[發明專利]一種天然氣門站加熱系統及方法

在審

• 申請號: 202210378116.3
• 申請日: 2022-04-12
• 公開（公告）號: CN114935111A
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 吳媛媛;郭蕙心;車明;姜鑫;李晨;劉希言
• 申請（專利權）人: 北京市燃氣集團有限責任公司
• 主分類號: F17D1/04
• 分類號: F17D1/04;F17D3/01;F16L53/30;G01D21/02;G06F17/18
• 代理公司: 北京天方智力知識產權代理事務所(普通合伙) 11719
• 代理人: 路遠

1.一種天然氣門站加熱系統，其特征在于，包括：主控單元，通過網絡與主控單元相連的安裝在門站進口處的處氣質分析儀、水露點儀和加熱器，還包括與主控單元相連的環境溫濕度傳感器和天然氣傳感器模塊；天然氣傳感器模塊包括：安裝在門站進口處的進口溫度傳感器和進口壓力傳感器，安裝在加熱器出口處的加熱溫度傳感器，安裝在一級調壓器后的一級溫度傳感器和的一級壓力傳感器，安裝在二級調壓器后的二級溫度傳感器和的二級壓力傳感器，安裝在三級調壓器后的三級溫度傳感器和的三級壓力傳感器；主控單元根據氣質分析儀輸出的氣質組分、水露點儀輸出的水露點以及環境溫濕度傳感器和天然氣傳感器模塊輸出的數據，計算使天然氣滿足安全運行要求且加熱器能耗最小的最佳溫度，并根據所述最佳溫度與天然氣實際溫度的溫度差控制加熱器的開度，使天然氣實際溫度略大于所述最佳溫度。

2.根據權利要求1所述的天然氣門站加熱系統，其特征在于，所述最佳溫度的計算方法包括：

計算一級調壓后天然氣水合物生成的臨界溫度T_g1；

利用焦耳－湯姆遜效應計算模型，基于一級調壓后的所述T_g1反算門站進口處天然氣應加熱到的溫度T_g2；

獲取當前時刻的空氣溫度和相對濕度，根據Magnus空氣露點溫度計算公式，計算當前時刻的空氣露點溫度T_o1；

利用焦耳－湯姆遜效應計算模型，基于空氣露點溫度T_o1及門站最低出口壓力，反算門站進口處天然氣應加熱到的溫度T_o2；

若當前時刻的天然氣溫度小于0度且小于T_o1，則取T_g2和T_o2中的最大值為最佳溫度；否則取T_g2為最佳溫度。

3.根據權利要求2所述的天然氣門站加熱系統，其特征在于，一級調壓器后的所述T_g1的計算方法包括：

S1、設定溫度T的初始值T₀及迭代步長ΔT；

S2、計算每個組分形成的基礎水合物在混合基礎水合物中所占的摩爾分率x_ci，i＝1,2,…,N，N為組分的個數，方法如下：

PR狀態方程用逸度系數即逸度與壓力的比值表示為：

A＝aP/(RT)，B＝bP/(RT)

a_i＝0.45723(RT_ci)²/P_ci×α_i，b_i＝0.07796RT_ci/P_ci

α_i＝[1+m_i(1-T_ri^0.5)]²，T_ri＝T/T_ci

m_i＝(0.37464+1.54226ω_i-0.26992ω_i²)

式中，Z＝PV/(RT)為壓縮因子，R為氣體常數，P為一級調壓器后的氣體壓力，V為氣體摩爾體積，T為氣體溫度，a、b、a_i、b_i均為與天然氣組分的種類及狀態有關的常量，x_i為第i個組分的摩爾分數，T_ci、P_ci、T_ri分別為第i個組分的臨界溫度、臨界壓力和對比溫度，α_i為分子間引力參數，m_i第i個組分的特征常數，K_ij為二元交互系數，通過對實驗數據回歸得到；

按下式計算第i個組分的逸度f_i：

按下式計算第i個組分的最小逸度f_i⁰：

式中，θ_j為被第j個組分占據的連接孔的分率，A_i、B_i、C_i通過實驗獲得，A_ij為二元交互作用參數，c_j為Langmuir常數，X_j、Y_j、Z_j為Antoine常數；忽略氣體中含有抑制劑且氣體在水中的溶解度時，a_w＝1；對于I型水合物，β＝4.242×10^-6，λ₂＝3/23；對于Ⅱ型水合物，β＝1.0224×10^-5，λ₂＝1/17；

按下式計算x_ci：

式中，對于I型水合物，α＝1/3；對于II型水合物，α＝2；

S3、如果大于設定的閾值，則更新T＝T+ΔT后轉S2進行下一迭代過程；否則，停止迭代，此時的T即為所求T_g1。