董征 張震

摘要：隨著國(guó)家西氣東輸工程進(jìn)入全面運(yùn)行階段，天然氣的使用量和客戶數(shù)量也迅速增加。天然氣經(jīng)過(guò)西氣東輸?shù)母邏汗艿垒斔椭林袎河脩糁?，需要?jīng)過(guò)城市門(mén)站計(jì)量降壓。冬季天然氣經(jīng)過(guò)調(diào)壓器的節(jié)流降壓膨脹后產(chǎn)生了降溫，已經(jīng)接近出口無(wú)縫鋼管的溫度使用下限。通過(guò)改變與燃?xì)膺M(jìn)口溫度密切相關(guān)的要素，來(lái)實(shí)現(xiàn)出口溫度提高的目標(biāo)，達(dá)到冬季天然氣穩(wěn)定輸送的目的。

關(guān)鍵詞：天然氣 門(mén)站 調(diào)壓器 出口溫度

隨著國(guó)家西氣東輸二線工程進(jìn)入全面運(yùn)行階段，作為東部區(qū)域的重點(diǎn)運(yùn)行階段的某地區(qū)，其市區(qū)以及周邊地區(qū)的天然氣管道的輸送規(guī)模不停地?cái)U(kuò)大，該地區(qū)天然氣的客戶數(shù)量也增加迅速。天然氣經(jīng)過(guò)西氣東輸?shù)母邏汗艿垒斔椭林袎河脩糁?，需要?jīng)過(guò)一個(gè)十分重要的關(guān)節(jié)，這就是城市調(diào)壓門(mén)站。該門(mén)站是該地區(qū)天然氣的調(diào)壓系統(tǒng)之中最早建成的天然氣調(diào)壓門(mén)站。

該門(mén)站出口通向高中壓管網(wǎng)、CNG母站，調(diào)峰電廠輸氣站和部分大工業(yè)用戶。高中壓管網(wǎng)調(diào)氣后直接向中壓管網(wǎng)輸氣。目前，該調(diào)壓器的最大小時(shí)處理量已經(jīng)達(dá)到40000Nm3/h。但是因?yàn)樵撌械闹袊?guó)石油的分輸站與該門(mén)站的距離太近，冬季天然氣進(jìn)口溫度在0℃左右，天然氣經(jīng)過(guò)調(diào)壓器的節(jié)流降壓膨脹后產(chǎn)生了降溫，造成高——中壓調(diào)壓器后管道溫度過(guò)低，目前，該門(mén)站高——中壓調(diào)壓器進(jìn)口壓力為3.0MPa。經(jīng)調(diào)壓后出口壓力為0.4MPa。根據(jù)運(yùn)行資料顯示，每年的冬天天然氣進(jìn)口溫度為0℃～-2℃時(shí)，經(jīng)調(diào)壓后溫度降至-17℃～-18℃左右，已經(jīng)接近20號(hào)無(wú)縫鋼管的使用下限-20℃。另外，在天然氣低溫輸送時(shí)，在環(huán)境溫度較低，濕度較大的情況下，會(huì)出現(xiàn)管道外大量結(jié)冰，引發(fā)管道應(yīng)力集中，對(duì)管道性能產(chǎn)生不利影響。嚴(yán)重危害天然氣正常供應(yīng)。為了解決這一問(wèn)題，保證門(mén)站的安全、連續(xù)、平穩(wěn)供氣，早在2010年時(shí)，該門(mén)站初步提出了增設(shè)電熱帶加熱器的政策。并于10年安裝電熱帶后，調(diào)壓器的出口溫度得到了一定的提高，但是效果并不夠明顯，還需要繼續(xù)改進(jìn)。根據(jù)20#無(wú)縫鋼管的使用溫度下限為-20℃等技術(shù)要求，以及該門(mén)站的實(shí)際布局情況，將目標(biāo)定位：該門(mén)站經(jīng)過(guò)調(diào)壓器以后的出口溫度提高到2℃。從而能夠保障設(shè)備的可靠和正常運(yùn)行。

運(yùn)行記錄表明，當(dāng)壓力從3MPa降到0.4MPa，溫度大約降低13℃。經(jīng)查閱資料，符合焦耳湯姆遜節(jié)流效應(yīng)（公式1）， >0，經(jīng)節(jié)流膨脹后，氣體溫度降低。由此可見(jiàn)調(diào)壓器出口溫度與調(diào)壓器前后的壓力降以及燃?xì)膺M(jìn)口的溫度密切相關(guān)。

——（1）

通過(guò)改變與燃?xì)膺M(jìn)口溫度密切相關(guān)的要素，來(lái)實(shí)現(xiàn)出口溫度提高的目標(biāo)，提出了以下的解決途徑。

途徑一：提高調(diào)壓站出口的壓力。這個(gè)方案通過(guò)提高調(diào)壓站出口的壓力，減少調(diào)壓器前后的壓力降，使得溫度的降低也相應(yīng)減少，提高了出口溫度。但是冬季的調(diào)壓站進(jìn)口氣溫一般在0℃以下，調(diào)整出站壓力不能夠很好的實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)定的要求。同時(shí)，壓力等級(jí)的調(diào)整，也會(huì)涉及到管材管徑的調(diào)整，費(fèi)用很大。所以經(jīng)過(guò)綜合比較，這個(gè)方法并不適用。

途徑二：提高調(diào)壓器出口的燃?xì)鉁囟?。因?yàn)槿細(xì)庹{(diào)壓后的體積流量迅速增大，約為調(diào)壓前燃?xì)怏w積流量的六倍多，所以加熱設(shè)備所需要的換熱體積過(guò)大，站內(nèi)場(chǎng)地布置比較困難。而且調(diào)壓器仍然處于低溫工作狀態(tài)，從調(diào)壓器的出口到加熱器設(shè)備之間的燃?xì)夤艿缿?yīng)該改用低溫鋼管，管路改造比較復(fù)雜，改造費(fèi)用相對(duì)較高，這個(gè)方法也并不適用。

途徑三：提高調(diào)壓器前燃?xì)獾倪M(jìn)口溫度。這個(gè)途徑有三種解決方法。

1. 增加門(mén)站與分輸站之間的距離。通過(guò)計(jì)算可以得到，如果將燃?xì)夥州斦九c城市門(mén)站之間的距離增加到2.8千米時(shí)，進(jìn)口溫度可以提升到8℃。但是這個(gè)方案有兩個(gè)不足：一是選址占地比較困難，二是投資比較大。所以不適用。

2. 通過(guò)蒸汽加熱入口的燃?xì)夤艿朗怪郎兀瑢⒄{(diào)壓前的高壓燃?xì)饧訜岬?0℃后再進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)壓，確保調(diào)壓后的燃?xì)鉁囟仍?℃以上。這個(gè)方案可以采用比較小的換熱器，以便于設(shè)備的布置。但是該門(mén)站周?chē)](méi)有現(xiàn)成的熱力管網(wǎng)可以利用，必須采用蒸汽鍋爐。而蒸汽鍋爐是承壓設(shè)備。根據(jù)GB50028-2006城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范和GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定（如表1），安全距離比較大，設(shè)備不宜布置，所以不適用。

表1 調(diào)壓站與周?chē)ㄖ镏g的水平安全距離

建筑形式 調(diào)壓器裝置入口

燃?xì)鈮毫ο拗?距建筑物或

構(gòu)筑物距離 距重要公共

建筑物距離 距鐵路或

電車(chē)軌道

地上單獨(dú)建筑 高壓（A） 10.0 m 30.0 m 15.0 m

高壓（B） 8.0 m 25.0 m 12.5 m

中壓（A） 6.0 m 25.0 m 10.0 m

中壓（B） 6.0 m 25.0 m 10.0 m

地下單獨(dú)建筑 中壓（A） 5.0 m 25.0 m 10.0 m

中壓（B） 5.0 m 25.0 m 10.0 m

3. 通過(guò)熱水爐房加熱。相對(duì)于蒸汽鍋爐而言，熱水鍋爐是非承壓設(shè)備，具有建設(shè)和維修成本低，易于操作，設(shè)備簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

通過(guò)有效性、可實(shí)施性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性，實(shí)踐性等各個(gè)方面的比較，確定新建燃?xì)鉄崴疇t膛，配置適當(dāng)數(shù)量的熱水爐，利用熱水爐產(chǎn)生的熱水來(lái)加熱燃?xì)狻?/p>

實(shí)施對(duì)策，檢測(cè)效果。經(jīng)過(guò)四個(gè)月的建設(shè)，熱水爐檢測(cè)效果如表2。

表2 天然氣經(jīng)過(guò)熱水加熱出口溫度檢測(cè)

日期 出水溫度 天然氣進(jìn)站溫度 天然氣出站溫度

11月15日 31℃ 0℃ 3～4℃

11月25日 36℃ -1℃ 3～4℃

12月5日 40℃ -2℃ 6～7℃

12月15日 41℃ -2℃ 6～7℃

12月25日 42℃ -2℃ 7℃

實(shí)踐證明，通過(guò)熱水爐優(yōu)先控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制燃?xì)鉄崴疇t的啟閉臺(tái)數(shù)，調(diào)節(jié)出水溫度和流量，從而使天然氣出口溫度始終保持在2℃以上，滿足開(kāi)始設(shè)定的目標(biāo)。通過(guò)熱水爐的投入運(yùn)行徹底解決了燃?xì)忾T(mén)站結(jié)冰的現(xiàn)象。解除了管道應(yīng)力集中的隱患。提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。有效保障了管網(wǎng)安全運(yùn)行。