Смесительная система SNG — комплекс оборудования, предназначенного для получения синтетического природного газа — SNG.
Системы для производства SNG низкого давления
Системы для производства SNG низкого давления с использованием Трубки Вентури
Смесительная система для производства SNG низкого давления может включать в себя ёмкости для хранения запаса СУГ с системой заправки, насос или компрессор, испарительную установку, смесительную установку ре- сивер (ёмкость для смешения), систему аварийного выключения, газоанализаторы и систему пожаротушения.
Смешение газа производится с использованием Трубки Вентури.
Максимальное давление на выходе, которого можно добиться с помощью данной системы — 0,05 МПа. Производительность одной «трубки Вентури» зависит от завода-изготовителя, и варьируется в широких пределах — от 80 до 1400 м3/час. При необходимости получения смесительной системы большей производительности устанавливают необходимое количество технологических линий с трубками Вентури, выходы из которых сводят в единый выходной коллектор. Так как «трубка Вентури» — устройство механическое, она имеет фиксированную производительность. Это значит, что при работе смесительной системы низкого давления независимо от расхода одна из технологических линий будет постоянно включаться и выключаться. Включение и выключение технологических линий осуществляется электромагнитными клапанами, управляемыми контроллером, считывающим данные с датчика давления на выходе, установленном в ресивере. Каждая технологическая линия с трубкой Вентури включает в себя ряд механических и электромеханических устройств (электромагнитные клапаны, регуляторы давления, обратные клапаны и т. д.), которые имеют ограниченный рабочий ресурс. Как правило, рабочий ресурс электромагнитных клапанов находится между 200 000 и 1 000 000 циклов.
Рабочий ресурс обратных клапанов и регуляторов (в зависимости от типа) находится в среднем где-то между 100 000 и 300 000 циклов. Если учесть, что включение-выключение происходит три-четыре раза каждую минуту, предел в 100 000 циклов может быть достигнут менее чем через 500 часов работы. Это достаточно важно: в случае если смесительная система низкого давления используется в качестве резервного питания, то особой проблемы нет. В этом случае она будет задействована один или два раза в год (или в несколько лет). Но если система предназначена для ежедневной работы в качестве основного источника газоснабжения (используемого постоянно, 24 часа в сутки 7 дней в неделю), нужно быть готовым к тому, что после износа входящих в состав технологической линии устройств нужно будет произвести их замену, стоимость которой должна быть включена в стоимость эксплуатации. Независимо от количества технологических линий в составе смесительной системы эксплуатационные затраты на замену и ремонт оборудования будет примерно одинаковые, так как циклы включений/выключений постоянно производятся только на одной технологической линии.
Системы для производства SNG низкого давления с использованием клапана «Consta-Mix»
Кроме систем, использующих для смешения Трубку Вентури, существуют смесительные системы для получения SNG низкого давления и газовоздушных смесей (природный газ/воздух), использующие смесительный клапан «Consta-Mix». Он работает следующим образом: воздух поступает через фильтрующий элемент и входной патрубок в воздушную камеру, откуда попадает в смесительную камеру. Газ поступает в клапан через входной патрубок, далее через седло газового клапана и через байпас также попадает в смесительную камеру. Состав смеси регулируется механически, импульс управляющего давления попадает через импульсную трубку в надмембранное пространство над мембраной, которая перемещает шток с воздушным клапаном и газовым клапаном. Количество газа, проходящего через байпас, определяется положением компенсатора, который закрывает байпас при перемещении штока вниз.
Системы для производства SNG высокого давления
Регулирование условных проходов трубопроводов с помощью электромагнитных клапанов
Смесительные установки для получения SNG высокого давления являются значительно более сложными системами и производятся по индивидуальным заказам, в зависимости от конкретных технических и эксплуатационных условий. Комплекс может включать в себя ёмкости для хранения запаса СУГ, заправочную систему, позволяющую разгружать автомашины с СУГ, насос или компрессор, испарительную установку, смесительную установку, ресивер-сепаратор, фильтр для СУГ, компрессор для подачи воздуха, воздушный фильтр, калориметр, факельную установку, систему газоанализаторов, систему пожаротушения, контрольную панель с автоматикой безопасности и системой автоматического отключения. Применяемые сегодня производителями смесительных систем высокого давления методы смешения воздуха с газом можно разделить на три вида:
Регулирование условных проходов трубопроводов с помощью электромагнитных клапанов. Это самый простой и наиболее дешевый метод, при котором на подающих трубопроводах установлены электромагнитные клапаны, изменяющие свои степени открытия. Смешение газа с воздухом при этом производится в ресивере, которым часто выступает выходной трубопровод. Этот метод обычно используется в смесительных системах китайского и корейского производства. Количество воздуха и газа, поступающего в систему, измеряется расходомерами, а работой клапанов управляет электронный контроллер. Преимуществами данной системы являются относительно невысокая стоимость, возможность иметь разное давление воздуха и газа в подводящих трубопроводах, возможность интегрировать управляющий системой контроллер в системы управления технологических процессов. Недостатки у этого метода также имеются. Так как каждое изменение условного прохода трубопроводов влечет за собой изменение отношения смешения газа и воздуха, теплотворная способность SNG на выходе меняется. Следовательно, для лучшего контроля теплотворной способности SNG желательно устанавливать газоанализатор, используя его выходные сигналы для окончательной регулировки отношения смешения. В случаях, когда потребление SNG меняется, вся система будет постоянно находится в движении. При подобном подходе, когда процессом смешения полностью управляет электронный контроллер, для любой регулировки системы или исправления неисправностей желательна возможность удаленного подключения обслуживающего персонала. В противном случае оперативная наладка системы может представлять собой серьёзную проблему. Смесители данного типа страдают от загрязнения расходомеров, которые генерируют управляющий сигнал для управления клапанами. В них обычно используются вихревые расходомеры, требующие регулярной калибровки в условиях поверочной лаборатории, что влечет за собой их снятие с системы (или замену на период поверки). Вихревые расходомеры иногда могут давать некорректные результаты под воздействием неизбежных для работы смесительных систем вибраций. Ключевой проблемой использования расходомеров в данных системах является то, что независимо от того, работает расходомер идеально, не работает вообще или работает некорректно, он дает на выходе управляющий сигнал, на основании которого система производит смешение SNG. В случае отсутствия в системе газоанализатора/калориметра и некорректной работы расходомеров возможна подача SNG, не соответствующего требуемым параметрам. Данный метод смешения также не годится для систем, в которых происходит существенное изменение расход газа, например в печах для варки стекла. Поскольку газоанализаторы дают данные с большой задержкой (иногда до нескольких минут), то при столь резких изменениях расхода состав смеси сильно сбивается при попытках управления только условными проходами с помощью данных, поступающих от расходомеров.
Регулирование условных проходов с помощью POM-смесителя (РОМ-блендера)
Опционально POM-блендер также может быть оснащен автоматическим приводом/позиционером, меняющим соотношение смеси. Принцип работы POM-блендера следующий: пары СУГ поступают в смеситель на входе 1, сжатый воздух — на входе 2. Давление перед смесителем в обоих трубопроводах должно быть одинаковым. После смешения образовавшаяся смесь поступает на выход, откуда поступает в ресивер, где досмешивается. При падении расхода до нуля, поршень под собственным весом опускается вниз, перекрывая входы 1 и 2 и выход.
При возникновении расхода больше нулевого, давление на выходе незначительно падает. Это изменение давления передается через поршень в камеру над поршнем. Давление на входе 1 (пары СУГ) оказывается больше. Поскольку вход соединен через специальную импульсную трубку, проточенную внутри корпуса смесителя, с камерой под поршнем, давление в данной камере также оказывается выше, чем в камере над ним. Как только разница давлений в этих двух камерах окажется достаточной, чтобы преодолеть вес поршня, он поднимется и откроет входы 1 и 2 и выход из блендера. Когда расход SNG на выходе постоянен или меняется в небольшом диапазоне, поршень будет «плавать» вверх-вниз, частично изменяя сечение входов 1 и 2. Регулировка соотношения газовоздушной смеси осуществляется следующим образом: поршень продолжает специальный вырез (регулирующий сегмент) для регулировки соотношения газов. Его края соответствуют краям вырезов входов 1 и 2. При положении поршня (соответственно и регулирующего сегмента), условный проход входов 1 и 2 одинаков. Чтобы изменить его и добиться нужного соотношения газа и воздуха, необходимо повернуть поршень за шток относительно корпуса. При этом регулирующий сегмент будет уменьшать условный проход в нужном входе (во входе 2 — если поворачиваем по часовой стрелке, во входе 1 — если поворачиваем против часовой стрелки). Условный проход другого входа остается неизменным, что влечет за собой изменение состава SNG на выходе.
Регулирование условных проходов с помощью смесителя Blendaire
Конструкция смесителя Blendaire напоминает POM-блендер. Главное отличие — автоматическое управление поворотом поршня с помощью привода/позиционера. Поршень имеет сходную с POM-блендером конструкцию, но не совершает движения вдоль своей оси. При данном методе
используется другой способ компенсации изменений расхода SNG — путём воздействия с помощью импульсов из выходного трубопровода на регуляторы давления. Воздух и газ подаются в смесительную установку каждый через свой входной патрубок и, проходя через регуляторы давления воздуха и газа соответственно, оказываются в смесительной камере. Для нормальной работы смесительной системы, как и при предыдущем методе, очень важно иметь равное и постоянное давление воздуха и газа после регуляторов, так как только в этом случае смесь будет иметь постоянный состав. Давление газа и воздуха после регуляторов может варьироваться в интервале от 1,0 до 1,7 МПа. Для контроля теплотворной способности после смесителя устанавливается калориметр, который контролирует состав готовой смеси. Управляет автоматическим регулированием системы контроллер, который в случае необходимости оказывает управляющее воздействие, поворачивая поршень смесительной камеры в нужную сторону при необходимости изменения в смеси процентного соотношения воздуха и паровой фазы СУГ. Кроме всего прочего, смесительные установки оснащены системой автоматического контроля необходимых технологических параметров с выводом на пульт дистанционного управления. Этот метод хорош при использовании СУГ разного состава (меняющего теплотворную способность), и сочетает плюсы двух первых систем. К минусам можно отнести относительно высокую стоимость, несколько большую сложность системы управления, чем применяется в POM-блендере, и необходимость дополнительного приобретения калориметра.
Выбор между системой низкого и высокого давления