某城市門站燃氣調壓器出口溫度保障可靠性的提高

董征 張震

摘要：隨著國家西氣東輸工程進入全面運行階段，天然氣的使用量和客戶數量也迅速增加。天然氣經過西氣東輸的高壓管道輸送至中壓用戶之前，需要經過城市門站計量降壓。冬季天然氣經過調壓器的節流降壓膨脹后產生了降溫，已經接近出口無縫鋼管的溫度使用下限。通過改變與燃氣進口溫度密切相關的要素，來實現出口溫度提高的目標，達到冬季天然氣穩定輸送的目的。

關鍵詞：天然氣 門站 調壓器 出口溫度

隨著國家西氣東輸二線工程進入全面運行階段，作為東部區域的重點運行階段的某地區，其市區以及周邊地區的天然氣管道的輸送規模不停地擴大，該地區天然氣的客戶數量也增加迅速。天然氣經過西氣東輸的高壓管道輸送至中壓用戶之前，需要經過一個十分重要的關節，這就是城市調壓門站。該門站是該地區天然氣的調壓系統之中最早建成的天然氣調壓門站。

該門站出口通向高中壓管網、CNG母站，調峰電廠輸氣站和部分大工業用戶。高中壓管網調氣后直接向中壓管網輸氣。目前，該調壓器的最大小時處理量已經達到40000Nm3/h。但是因為該市的中國石油的分輸站與該門站的距離太近，冬季天然氣進口溫度在0℃左右，天然氣經過調壓器的節流降壓膨脹后產生了降溫，造成高——中壓調壓器后管道溫度過低，目前，該門站高——中壓調壓器進口壓力為3.0MPa。經調壓后出口壓力為0.4MPa。根據運行資料顯示，每年的冬天天然氣進口溫度為0℃～-2℃時，經調壓后溫度降至-17℃～-18℃左右，已經接近20號無縫鋼管的使用下限-20℃。另外，在天然氣低溫輸送時，在環境溫度較低，濕度較大的情況下，會出現管道外大量結冰，引發管道應力集中，對管道性能產生不利影響。嚴重危害天然氣正常供應。為了解決這一問題，保證門站的安全、連續、平穩供氣，早在2010年時，該門站初步提出了增設電熱帶加熱器的政策。并于10年安裝電熱帶后，調壓器的出口溫度得到了一定的提高，但是效果并不夠明顯，還需要繼續改進。根據20#無縫鋼管的使用溫度下限為-20℃等技術要求，以及該門站的實際布局情況，將目標定位：該門站經過調壓器以后的出口溫度提高到2℃。從而能夠保障設備的可靠和正常運行。

運行記錄表明，當壓力從3MPa降到0.4MPa，溫度大約降低13℃。經查閱資料，符合焦耳湯姆遜節流效應（公式1）， >0，經節流膨脹后，氣體溫度降低。由此可見調壓器出口溫度與調壓器前后的壓力降以及燃氣進口的溫度密切相關。

——（1）

通過改變與燃氣進口溫度密切相關的要素，來實現出口溫度提高的目標，提出了以下的解決途徑。

途徑一：提高調壓站出口的壓力。這個方案通過提高調壓站出口的壓力，減少調壓器前后的壓力降，使得溫度的降低也相應減少，提高了出口溫度。但是冬季的調壓站進口氣溫一般在0℃以下，調整出站壓力不能夠很好的實現預設定的要求。同時，壓力等級的調整，也會涉及到管材管徑的調整，費用很大。所以經過綜合比較，這個方法并不適用。

途徑二：提高調壓器出口的燃氣溫度。因為燃氣調壓后的體積流量迅速增大，約為調壓前燃氣體積流量的六倍多，所以加熱設備所需要的換熱體積過大，站內場地布置比較困難。而且調壓器仍然處于低溫工作狀態，從調壓器的出口到加熱器設備之間的燃氣管道應該改用低溫鋼管，管路改造比較復雜，改造費用相對較高，這個方法也并不適用。

途徑三：提高調壓器前燃氣的進口溫度。這個途徑有三種解決方法。

1. 增加門站與分輸站之間的距離。通過計算可以得到，如果將燃氣分輸站與城市門站之間的距離增加到2.8千米時，進口溫度可以提升到8℃。但是這個方案有兩個不足：一是選址占地比較困難，二是投資比較大。所以不適用。

2. 通過蒸汽加熱入口的燃氣管道使之升溫，將調壓前的高壓燃氣加熱到20℃后再進行壓力調節壓，確保調壓后的燃氣溫度在0℃以上。這個方案可以采用比較小的換熱器，以便于設備的布置。但是該門站周圍并沒有現成的熱力管網可以利用，必須采用蒸汽鍋爐。而蒸汽鍋爐是承壓設備。根據GB50028-2006城鎮燃氣設計規范和GB50016-2014《建筑設計防火規范》的相關規定（如表1），安全距離比較大，設備不宜布置，所以不適用。

表1 調壓站與周圍建筑物之間的水平安全距離

建筑形式 調壓器裝置入口

燃氣壓力限制 距建筑物或

構筑物距離 距重要公共

建筑物距離 距鐵路或

電車軌道

地上單獨建筑 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. 通過熱水爐房加熱。相對于蒸汽鍋爐而言，熱水鍋爐是非承壓設備，具有建設和維修成本低，易于操作，設備簡便等特點。

通過有效性、可實施性，經濟性，可靠性，實踐性等各個方面的比較，確定新建燃氣熱水爐膛，配置適當數量的熱水爐，利用熱水爐產生的熱水來加熱燃氣。

實施對策，檢測效果。經過四個月的建設，熱水爐檢測效果如表2。

表2 天然氣經過熱水加熱出口溫度檢測

日期 出水溫度 天然氣進站溫度 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℃

實踐證明，通過熱水爐優先控制系統，自動控制燃氣熱水爐的啟閉臺數，調節出水溫度和流量，從而使天然氣出口溫度始終保持在2℃以上，滿足開始設定的目標。通過熱水爐的投入運行徹底解決了燃氣門站結冰的現象。解除了管道應力集中的隱患。提高了設備運行的可靠性。有效保障了管網安全運行。