防止燃气调压器结冰的方法.docx

防止燃气调压器结冰的方法
2012-7-11易达春蒋元杰张建一
论述了高-中压调压站4种防止调压器结冰的加热方法的原理、特点——管道电伴热法、涡漩先导燃气加热器法、指挥器加热器法、换热器法。
关键词：调压器结冰；电伴热；涡漩加热器；涡流管；指挥器加热器；换热器
1概述
天然气在绝热节流膨胀过程中，由于焦耳-汤姆逊效应，通常会产生温降，压力每降0.2～0.3MPa，温度约降低1℃。假设天然气压力从4MPa调节到0.4MPa，天然气在调压器出口的温度将急剧下降12℃以上，特别是在冬天，当气温为10℃以下时，调压器出口温度将降到-2℃以下。由于调压器指挥器的导管或阀口相对口径很小，如天然气带有水分及杂质，将极有可能在调压器指挥器的导管处或阀口处形成冰堵，进而造成调压器调压功能失灵，高压天然气直接进入调压器下游管道，对用气安全造成直接影响。对此，可通过局部提高调压器入口天然气温度来保障调压器的正常运行。
2防止调压器结冰的常用方法
常用的提高调压器或调压器指挥器入口天然气温度的方法主要有：管道电伴热法、涡漩先导燃气加热器法、指挥器加热器法、热交换器法等，每种加热方法都有各自的优缺点。
2.1管道电伴热法
①电伴热的功能
电伴热的功能是通过伴热电缆用电能弥补管道燃气在使用过程中的热损失或提高管道燃气局部的温度，使管道燃气局部的温度维持在一定的范围内。
②管道电伴热工作原理及安装
燃气管道电伴热工作原理简单，主要是由伴热电缆通电升温对管道表面直接加热，并间接提升管道内的燃气温度[1]，以达到保温的作用。电伴热装置主要由保温层、防水罩和伴热电缆等组成(见图1)。该种加热方式结构简单，安装方便，不受时间和空间限制，可在燃气管道运行时进行安装。

③特点
优点是电伴热装置简单、发热均匀、响应快捷，具有防爆、防火及自动控制等特点，并且使用寿命长，不污染环境，无需专职人员值守，采购成本低，在天然气流量较小的管道上使用有较大优势。
缺点是如果管道内天然气流量较大时，加热所耗费的电能较大，造成运行成本较高，并且要专门配备大功率变配电设备才能满足用电需求；另外加热方式属于局部加热，如果加热量不足，调压器出口气流温度可能过低，不能保障调压器下游管道用气设备的安全。
④电伴热应用
石油天然气行业中，主要用于防冻、防凝和工艺保温，适用于流量较小的高-中压调压站、燃气管道的局部保温等[2]。
2.2涡漩先导燃气加热器法
①涡漩先导燃气加热器功能
高压燃气通过涡漩先导燃气加热器(以下简称涡漩加热器)时，涡漩加热器将燃气减压产生的能量转化成高温热气流，然后利用高温热气流对调压器指挥器进行加热。
②涡漩加热器工作原理[3～4]
涡漩加热器外形简单(见图2)，主要工作原理见图3，结构见图4。

高压燃气进入涡漩加热器时，在涡漩加热器B、E入口通过压力降低形成高动能低压气流后，在涡漩加热器涡漩室内产生相向的两股气流，管中心一股很冷的气流(即内涡漩)从右向左流动，靠近管壁的一股很热的气流(即外涡漩)从左向右流动。这股热气流(外涡漩)用于加热目的后，从外部管道流回左侧与冷气流汇合后，由涡漩加热器D出口排到主调压器出口的下游管段。被加热的高压燃气由涡漩加热器的被加热燃气入口A进入，在涡漩加热器内被热气流(外涡漩)间接加热，由涡漩加热器的C出口进入主调压器的指挥器。
③工艺流程
采用涡漩加热器对进入调压器指挥器燃气进行加热的工艺流程见图5。

a.被加热高压燃气由阀2处进入旁通燃气管道，然后通过入口A进入涡漩加热器，高压燃气在涡漩加热器内被加热后由涡漩加热器C出口排出并进入主调压器指挥器。
b.起加热作用的高压燃气由阀1进入旁通燃气管道，经过监控调压器后由涡漩加热器B、E两个入口进入涡漩加热器，通过热能转换后形成与下游等同压力的较低温度燃气由涡漩加热器D出口排出，经过阀3进入主调压器下游低压燃气管道。
c.与阀4连接的燃气管道为监控调压器的信号管道，主要功能是采集主调压器下游的低压燃气段压力。监控调压器的出口压力设置值稍大于主调压器的出口压力设置值，在主调压器正常运行时监控调压器处于全开启状态，当低压燃气段压力上升到超过主调压器设置的压力时，主调压器关断，监控调压器启动。这时从监控调压器出口进入涡漩加热器的燃气压力为监控调压器的压力设定值，与主调压器下游的压力值一致。此时，涡漩加热器由于进口B、E同出口D不存在压力差，因而不起加热作用，即涡漩加热器停止加热功能，实现涡漩加热器的动态加热功能，从而实现对主调压器的指挥器加热的自动控制。
④特点
优点是涡漩加热器运行稳定，不需外部能源，运行成本低，而且调压器的入口压力波动时，涡漩加热器的加热量会通过进出口燃气压差的大小自动变化。当上、下游压力差变大时，形成的焦耳-汤姆逊效应明显，高压燃气进入涡漩加热器后动能变大，这样对应的涡漩加