【摘要】文中基于燃氣調壓器的結冰現象，進(jìn)行了防止調壓器結冰的常用方法探討，包括換熱器法、指揮器加熱器法和管道電伴熱法等。 由焦耳-湯姆遜效應的原理，通常天然氣在絕熱節流膨脹的過(guò)程中，會(huì )相應產(chǎn)生溫降的現象。一般的，壓力每降0.2～0.3MPa，溫度約降低1℃。這么說(shuō)來(lái)，負壓力越強，將極有可能在調壓器指揮器的導管處或閥口處形成冰堵。而使天然氣壓力從4MPa調節到0.4MPa，是很常見(jiàn)的狀況。特別是在冬天，如果天然氣在調壓器出口的溫度急劇下降12℃以上，調壓器氣溫為10℃以下時(shí)，調壓器出口溫度將降到-2℃以下。又因為調壓器指揮器的導管或閥口的口徑比較小，當瓶?jì)妊b有如天然氣這種帶有水分及雜質(zhì)。一旦閥口結冰，則會(huì )造成調壓器調壓功能失靈，高壓天然氣從而進(jìn)入調壓器下游管道，等一系列問(wèn)題。所以，為了保證用氣安全，可以通過(guò)僅僅提高局部調壓器入口天然氣的溫度，來(lái)保障調壓器的運行通暢。 

【關(guān)鍵詞】換熱器 指揮器 管道電伴熱法 

如何防止燃氣調壓器結冰的方法 
1、如何防止燃氣調壓器結冰的方法 概述
      天然氣在絕熱節流膨脹過(guò)程中，由于焦耳-湯姆遜效應，通常會(huì )產(chǎn)生溫降，壓力每降0.2～0.3MPa，溫度約降低1℃。假設天然氣壓力從4MPa調節到0.4MPa，天然氣在調壓器出口的溫度將急劇下降12℃以上，特別是在冬天，當氣溫為10℃以下時(shí)，調壓器出口溫度將降到-2℃以下。由于調壓器指揮器的導管或閥口相對口徑很小，如天然氣帶有水分及雜質(zhì)，將極有可能在調壓器指揮器的導管處或閥口處形成冰堵，進(jìn)而造成調壓器調壓功能失靈，高壓天然氣直接進(jìn)入調壓器下游管道，對用氣安全造成直接影響。對此，可通過(guò)局部提高調壓器入口天然氣溫度來(lái)保障調壓器的正常運行。
2 、如何防止調壓器結冰的常用方法
    上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥,電動(dòng)球閥,氣動(dòng)球閥,電動(dòng)閘閥,氣動(dòng)閘閥,電動(dòng)調節閥,氣動(dòng)調節閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。常用的提高調壓器或調壓器指揮器入口天然氣溫度的方法主要有：管道電伴熱法、渦漩先導燃氣加熱器法、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(diǎn)。
2.1如何防止調壓器結冰管道電伴熱法
   ① 電伴熱的功能
   電伴熱的功能是通過(guò)伴熱電纜用電能彌補管道燃氣在使用過(guò)程中的熱損失或提高管道燃氣局部的溫度，使管道燃氣局部的溫度維持在一定的范圍內。
    ② 管道電伴熱工作原理及安裝
    燃氣管道電伴熱工作原理簡(jiǎn)單，主要是由伴熱電纜通電升溫對管道表面直接加熱，并間接提升管道內的燃氣溫度[1]，以達到保溫的作用。電伴熱裝置主要由保溫層、防水罩和伴熱電纜等組成(見(jiàn)圖1)。該種加熱方式結構簡(jiǎn)單，安裝方便，不受時(shí)間和空間限制，可在燃氣管道運行時(shí)進(jìn)行安裝。

 
    ③ 特點(diǎn)
    優(yōu)點(diǎn)是電伴熱裝置簡(jiǎn)單、發(fā)熱均勻、響應快捷，具有防爆、防火及自動(dòng)控制等特點(diǎn)，并且使用壽命長(cháng)，不污染環(huán)境，無(wú)需專(zhuān)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(diǎn)是如果管道內天然氣流量較大時(shí)，加熱所耗費的電能較大，造成運行成本較高，并且要專(zhuān)門(mén)配備大功率變配電設備才能滿(mǎn)足用電需求；另外加熱方式屬于局部加熱，如果加熱量不足，調壓器出口氣流溫度可能過(guò)低，不能保障調壓器下游管道用氣設備的安全。
   ④ 電伴熱應用
   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-中壓調壓站、燃氣管道的局部保溫等[2]。
2.2 渦漩先導燃氣加熱器法
   ① 渦漩先導燃氣加熱器功能
   高壓燃氣通過(guò)渦漩先導燃氣加熱器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)渦漩加熱器)時(shí)，渦漩加熱器將燃氣減壓產(chǎn)生的能量轉化成高溫熱氣流，然后利用高溫熱氣流對調壓器指揮器進(jìn)行加熱。
   ② 渦漩加熱器工作原理[3～4]
   渦漩加熱器外形簡(jiǎn)單(見(jiàn)圖2)，主要工作原理見(jiàn)圖3，結構見(jiàn)圖4。

 
 
 
    高壓燃氣進(jìn)入渦漩加熱器時(shí)，在渦漩加熱器B、E入口通過(guò)壓力降低形成高動(dòng)能低壓氣流后，在渦漩加熱器渦漩室內產(chǎn)生相向的兩股氣流，管中心一股很冷的氣流(即內渦漩)從右向左流動(dòng)，靠近管壁的一股很熱的氣流(即外渦漩)從左向右流動(dòng)。這股熱氣流(外渦漩)用于加熱目的后，從外部管道流回左側與冷氣流匯合后，由渦漩加熱器D出口排到主調壓器出口的下游管段。被加熱的高壓燃氣由渦漩加熱器的被加熱燃氣入口A(yíng)進(jìn)入，在渦漩加熱器內被熱氣流(外渦漩)間接加熱，由渦漩加熱器的C出口進(jìn)入主調壓器的指揮器。
   ③ 工藝流程
   采用渦漩加熱器對進(jìn)入調壓器指揮器燃氣進(jìn)行加熱的工藝流程見(jiàn)圖5。
 
 
 
    a. 被加熱高壓燃氣由閥2處進(jìn)入旁通燃氣管道，然后通過(guò)入口A(yíng)進(jìn)入渦漩加熱器，高壓燃氣在渦漩加熱器內被加熱后由渦漩加熱器C出口排出并進(jìn)入主調壓器指揮器。
    b. 起加熱作用的高壓燃氣由閥1進(jìn)入旁通燃氣管道，經(jīng)過(guò)監控調壓器后由渦漩加熱器B、E兩個(gè)入口進(jìn)入渦漩加熱器，通過(guò)熱能轉換后形成與下游等同壓力的較低溫度燃氣由渦漩加熱器D出口排出，經(jīng)過(guò)閥3進(jìn)入主調壓器下游低壓燃氣管道。
    c. 與閥4連接的燃氣管道為監控調壓器的信號管道，主要功能是采集主調壓器下游的低壓燃氣段壓力。監控調壓器的出口壓力設置值稍大于主調壓器的出口壓力設置值，在主調壓器正常運行時(shí)監控調壓器處于全開(kāi)啟狀態(tài)，當低壓燃氣段壓力上升到超過(guò)主調壓器設置的壓力時(shí)，主調壓器關(guān)斷，監控調壓器啟動(dòng)。這時(shí)從監控調壓器出口進(jìn)入渦漩加熱器的燃氣壓力為監控調壓器的壓力設定值，與主調壓器下游的壓力值一致。此時(shí)，渦漩加熱器由于進(jìn)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(shí)現渦漩加熱器的動(dòng)態(tài)加熱功能，從而實(shí)現對主調壓器的指揮器加熱的自動(dòng)控制。
   ④ 特點(diǎn)
   優(yōu)點(diǎn)是渦漩加熱器運行穩定，不需外部能源，運行成本低，而且調壓器的入口壓力波動(dòng)時(shí)，渦漩加熱器的加熱量會(huì )通過(guò)進(jìn)出口燃氣壓差的大小自動(dòng)變化。當上、下游壓力差變大時(shí)，形成的焦耳-湯姆遜效應明顯，高壓燃氣進(jìn)入渦漩加熱器后動(dòng)能變大，這樣對應的渦漩加熱器加熱量增加；反之，上、下游壓力差較小時(shí)，形成的焦耳-湯姆遜效應減小，高壓燃氣進(jìn)入渦漩加熱器后動(dòng)能變小，這樣對應的渦漩加熱器加熱量減小。另外，渦漩加熱器還具有對濕燃氣不敏感、運行中無(wú)燃氣損失、無(wú)過(guò)熱現象出現、改造方便、免維護、無(wú)需人員值守等優(yōu)點(diǎn)。
    缺點(diǎn)是安裝工藝相對復雜；另外，該種加熱方式屬于局部加熱，如果調壓器出口氣流溫度過(guò)低，應考慮調壓器下游管道用氣設備的安全性；再者，該產(chǎn)品在國內燃氣行業(yè)應用上屬于新產(chǎn)品，價(jià)格相對較高。
   ⑤ 安裝和應用
   安裝：渦漩加熱器應直立安裝，并且與燃氣管道的連接位置應在燃氣管道的上部，安裝時(shí)應注意不要讓密封材料進(jìn)入渦漩加熱器的連接管道內部，防止堵塞。
    應用：在國外，自1999年制造出渦漩加熱器以來(lái)，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，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
   為了避免調壓器指揮器在較大壓降情況下溫度下降而造成的結冰現象，對調壓器指揮器加裝指揮器加熱器。
   ② 組成與工作原理
   指揮器加熱器結構簡(jiǎn)單，主要由加熱部件(見(jiàn)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域，通過(guò)導線(xiàn)對加熱部件進(jìn)行連接，加熱部件則通過(guò)配件安裝在調壓器指揮器上游信號管上，通過(guò)加熱部件中的加熱元件對指揮器信號管內的燃氣進(jìn)行加熱。指揮器加熱器是通過(guò)不同的元器件的綜合作用達到自動(dòng)控制加熱的目的，原理見(jiàn)圖7，圖中的數字1～10為開(kāi)關(guān)接線(xiàn)端子編號，接線(xiàn)時(shí)按圖7要求，其中2、5端子為備用。設：
    t——設定的加熱控制溫度
    t0——氣體加熱前溫度
    t1——氣體加熱后溫度
 
    通過(guò)恒溫控制器面板設定加熱控制溫度t。接通電源后，溫度探頭感應到氣體溫度，其值被恒溫控制器接收并比較。當t0＜t時(shí)，控制器使開(kāi)關(guān)7、9閉合，使繼電器控制回路導通，從而使加熱回路導通，使氣體被加熱。當感應到溫度t1≥t時(shí)，控制器使開(kāi)關(guān)7、9斷開(kāi)，使繼電器控制回路斷開(kāi)，從而使加熱回路斷開(kāi)，加熱被終止。
    ③ 特點(diǎn)
    優(yōu)點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單，適用于天然氣管道流量相對不大的調壓站，加熱效率高，能有效地解決調壓器結冰問(wèn)題；可根據設定的溫度實(shí)現自動(dòng)工作；價(jià)格較低，無(wú)需專(zhuān)職人員值守；運行維護費用低，只需消耗較少的電量。
    缺點(diǎn)是加熱器只適用于中小型調壓站的指揮器式調壓器，并且要配置電源；產(chǎn)品屬于局部加熱，如果調壓器前后壓差過(guò)大，調壓器出口氣流溫度可能過(guò)低，將不能保障調壓器下游管道用氣設備的安全。
   ④ 安裝及應用
   該種加熱方式安裝簡(jiǎn)便，調壓器指揮器上游信號管通過(guò)串聯(lián)指揮器加熱器加熱部件來(lái)達到加熱目的，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(shí)可通過(guò)電源進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。
    應用情況：在歐洲，已得到大規模使用。在國內，河北天然氣有限責任公司沙河門(mén)站、中石油吉林天然氣管道有限責任公司部分門(mén)站、徐州港華燃氣部分調壓站等均有使用。
2.4 換熱器法
   ① 換熱器功能
   通過(guò)循環(huán)熱水作為熱源對天然氣進(jìn)行加熱，以提高調壓器入口天然氣溫度，從而避免調壓器結冰。在天然氣行業(yè)，一般使用管殼式換熱器。
   ② 工作原理及設計要求
   循環(huán)水由燃氣熱水鍋爐提供熱源，燃氣經(jīng)過(guò)換熱器時(shí)，通過(guò)熱交換得到升溫，然后進(jìn)入調壓器。熱水的基本參數一般為：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到規定值。換熱器設計時(shí)，熱水管路要優(yōu)化，使水壓損失盡可能減小。工藝計算應提供水側理論壓損值，理論壓損值應控制在0.02MPa以?xún)取?br>    ③ 特點(diǎn)
    優(yōu)點(diǎn)是對進(jìn)入調壓器的所有天然氣進(jìn)行加熱，能確保調壓器及調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(大中小型調壓站均可)。
    缺點(diǎn)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；系統復雜，運行管理有一定技術(shù)要求，需要專(zhuān)職人員值守，并且成套設備采購成本高。
   ④ 安裝和應用
   在安裝上，管道系統比較復雜，包括熱水管道、熱水泵、鍋爐、換熱器以及控制儀表等；在應用上，該種換熱方法在國內外各種高-中壓調壓站都有廣泛的使用。
1 防止調壓器結冰的常用方法 
常用的防止調壓器結冰的常用方法有很多，雖然每種加熱方法多少都會(huì )有些各自的優(yōu)缺點(diǎn)：熱交換器法等、渦漩先導燃氣加熱器法、管道電伴熱法、指揮器加熱器法等。以上就是提高調壓器或調壓器指揮器入口天然氣溫度的主要幾個(gè)方法。 
1.1 換熱器法 
在本行業(yè)，一般家庭會(huì )使用管殼式換熱器。 
換熱器法的原理是：為了提高調壓器入口天然氣的溫度，通過(guò)循環(huán)熱水對天然氣進(jìn)行加熱，從而避免調壓器結冰。 
為了使循環(huán)水在經(jīng)過(guò)燃氣熱水鍋爐得到熱源之后，通過(guò)熱交換要使經(jīng)過(guò)換熱器得到升溫，zui后能夠了進(jìn)入到調壓器。提供的熱水的基本參數一般為：供水溫度為達到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到規定值。在換熱器設計時(shí)，為了使熱水管路優(yōu)化，即可使水壓損盡可能減小。從而使工藝計算應提供水側理論壓損值，其范圍應控制在0.02MPa以?xún)取?nbsp;
特點(diǎn)： 
加熱的同時(shí)，確保安全很重要。而換熱器法在對調壓器進(jìn)行加熱的同時(shí)，還能確保調壓器及調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(diǎn)，很不錯。同時(shí)，它適用大中小各種型號，調壓范圍廣。 
然而，它也有缺點(diǎn)，使用的同時(shí)需增加循環(huán)水泵、熱水鍋爐、熱水管道、控制儀表等設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(shí)還需要消耗大量熱能及電能，同時(shí)，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(zhuān)職人員看守，以及成套設備采購成本高，造成系統復雜的局面。 
因為管道系統比較復雜，所以安裝和應用在安裝上有點(diǎn)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。然而在應用上，該種換熱方法使用廣泛，國內外各種高-中壓調壓站都有使用。 
1.2 渦漩先導燃氣加熱器法 
渦漩先導燃氣加熱器功能：高壓燃氣通過(guò)渦漩先導燃氣加熱器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)渦漩加熱器）時(shí)，渦漩加熱器將燃氣減壓產(chǎn)生的能量轉化成高溫熱氣流，然后利用高溫熱氣流對調壓器指揮器進(jìn)行加熱。高壓燃氣進(jìn)入渦漩加熱器時(shí)，在渦漩加熱器入口通過(guò)壓力降低形成高動(dòng)能低壓氣流后，在渦漩加熱器渦漩室內產(chǎn)生相向的兩股氣流，管中心一股很冷的氣流（即內渦漩）從右向左流動(dòng)，靠近管壁的一股很熱的氣流（即外渦漩）從左向右流動(dòng)。這股熱氣流（外渦漩）用于加熱目的后，從外部管道流回左側與冷氣流匯合后，由渦漩加熱器出口排到主調壓器出口的下游管段。被加熱的高壓燃氣由渦漩加熱器的被加熱燃氣入口進(jìn)入，在渦漩加熱器內被熱氣流（外渦漩）間接加熱，由渦漩加熱器的出口進(jìn)入主調壓器的指揮器。 
1.3 管道電伴熱法 
電伴熱的功能的原理是：為了彌補管道燃氣在使用過(guò)程中的熱損失或提高管道燃氣局部的溫度，可使用伴熱電纜用電能。這樣就能使管道燃氣局部的溫度維持在一定的范圍內。 
由伴熱電纜通電升溫對管道表面直接加熱，并間接達到提升管道內的燃氣溫度的效果，使之達到保溫的作用。即為管道電伴熱工作原理。其安裝方法也較為簡(jiǎn)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，結構簡(jiǎn)單，不受時(shí)間和空間限制，也可直接在燃氣管道運行時(shí)進(jìn)行安裝。 
特點(diǎn)： 
電伴熱法的優(yōu)點(diǎn)有：使用壽命長(cháng)，不污染環(huán)境，無(wú)需專(zhuān)職人員值守，采購成本低，裝置簡(jiǎn)單、發(fā)熱均勻、響應快捷，具有防爆、防火及自動(dòng)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(diǎn)則是：造成運行成本較高，當管道內天然氣的流量較大時(shí)，加熱所耗費的電能也會(huì )較大。還有就是當加熱量不足，因為只是局部加熱，所以調壓器出口氣流溫度可能過(guò)低，而導致不能保障調壓器下游管道用氣設備的安全。麻煩的是，還要專(zhuān)門(mén)配備大功率變配電設備，才能達到用電需求。 
電伴熱的主要用途是：防凍、防凝和工藝保溫，已經(jīng)應用石油天然氣行業(yè)中，同時(shí)也適用于流量較小的高-中的各種壓調壓站、燃氣管道的局部保溫等。 
2 小結 
文中對常見(jiàn)的防止燃氣調壓器結冰的方法分析，在實(shí)際生產(chǎn)應用當中還應進(jìn)行更細致的工作才能實(shí)現更有效的穩定運行。 與本文相關(guān)的論文有：礦山電動(dòng)插板閥
參考文獻 
[1] 沈杰，席旺.渦流管的原理及在天然氣領(lǐng)域的應用[J].煤氣與熱力，2011（02） 
[2] 呂青楠，張王宗.渦流溫度分離技術(shù)在天然氣行業(yè)的應用[J].天然氣與石油，2010（02） 
[3] 李連星，劉強.電伴熱技術(shù)在北方架空燃氣管道的應用[J].煤氣與熱力，2009（12）