某城市门站燃气调压器出口温度保障可靠性的提高

董征 张震

摘要：随着国家西气东输工程进入全面运行阶段，天然气的使用量和客户数量也迅速增加。天然气经过西气东输的高压管道输送至中压用户之前，需要经过城市门站计量降压。冬季天然气经过调压器的节流降压膨胀后产生了降温，已经接近出口无缝钢管的温度使用下限。通过改变与燃气进口温度密切相关的要素，来实现出口温度提高的目标，达到冬季天然气稳定输送的目的。

关键词：天然气 门站 调压器 出口温度

随着国家西气东输二线工程进入全面运行阶段，作为东部区域的重点运行阶段的某地区，其市区以及周边地区的天然气管道的输送规模不停地扩大，该地区天然气的客户数量也增加迅速。天然气经过西气东输的高压管道输送至中压用户之前，需要经过一个十分重要的关节，这就是城市调压门站。该门站是该地区天然气的调压系统之中最早建成的天然气调压门站。

该门站出口通向高中压管网、CNG母站，调峰电厂输气站和部分大工业用户。高中压管网调气后直接向中压管网输气。目前，该调压器的最大小时处理量已经达到40000Nm3/h。但是因为该市的中国石油的分输站与该门站的距离太近，冬季天然气进口温度在0℃左右，天然气经过调压器的节流降压膨胀后产生了降温，造成高——中压调压器后管道温度过低，目前，该门站高——中压调压器进口压力为3.0MPa。经调压后出口压力为0.4MPa。根据运行资料显示，每年的冬天天然气进口温度为0℃～-2℃时，经调压后温度降至-17℃～-18℃左右，已经接近20号无缝钢管的使用下限-20℃。另外，在天然气低温输送时，在环境温度较低，湿度较大的情况下，会出现管道外大量结冰，引发管道应力集中，对管道性能产生不利影响。严重危害天然气正常供应。为了解决这一问题，保证门站的安全、连续、平稳供气，早在2010年时，该门站初步提出了增设电热带加热器的政策。并于10年安装电热带后，调压器的出口温度得到了一定的提高，但是效果并不够明显，还需要继续改进。根据20#无缝钢管的使用温度下限为-20℃等技术要求，以及该门站的实际布局情况，将目标定位：该门站经过调压器以后的出口温度提高到2℃。从而能够保障设备的可靠和正常运行。

运行记录表明，当压力从3MPa降到0.4MPa，温度大约降低13℃。经查阅资料，符合焦耳汤姆逊节流效应（公式1）， >0，经节流膨胀后，气体温度降低。由此可见调压器出口温度与调压器前后的压力降以及燃气进口的温度密切相关。

——（1）

通过改变与燃气进口温度密切相关的要素，来实现出口温度提高的目标，提出了以下的解决途径。

途径一：提高调压站出口的压力。这个方案通过提高调压站出口的压力，减少调压器前后的压力降，使得温度的降低也相应减少，提高了出口温度。但是冬季的调压站进口气温一般在0℃以下，调整出站压力不能够很好的实现预设定的要求。同时，压力等级的调整，也会涉及到管材管径的调整，费用很大。所以经过综合比较，这个方法并不适用。

途径二：提高调压器出口的燃气温度。因为燃气调压后的体积流量迅速增大，约为调压前燃气体积流量的六倍多，所以加热设备所需要的换热体积过大，站内场地布置比较困难。而且调压器仍然处于低温工作状态，从调压器的出口到加热器设备之间的燃气管道应该改用低温钢管，管路改造比较复杂，改造费用相对较高，这个方法也并不适用。

途径三：提高调压器前燃气的进口温度。這个途径有三种解决方法。

1. 增加门站与分输站之间的距离。通过计算可以得到，如果将燃气分输站与城市门站之间的距离增加到2.8千米时，进口温度可以提升到8℃。但是这个方案有两个不足：一是选址占地比较困难，二是投资比较大。所以不适用。

2. 通过蒸汽加热入口的燃气管道使之升温，将调压前的高压燃气加热到20℃后再进行压力调节压，确保调压后的燃气温度在0℃以上。这个方案可以采用比较小的换热器，以便于设备的布置。但是该门站周围并没有现成的热力管网可以利用，必须采用蒸汽锅炉。而蒸汽锅炉是承压设备。根据GB50028-2006城镇燃气设计规范和GB50016-2014《建筑设计防火规范》的相关规定（如表1），安全距离比较大，设备不宜布置，所以不适用。

表1 调压站与周围建筑物之间的水平安全距离

建筑形式 调压器装置入口

燃气压力限制 距建筑物或

构筑物距离 距重要公共

建筑物距离 距铁路或

电车轨道

地上单独建筑 高压（A） 10.0 m 30.0 m 15.0 m

高压（B） 8.0 m 25.0 m 12.5 m

中压（A） 6.0 m 25.0 m 10.0 m

中压（B） 6.0 m 25.0 m 10.0 m

地下单独建筑 中压（A） 5.0 m 25.0 m 10.0 m

中压（B） 5.0 m 25.0 m 10.0 m

3. 通过热水炉房加热。相对于蒸汽锅炉而言，热水锅炉是非承压设备，具有建设和维修成本低，易于操作，设备简便等特点。

通过有效性、可实施性，经济性，可靠性，实践性等各个方面的比较，确定新建燃气热水炉膛，配置适当数量的热水炉，利用热水炉产生的热水来加热燃气。

实施对策，检测效果。经过四个月的建设，热水炉检测效果如表2。

表2 天然气经过热水加热出口温度检测

日期 出水温度 天然气进站温度 天然气出站温度

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℃

实践证明，通过热水炉优先控制系统，自动控制燃气热水炉的启闭台数，调节出水温度和流量，从而使天然气出口温度始终保持在2℃以上，满足开始设定的目标。通过热水炉的投入运行彻底解决了燃气门站结冰的现象。解除了管道应力集中的隐患。提高了设备运行的可靠性。有效保障了管网安全运行。