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【摘要】文中基于燃?xì)庹{(diào)壓器的結(jié)冰現(xiàn)象，進行了防止調(diào)壓器結(jié)冰的常用方法探討，包括換熱器法、指揮器加熱器法和管道電伴熱法等。 由焦耳-湯姆遜效應(yīng)的原理，通常天然氣在絕熱節(jié)流膨脹的過程中，會相應(yīng)產(chǎn)生溫降的現(xiàn)象。一般的，壓力每降0.2～0.3MPa，溫度約降低1℃。這么說來，負(fù)壓力越強，將極有可能在調(diào)壓器指揮器的導(dǎo)管處或閥口處形成冰堵。而使天然氣壓力從4MPa調(diào)節(jié)到0.4MPa，是很常見的狀況。特別是在冬天，如果天然氣在調(diào)壓器出口的溫度急劇下降12℃以上，調(diào)壓器氣溫為10℃以下時，調(diào)壓器出口溫度將降到-2℃以下。又因為調(diào)壓器指揮器的導(dǎo)管或閥口的口徑比較小，當(dāng)瓶內(nèi)裝有如天然氣這種帶有水分及雜質(zhì)。一旦閥口結(jié)冰，則會造成調(diào)壓器調(diào)壓功能失靈，高壓天然氣從而進入調(diào)壓器下游管道，等一系列問題。所以，為了保證用氣安全，可以通過僅僅提高局部調(diào)壓器入口天然氣的溫度，來保障調(diào)壓器的運行通暢。
【關(guān)鍵詞】換熱器 指揮器 管道電伴熱法
如何防止燃?xì)庹{(diào)壓器結(jié)冰的方法
1、如何防止燃?xì)庹{(diào)壓器結(jié)冰的方法 概述
天然氣在絕熱節(jié)流膨脹過程中，由于焦耳-湯姆遜效應(yīng)，通常會產(chǎn)生溫降，壓力每降0.2～0.3MPa，溫度約降低1℃。假設(shè)天然氣壓力從4MPa調(diào)節(jié)到0.4MPa，天然氣在調(diào)壓器出口的溫度將急劇下降12℃以上，特別是在冬天，當(dāng)氣溫為10℃以下時，調(diào)壓器出口溫度將降到-2℃以下。由于調(diào)壓器指揮器的導(dǎo)管或閥口相對口徑很小，如天然氣帶有水分及雜質(zhì)，將極有可能在調(diào)壓器指揮器的導(dǎo)管處或閥口處形成冰堵，進而造成調(diào)壓器調(diào)壓功能失靈，高壓天然氣直接進入調(diào)壓器下游管道，對用氣安全造成直接影響。對此，可通過局部提高調(diào)壓器入口天然氣溫度來保障調(diào)壓器的正常運行。
2 、如何防止調(diào)壓器結(jié)冰的常用方法
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調(diào)節(jié)閥,氣動調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。常用的提高調(diào)壓器或調(diào)壓器指揮器入口天然氣溫度的方法主要有：管道電伴熱法、渦漩先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞鞣?、指揮器加熱器法、熱交換器法等，每種加熱方法都有各自的優(yōu)缺點。
2.1如何防止調(diào)壓器結(jié)冰管道電伴熱法
① 電伴熱的功能
電伴熱的功能是通過伴熱電纜用電能彌補管道燃?xì)庠谑褂眠^程中的熱損失或提高管道燃?xì)饩植康臏囟?，使管道燃?xì)饩植康臏囟染S持在一定的范圍內(nèi)。
② 管道電伴熱工作原理及安裝
燃?xì)夤艿离姲闊峁ぷ髟砗唵?，主要是由伴熱電纜通電升溫對管道表面直接加熱，并間接提升管道內(nèi)的燃?xì)鉁囟萚1]，以達(dá)到保溫的作用。電伴熱裝置主要由保溫層、防水罩和伴熱電纜等組成(見圖1)。該種加熱方式結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，不受時間和空間限制，可在燃?xì)夤艿肋\行時進行安裝。
③ 特點
優(yōu)點是電伴熱裝置簡單、發(fā)熱均勻、響應(yīng)快捷，具有防爆、防火及自動控制等特點，并且使用壽命長，不污染環(huán)境，無需專職人員值守，采購成本低，在天然氣流量較小的管道上使用有較大優(yōu)勢。
缺點是如果管道內(nèi)天然氣流量較大時，加熱所耗費的電能較大，造成運行成本較高，并且要專門配備大功率變配電設(shè)備才能滿足用電需求；另外加熱方式屬于局部加熱，如果加熱量不足，調(diào)壓器出口氣流溫度可能過低，不能保障調(diào)壓器下游管道用氣設(shè)備的安全。
④ 電伴熱應(yīng)用
石油天然氣行業(yè)中，主要用于防凍、防凝和工藝保溫，適用于流量較小的高-中壓調(diào)壓站、燃?xì)夤艿赖木植勘氐萚2]。
2.2 渦漩先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞鞣?br> ① 渦漩先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞鞴δ?br> 高壓燃?xì)馔ㄟ^渦漩先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞?以下簡稱渦漩加熱器)時，渦漩加熱器將燃?xì)鉁p壓產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化成高溫?zé)釟饬?，然后利用高溫?zé)釟饬鲗φ{(diào)壓器指揮器進行加熱。
② 渦漩加熱器工作原理[3～4]
渦漩加熱器外形簡單(見圖2)，主要工作原理見圖3，結(jié)構(gòu)見圖4。
高壓燃?xì)膺M入渦漩加熱器時，在渦漩加熱器B、E入口通過壓力降低形成高動能低壓氣流后，在渦漩加熱器渦漩室內(nèi)產(chǎn)生相向的兩股氣流，管中心一股很冷的氣流(即內(nèi)渦漩)從右向左流動，靠近管壁的一股很熱的氣流(即外渦漩)從左向右流動。這股熱氣流(外渦漩)用于加熱目的后，從外部管道流回左側(cè)與冷氣流匯合后，由渦漩加熱器D出口排到主調(diào)壓器出口的下游管段。被加熱的高壓燃?xì)庥蓽u漩加熱器的被加熱燃?xì)馊肟贏進入，在渦漩加熱器內(nèi)被熱氣流(外渦漩)間接加熱，由渦漩加熱器的C出口進入主調(diào)壓器的指揮器。
③ 工藝流程
采用渦漩加熱器對進入調(diào)壓器指揮器燃?xì)膺M行加熱的工藝流程見圖5。
a. 被加熱高壓燃?xì)庥砷y2處進入旁通燃?xì)夤艿?，然后通過入口A進入渦漩加熱器，高壓燃?xì)庠跍u漩加熱器內(nèi)被加熱后由渦漩加熱器C出口排出并進入主調(diào)壓器指揮器。
b. 起加熱作用的高壓燃?xì)庥砷y1進入旁通燃?xì)夤艿?，?jīng)過監(jiān)控調(diào)壓器后由渦漩加熱器B、E兩個入口進入渦漩加熱器，通過熱能轉(zhuǎn)換后形成與下游等同壓力的較低溫度燃?xì)庥蓽u漩加熱器D出口排出，經(jīng)過閥3進入主調(diào)壓器下游低壓燃?xì)夤艿馈?br> c. 與閥4連接的燃?xì)夤艿罏楸O(jiān)控調(diào)壓器的信號管道，主要功能是采集主調(diào)壓器下游的低壓燃?xì)舛螇毫?。監(jiān)控調(diào)壓器的出口壓力設(shè)置值稍大于主調(diào)壓器的出口壓力設(shè)置值，在主調(diào)壓器正常運行時監(jiān)控調(diào)壓器處于全開啟狀態(tài)，當(dāng)?shù)蛪喝細(xì)舛螇毫ι仙匠^主調(diào)壓器設(shè)置的壓力時，主調(diào)壓器關(guān)斷，監(jiān)控調(diào)壓器啟動。這時從監(jiān)控調(diào)壓器出口進入渦漩加熱器的燃?xì)鈮毫楸O(jiān)控調(diào)壓器的壓力設(shè)定值，與主調(diào)壓器下游的壓力值一致。此時，渦漩加熱器由于進口B、E同出口D不存在壓力差，因而不起加熱作用，即渦漩加熱器停止加熱功能，實現(xiàn)渦漩加熱器的動態(tài)加熱功能，從而實現(xiàn)對主調(diào)壓器的指揮器加熱的自動控制。
④ 特點
優(yōu)點是渦漩加熱器運行穩(wěn)定，不需外部能源，運行成本低，而且調(diào)壓器的入口壓力波動時，渦漩加熱器的加熱量會通過進出口燃?xì)鈮翰畹拇笮∽詣幼兓．?dāng)上、下游壓力差變大時，形成的焦耳-湯姆遜效應(yīng)明顯，高壓燃?xì)膺M入渦漩加熱器后動能變大，這樣對應(yīng)的渦漩加熱器加熱量增加；反之，上、下游壓力差較小時，形成的焦耳-湯姆遜效應(yīng)減小，高壓燃?xì)膺M入渦漩加熱器后動能變小，這樣對應(yīng)的渦漩加熱器加熱量減小。另外，渦漩加熱器還具有對濕燃?xì)獠幻舾?、運行中無燃?xì)鈸p失、無過熱現(xiàn)象出現(xiàn)、改造方便、免維護、無需人員值守等優(yōu)點。
缺點是安裝工藝相對復(fù)雜；另外，該種加熱方式屬于局部加熱，如果調(diào)壓器出口氣流溫度過低，應(yīng)考慮調(diào)壓器下游管道用氣設(shè)備的安全性；再者，該產(chǎn)品在國內(nèi)燃?xì)庑袠I(yè)應(yīng)用上屬于新產(chǎn)品，價格相對較高。
⑤ 安裝和應(yīng)用
安裝：渦漩加熱器應(yīng)直立安裝，并且與燃?xì)夤艿赖倪B接位置應(yīng)在燃?xì)夤艿赖纳喜浚惭b時應(yīng)注意不要讓密封材料進入渦漩加熱器的連接管道內(nèi)部，防止堵塞。
應(yīng)用：在國外，自1999年制造出渦漩加熱器以來，該產(chǎn)品已經(jīng)在美國、加拿大、法國、西班牙、阿根廷、澳大利亞以及中東國家等安裝了1000多套。在國內(nèi)，中國石油華中輸氣公司的武漢西計量站、中國石油蘭州輸氣分公司德令哈分輸站等均有使用。
2.3 指揮器加熱器法
① 指揮器加熱器功能
為了避免調(diào)壓器指揮器在較大壓降情況下溫度下降而造成的結(jié)冰現(xiàn)象，對調(diào)壓器指揮器加裝指揮器加熱器。
② 組成與工作原理
指揮器加熱器結(jié)構(gòu)簡單，主要由加熱部件(見圖6)、恒溫控制器和繼電器三部分組成，其中恒溫控制器和繼電器只能安裝在非防爆區(qū)域，通過導(dǎo)線對加熱部件進行連接，加熱部件則通過配件安裝在調(diào)壓器指揮器上游信號管上，通過加熱部件中的加熱元件對指揮器信號管內(nèi)的燃?xì)膺M行加熱。指揮器加熱器是通過不同的元器件的綜合作用達(dá)到自動控制加熱的目的，原理見圖7，圖中的數(shù)字1～10為開關(guān)接線端子編號，接線時按圖7要求，其中2、5端子為備用。設(shè)：
t——設(shè)定的加熱控制溫度
t0——氣體加熱前溫度
t1——氣體加熱后溫度
通過恒溫控制器面板設(shè)定加熱控制溫度t。接通電源后，溫度探頭感應(yīng)到氣體溫度，其值被恒溫控制器接收并比較。當(dāng)t0＜t時，控制器使開關(guān)7、9閉合，使繼電器控制回路導(dǎo)通，從而使加熱回路導(dǎo)通，使氣體被加熱。當(dāng)感應(yīng)到溫度t1≥t時，控制器使開關(guān)7、9斷開，使繼電器控制回路斷開，從而使加熱回路斷開，加熱被終止。
③ 特點
優(yōu)點是安裝簡單，適用于天然氣管道流量相對不大的調(diào)壓站，加熱效率高，能有效地解決調(diào)壓器結(jié)冰問題；可根據(jù)設(shè)定的溫度實現(xiàn)自動工作；價格較低，無需專職人員值守；運行維護費用低，只需消耗較少的電量。
缺點是加熱器只適用于中小型調(diào)壓站的指揮器式調(diào)壓器，并且要配置電源；產(chǎn)品屬于局部加熱，如果調(diào)壓器前后壓差過大，調(diào)壓器出口氣流溫度可能過低，將不能保障調(diào)壓器下游管道用氣設(shè)備的安全。
④ 安裝及應(yīng)用
該種加熱方式安裝簡便，調(diào)壓器指揮器上游信號管通過串聯(lián)指揮器加熱器加熱部件來達(dá)到加熱目的，可在天然氣管道安裝后補裝，不占地，加熱效率高，并且在使用時可通過電源進行開關(guān)控制。
應(yīng)用情況：在歐洲，已得到大規(guī)模使用。在國內(nèi)，河北天然氣有限責(zé)任公司沙河門站、中石油吉林天然氣管道有限責(zé)任公司部分門站、徐州港華燃?xì)獠糠终{(diào)壓站等均有使用。
2.4 換熱器法
① 換熱器功能
通過循環(huán)熱水作為熱源對天然氣進行加熱，以提高調(diào)壓器入口天然氣溫度，從而避免調(diào)壓器結(jié)冰。在天然氣行業(yè)，一般使用管殼式換熱器。
② 工作原理及設(shè)計要求
循環(huán)水由燃?xì)鉄崴仩t提供熱源，燃?xì)饨?jīng)過換熱器時，通過熱交換得到升溫，然后進入調(diào)壓器。熱水的基本參數(shù)一般為：供水溫度為80℃，回水溫度為65℃。換熱器換熱量的計算[5]應(yīng)按zui惡劣的工況，保證在zui不利條件下仍能使天然氣溫度達(dá)到規(guī)定值。換熱器設(shè)計時，熱水管路要優(yōu)化，使水壓損失盡可能減小。工藝計算應(yīng)提供水側(cè)理論壓損值，理論壓損值應(yīng)控制在0.02MPa以內(nèi)。
③ 特點
優(yōu)點是對進入調(diào)壓器的所有天然氣進行加熱，能確保調(diào)壓器及調(diào)壓器下游管段的運行安全，并且配套產(chǎn)品(如熱水鍋爐)生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，適用范圍廣(大中小型調(diào)壓站均可)。
缺點是占地面積大，需增加循環(huán)水泵、熱水鍋爐、熱水管道、控制儀表等設(shè)備才能完成加熱循環(huán)；運行費用高，需要消耗大量熱能及電能，換熱器及配套的熱水鍋爐屬壓力容器，每年需要檢測；系統(tǒng)復(fù)雜，運行管理有一定技術(shù)要求，需要專職人員值守，并且成套設(shè)備采購成本高。
④ 安裝和應(yīng)用
在安裝上，管道系統(tǒng)比較復(fù)雜，包括熱水管道、熱水泵、鍋爐、換熱器以及控制儀表等；在應(yīng)用上，該種換熱方法在國內(nèi)外各種高-中壓調(diào)壓站都有廣泛的使用。
1 防止調(diào)壓器結(jié)冰的常用方法
常用的防止調(diào)壓器結(jié)冰的常用方法有很多，雖然每種加熱方法多少都會有些各自的優(yōu)缺點：熱交換器法等、渦漩先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞鞣?、管道電伴熱法、指揮器加熱器法等。以上就是提高調(diào)壓器或調(diào)壓器指揮器入口天然氣溫度的主要幾個方法。
1.1 換熱器法
在本行業(yè)，一般家庭會使用管殼式換熱器。
換熱器法的原理是：為了提高調(diào)壓器入口天然氣的溫度，通過循環(huán)熱水對天然氣進行加熱，從而避免調(diào)壓器結(jié)冰。
為了使循環(huán)水在經(jīng)過燃?xì)鉄崴仩t得到熱源之后，通過熱交換要使經(jīng)過換熱器得到升溫，zui后能夠了進入到調(diào)壓器。提供的熱水的基本參數(shù)一般為：供水溫度為達(dá)到80℃，回水溫度zui低65℃。且要保證熱水器在zui不利條件的下仍能使天然氣溫度達(dá)到規(guī)定值。在換熱器設(shè)計時，為了使熱水管路優(yōu)化，即可使水壓損盡可能減小。從而使工藝計算應(yīng)提供水側(cè)理論壓損值，其范圍應(yīng)控制在0.02MPa以內(nèi)。
特點：
加熱的同時，確保安全很重要。而換熱器法在對調(diào)壓器進行加熱的同時，還能確保調(diào)壓器及調(diào)壓器下游管段的運行安全，生產(chǎn)技術(shù)也較為成熟，如它的配套產(chǎn)品熱水鍋爐）等，能保證這點，很不錯。同時，它適用大中小各種型號，調(diào)壓范圍廣。
然而，它也有缺點，使用的同時需增加循環(huán)水泵、熱水鍋爐、熱水管道、控制儀表等設(shè)備才能完成一次加熱循環(huán)，但是需要較大的占地面積；而且需要時還需要消耗大量熱能及電能，同時，換熱器及配套的熱水鍋爐屬壓力容器，還需要每年都檢測，使用的運行費用高；運行的管理還需要技術(shù)上要求，需要專職人員看守，以及成套設(shè)備采購成本高，造成系統(tǒng)復(fù)雜的局面。
因為管道系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以安裝和應(yīng)用在安裝上有點麻煩，包括熱水管道、熱水泵、鍋爐、換熱器以及控制儀表等多種配件需要安裝。然而在應(yīng)用上，該種換熱方法使用廣泛，國內(nèi)外各種高-中壓調(diào)壓站都有使用。
1.2 渦漩先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞鞣?nbsp;
渦漩先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞鞴δ埽焊邏喝細(xì)馔ㄟ^渦漩先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞鳎ㄒ韵潞喎Q渦漩加熱器）時，渦漩加熱器將燃?xì)鉁p壓產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化成高溫?zé)釟饬鳎缓罄酶邷責(zé)釟饬鲗φ{(diào)壓器指揮器進行加熱。高壓燃?xì)膺M入渦漩加熱器時，在渦漩加熱器入口通過壓力降低形成高動能低壓氣流后，在渦漩加熱器渦漩室內(nèi)產(chǎn)生相向的兩股氣流，管中心一股很冷的氣流（即內(nèi)渦漩）從右向左流動，靠近管壁的一股很熱的氣流（即外渦漩）從左向右流動。這股熱氣流（外渦漩）用于加熱目的后，從外部管道流回左側(cè)與冷氣流匯合后，由渦漩加熱器出口排到主調(diào)壓器出口的下游管段。被加熱的高壓燃?xì)庥蓽u漩加熱器的被加熱燃?xì)馊肟谶M入，在渦漩加熱器內(nèi)被熱氣流（外渦漩）間接加熱，由渦漩加熱器的出口進入主調(diào)壓器的指揮器。
1.3 管道電伴熱法
電伴熱的功能的原理是：為了彌補管道燃?xì)庠谑褂眠^程中的熱損失或提高管道燃?xì)饩植康臏囟龋墒褂冒闊犭娎|用電能。這樣就能使管道燃?xì)饩植康臏囟染S持在一定的范圍內(nèi)。
由伴熱電纜通電升溫對管道表面直接加熱，并間接達(dá)到提升管道內(nèi)的燃?xì)鉁囟鹊男Ч?，使之達(dá)到保溫的作用。即為管道電伴熱工作原理。其安裝方法也較為簡單。電伴熱的主要裝置是：保溫層、防水罩和伴熱電纜等。該種加熱方式與換熱器法相比較而言，安裝方便，結(jié)構(gòu)簡單，不受時間和空間限制，也可直接在燃?xì)夤艿肋\行時進行安裝。
特點：
電伴熱法的優(yōu)點有：使用壽命長，不污染環(huán)境，無需專職人員值守，采購成本低，裝置簡單、發(fā)熱均勻、響應(yīng)快捷，具有防爆、防火及自動控制等。所以在天然氣流量較小的管道上，電伴熱法的使用有優(yōu)勢。
而缺點則是：造成運行成本較高，當(dāng)管道內(nèi)天然氣的流量較大時，加熱所耗費的電能也會較大。還有就是當(dāng)加熱量不足，因為只是局部加熱，所以調(diào)壓器出口氣流溫度可能過低，而導(dǎo)致不能保障調(diào)壓器下游管道用氣設(shè)備的安全。麻煩的是，還要專門配備大功率變配電設(shè)備，才能達(dá)到用電需求。
電伴熱的主要用途是：防凍、防凝和工藝保溫，已經(jīng)應(yīng)用石油天然氣行業(yè)中，同時也適用于流量較小的高-中的各種壓調(diào)壓站、燃?xì)夤艿赖木植勘氐取?nbsp;
2 小結(jié)
文中對常見的防止燃?xì)庹{(diào)壓器結(jié)冰的方法分析，在實際生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中還應(yīng)進行更細(xì)致的工作才能實現(xiàn)更有效的穩(wěn)定運行。 與本文相關(guān)的論文有：礦山電動插板閥
參考文獻
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