（2）通过换热器及压力控制器模拟汽车气瓶上的调压器，默认为关；（3）通过一个Vessel 模拟汽车气瓶的缓冲内胆，默认为关。