[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

本發明提供一種天然氣門站加熱系統及方法。所述系統包括：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；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。本發明不僅能夠確保降壓后天然氣溫度滿足安全運行要求，還能使加熱器能耗最小。

技術領域

本發明屬于加熱及能耗控制技術領域，具體涉及一種天然氣門站加熱系統及方法。

背景技術

天然氣從上游長輸管線輸送到下游城市，需要通過城市門站再進入城市燃氣輸配管網，分配給下游用戶。門站內主要是對上游輸送過來較高壓力的天然氣(一般設計壓力為4.0MPa)進行過濾、計量、加臭、調壓后輸送到下一級壓力的管網(設計壓力2.5MPa)。但大部分門站周邊會有用戶用氣需求，會根據周邊用戶的情況，再進行分級調壓后輸送到下游。有時會將運行壓力3.8MPa天然氣經過三級調壓調整到0.22MPa。調壓器調壓是一個節流過程，會產生焦耳－湯姆遜效應，引起壓降和溫降。天然氣壓力每降低1.0MPa，管道內天然氣溫度會下降5℃左右，這會使得管道內天然氣的溫度很低；受此影響，管道內天然氣含水量較高時管道內容易形成水合物，而管內天然氣溫度較低時會低于室外空氣露點溫度，易在管道及設備部件外部結霜或者發生凍結，影響設備操作。為了應對這種情況，避免產生安全隱患和對管道及設備造成不利影響，部分門站設置了管道加熱裝置，比如燃氣熱水鍋爐、電加熱器、換熱器等，用來對調壓前天然氣進行加熱升溫，確保降壓后天然氣溫度滿足安全運行要求。

然而，加熱設備需要將燃氣溫度升高到多少度既能滿足安全運行要求，又能保證在當前雙碳(碳達峰與碳中和的簡稱)發展的目標下的能耗精準控制，減少浪費能源，是一個需要解決的問題。為此，本發明給出一種針對門站加熱設備在滿足運行安全的前提下的能耗控制方法。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種天然氣門站加熱系統及方法。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案。

第一方面，本發明提供一種天然氣門站加熱系統，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。

進一步地，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；