天然氣防凍堵加熱系統能耗分析及改造方案

1 概述

天然氣調壓是節流過程，會產生焦耳—湯姆遜效應，引起壓力降和溫度降。特別是在冬季室外溫度較低時，如果管道內天然氣含水量較高，受到壓力、溫度影響，管道內容易析出水從而結冰或者形成水合物，調壓器、閥門處易發生凍堵、凍脹、管道表面結霜等問題，危害天然氣門站的正常運行。為保證生產運營安全，天然氣門站可加設天然氣防凍堵加熱設備，對通過門站的天然氣進行加熱，以保證天然氣的合理運行溫度。但是該類設備的使用會消耗一定的能源，造成單位總能耗增加。根據《中國天然氣發展報告2021》，我國“十三五”時期累計建成輸氣管道4.6×10

km，全國天然氣管道總里程達到約11×10

km。在天然氣門站數量逐年增加的形勢下，天然氣門站的能耗問題不可小覷。

在碳中和背景下，政府對企業節能考核日益嚴格，企業也在探究各類重點用能領域的節能空間，天然氣防凍堵加熱設備的實際能耗在企業整體能耗中占比較高，成為企業重點關注的用能領域。

本文選取北方地區某天然氣門站的防凍堵加熱設備為研究對象，監測和分析其實際運行數據，進行能耗影響分析，提出節能改造方案。

2 門站供熱流程

該門站天然氣防凍堵加熱設備共設有4臺燃氣鍋爐，其中2臺鍋爐額定熱功率為4.2 MW，2臺鍋爐額定熱功率為0.35 MW。在門站的工藝調壓區，設置了1臺U形管式換熱器，與天然氣換熱。門站供熱流程見圖1。

燃氣鍋爐主要用于門站工藝調壓區的管道天然氣加熱及辦公區的冬季供暖，工藝調壓區與辦公區共用鍋爐，4臺鍋爐并聯，通過一套循環水泵，分2個支路分別給辦公區供暖、給調壓區加熱天然氣，工作人員主要通過手動調節兩個區域流量。鍋爐開啟時間為每年10月初到次年3月底。

3 設備運行數據分析

對該門站2020—2021年一個完整供暖期的運行數據進行監測，獲取進入換熱器的天然氣流量、天然氣進出口溫度、門站天然氣總消耗量、門站天然氣日消耗量等數據。

3.1 天然氣防凍堵加熱設備能耗估算

由此可見，采用更加精準的控制，在以上2種控制策略下均可實現門站調壓區加熱能耗的大幅降低，控制出口溫度越低，節能量越大。不同控制策略的節能量及碳減排量匯總見表1。其中，碳排放量的計算式為

：

3.2 影響能耗的因素分析

門站2020—2021年供暖期的天然氣管道日流量、加熱設備天然氣進出口溫差與調壓區天然氣日消耗量之間的關系見圖2。調壓區天然氣日消耗量通過門站天然氣日消耗量按94%的比例折算得到。通過相關性分析可得，調壓區天然氣日消耗量與天然氣管道日流量的相關系數約為0.94，屬于強正相關；調壓區天然氣日消耗量與加熱設備天然氣進出口溫差的相關系數約為0.74，屬于強正相關。說明調壓區天然氣日消耗量受天然氣管道日流量的影響最大，天然氣管道日流量越大，調壓區天然氣日消耗量越高；受加熱設備天然氣進出口溫差影響相對較小。

比如有一段時期我們班的晨間鍛煉重點是練習投擲，我就為孩子們持續提供了大小、輕重不等的紙球、皮球、沙包、飛盤等，設置遠近高低不等的投籃架、輪胎洞、塑料筐作為投擲點等，孩子們可以根據自己的能力大小自由選擇不同的活動材料來練習投遠、投準等，在自己的原有水平上循序漸進逐步提高獲得發展。

首先，按照策略1計算門站天然氣消耗量。在此條件下，一個完整供暖期的調壓區天然氣耗氣量約為162 848 m

，與調壓區實際消耗量相比，可節約天然氣約136 738 m

。假設辦公區天然氣消耗量保持不變，則門站天然氣消耗量與改造前相比減少42.9%。

3.3 加熱設備出口溫度影響分析

經實地調研得知，門站預定控制策略為保證調壓器1.6 MPa壓力出口處天然氣出口溫度在0 ℃以上(稱為策略1)，以保證下游管道經過含水量較高土壤區不發生凍脹。加熱設備的出口溫度變化見圖3。

符號學詩評經過半個多世紀的發展，由前人不斷進行補充和完善，如今已經作為一種比較成熟的分析方式進入了大學教學當中，在法國和中國的許多高校中都開設了相關課程。但是我們仍應看到，這種形式主義的分析評論仍存在一些局限：純粹形式主義的批評，不去解釋作品產生的社會背景和歷史原因，也不剖析作者創作的意圖，只能作為一種輔助的方法，而不能取代全面的詩歌評論；而從讀者的角度來說，他們對于詩歌的解讀多數是一種閱讀過程中獲得的感性認識，因此對形式主義的批評接受、理解程度仍不夠；再者，形式主義的批評同樣也無法指導詩歌的創作，這是其另一局限性。

在以往的教學場景中，多媒體教室通常使用傳統PC機作為主要的教學信息化設備，由于傳統PC機故障發生頻率較高，給運維人員技術維護工作帶來巨大困擾。常見的故障簡要分為軟件故障和硬件故障兩大類。軟件故障主要表現為系統文件丟失、病毒入侵造成的系統崩潰等；硬件故障則主要表現為硬盤、內存、顯卡、主板等硬件損壞。

4 改造方案

4.1 改造方案

——天然氣的碳氧化率，取值范圍為0～1，此處取0.99

4.2 基于不同控制策略的節能量計算

按照上述的改造方案，調壓區與辦公區可實現靈活調節，對門站進行精準的溫度控制與節能量預測。

此外，血漿蛋白抑制劑如α2-AP、酯酶抑制蛋白C1（C1-inactivator）、α1抗胰蛋白酶和α2巨球蛋白對tPA活性只是緩慢抑制，很可能在PAI-1耗盡后起作用，尤其對具有較長半衰期的tPA變異體重組蛋白起到抑制作用［2］。

然而，天然氣管道日流量與下游用戶的需求密切相關，無法通過減少天然氣管道日流量來減少天然氣消耗量，而進入加熱設備的天然氣溫度受到上游氣量調度的調壓影響，也不能通過控制進口天然氣溫度來減少能耗。加熱設備的天然氣出口溫度成為天然氣消耗量控制的主要參數。

其次，通過對該門站下游最近調壓站天然氣進站溫度的采集可得，由于土壤的傳熱作用，到達下游調壓站時的天然氣進站溫度相比該門站出站溫度升高了約2～8 ℃，說明適當降低天然氣出站溫度，同樣可以保證下游管網的運營安全。因此，假設控制門站1.6 MPa壓力出口溫度大于-5 ℃(稱為策略2)，可估算調壓區天然氣消耗量約為124 771 m

，與調壓區實際能耗相比，可節約天然氣約174 815 m

。假設辦公區天然氣消耗量保持不變，則門站天然氣消耗量與改造前相比減少54.9%。

該門站2020—2021年供暖期的天然氣消耗量約為318 709 m

。由于調壓區加熱設備及辦公區供暖系統采用同一熱源，不能實現分項計量，因此在分析過程中根據熱負荷估算調壓區、辦公區天然氣消耗量。根據調壓區管道內天然氣流量與加熱設備進出口溫差估算調壓區天然氣消耗量，并根據辦公區建筑的供暖面積、供暖熱負荷指標以及燃氣鍋爐實際運行效率估算辦公區天然氣消耗量，二者之和與監測所得的門站天然氣總消耗量相差在3%以內。根據二者的比例計算得出調壓區天然氣消耗量約占供暖期門站天然氣總消耗量的94%，約為299 586 m

。

地震活動頻率上云南省MS6.5級以上地震的泊松分布參數為0.2154，每年發生MS6.5級以上大震概率為19.3%，約每5年發生一次，其中發生1次的概率為17.4%，2次以上的概率為1.9%。MS7.0級以上地震的泊松分布參數為0.1061，每年發生7級以上大震概率為9.5%，具有每10年發生1次的特點，其中發生1次MS7.0級地震的概率為17.3%，2次以上的概率為2%。

(1)

——門站天然氣消耗量，m

可以看出，經加熱設備加熱后，加熱設備出口溫度處于35～55 ℃，溫度較高，經過調壓器調壓后，1.6 MPa壓力出口溫度約為10～25 ℃，該溫度遠高于策略1的0 ℃，這是門站天然氣消耗量偏高的直接原因。而造成這一問題的主要原因是，調壓區與辦公區共用1套鍋爐加熱系統，在供暖期，為保證辦公區的正常供暖，供水溫度達到55 ℃，而系統不能實現辦公區供暖和調壓區加熱的流量調節和合理分配，造成調壓區加熱溫度過高。

式中

——天然氣燃燒的CO

排放量(即碳排放量)，kg

——1 m

天然氣所含碳元素的質量，kg

本文提出的改造方案是將天然氣加熱系統、建筑供暖系統分開，各自獨立。由2臺4.2 MW的燃氣熱水鍋爐供調壓區天然氣加熱使用(1用1備)，2臺0.35 MW的燃氣熱水鍋爐供辦公區建筑供暖使用(1用1備)。建筑供暖系統新增2臺循環水泵、2臺補水泵。天然氣加熱系統、建筑供暖系統各自加裝熱計量表，便于對流量觀測與計量。節能改造后的供熱流程見圖4。

根據文獻[1]，天然氣低熱值取38.93 MJ/m

，單位熱量所含碳元素的質量取0.015 3 kg/MJ，得到1 m

天然氣所含碳元素的質量為0.595 6 kg。

由計算結果可知，經過節能改造后，在辦公區供暖滿足最大熱負荷需求的條件下，調整調壓區加熱設備的控制溫度可節約的能耗(以標準煤計)約為181.86～232.50 t，碳減排量可達295.62～377.95 t。

4.3 經濟性計算

按照上述方案，改造方案預算費用為12.5×10

元，見表2。

使用Pinnacle 9.8計劃系統，對15例左側乳腺癌改良根治術后的患者分別設計6野調強計劃和7野調強計劃，射線能量選用6MV-X射線。6野調強(Ⅰ組)，射野角度為靶區形狀的切線方向；7野調強(Ⅱ組)是在6野的基礎上增加個垂直于胸壁的照射野，射野角度設置范圍(30°～40°)避開手臂。處方劑量：50 Gy/25次。為改善胸壁劑量，在皮膚表面放置0.5 cm厚度的組織等效補償膜。

按此節能改造方案，以2種不同的溫度控制策略節約能耗量為基準，計算得投資回收期約為0.33 a、0.26 a。綜合節能量、碳減排量以及經濟性多方面考慮，建議著手進行門站節能改造。

同時，為制造復合多功能地膜，徐華[11]在紙基地膜的表面噴淋不干膠，然后涂布一層粘蟲劑，用來防止爬蟲和飛蟲侵入，同時需要額外的薄膜對粘蟲劑進行保護。段蘊華等[9]在涂布液中添加肥料或除草劑，制作出具有肥效或除草功能的紙基地膜。

5 結論

① 針對門站調壓區、辦公區共用1套加熱系統的問題，提出節能改造方案，并給出2種不同的溫度控制策略，預計節約能耗(以標準煤計)分別為181.86、232.50 t，碳減排量可達295.62、377.95 t，投資回收期約為0.33、0.26 a。

② 控制1.6 MPa壓力出口溫度為0 ℃為最安全的策略，門站天然氣消耗量比改造前降低42.9%，控制1.6 MPa壓力出口溫度為-5 ℃也可以保證運行安全，門站天然氣消耗量比改造前降低54.9%。

[1] 國家應對氣候變化戰略研究和國際合作中心. 中國石油化工企業溫室氣體排放核算方法與報告指南(試行)[EB/OL]. [2022-06-22]. https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201502/t20150209_963759.html?code=&state=123.