天然气分输站场加热设备选型分析

天然气分输站场加热设备选型分析

摘要：合理地选择加热设备类型对于保证天然气分输站场的安全生产运行具有重要意义，本文对天然气分输站场加热设备特点进行分析，结合近年来实际运行状况归纳出水套炉、真空炉、热媒炉、电加热器等常规加热设备以及新型的催化式红外加热炉的加热特点和适用范围，并通过工程实例进行技术经济分析，推荐出适合工程应用的加热设备选型，保障天然气分输站场的安全平稳运行。

关键词：天然气分输站场；加热设备；热负荷；选型；红外加热

一、引言

在天然气分输站场中，通常需调压后向下游用户进行分输，受焦耳-汤姆逊效应影响，压降较大时会导致天然气温降也较大，埋地管道容易出现冻胀和应力集中等问题，因此，在分输站场中一般在计量后需对天然气进行预加热，达到工艺所需温度后，经调压出站实现分输，根据不同站场的输气工况，合理选择加热设备类型对于保证天然气站场的安全生产运行具有重要意义[1][2]。在国内天然气分输站场中，应用较多的有水套炉、真空炉、热媒炉、电加热器等常规加热设备[3]。近年来，随着国外新工艺、新技术的引入，一种新型的加热设备逐渐进入长输管道行业——催化式红外加热炉，与常规加热设备采用热媒介换热不同，催化式红外加热设备通过在低温条件下天然气与氧气发生氧化还原反应，产生红外线辐射对管道直接进行加热。

本文通过对西气东输某输气站场中加热设备进行选型研究，分析包括催化式红外加热炉在内的各类型加热设备在天然气分输站场中的应用特点和范围。

二、加热负荷计算

在加热设备选型分析之前，需结合站场运行工况计算所需加热负荷[4]。在保证站场调压后温度不低于0℃的情况下，选取冬季高峰小时用气工况进行计算，热负荷计算公式如下：

P= V•ρ•（H1-H2）

/3600×24/η

（1）

其中：

P——加热设备功率，kW；

V——气体体积流量，Nm3/d；

ρ——气体密度，kg/ m3；

η——加热效率，取85%；

H1——加热器出口温度对应气体焓值，kJ/kg；

H2——加热器进口温度对应气体焓值，kJ/kg。

站场冬季高峰用气加热负荷计算结果见表1。

表1 站场冬季高峰勇气加热负荷计算

分输用户

V/

（104

Nm3/h）

压力/

（MPa）

加热前

温度/

（℃）

加热后

温度/

（℃）

P/

（kW）

城市

燃气

18.6 5.113.019.7885

经热力计算，当加热设备功率为885 kW时，能满足用户在冬季高峰用气这一最不利工况下的用气需求。

三、加热设备选型

1.加热设备特点分析

结合国内天然气分输站场加热设备的使用现状，分输站场常规加热设备有水套炉、真空炉、热媒炉、电加热器等，常规加热设备具有技术成熟、维护方便等优点，各类型加热设备在加热效率、应用范围等方面又各自存在特点。近年来，催化式红外加热技术被引入到国内天然气管道领域，该技术在国外Northern Natural Gas（北方天然气公司）、Texas Gas（德州燃气公司）、Trans Canada Pipeline（加拿大管输公司）、Chevron（雪佛龙能源公司）等数十家欧美燃气能源企业都有应用。其主要工作原理如下：利用催化技术使天然气在低温条件下与氧气发生氧化还原反应，从而产生红外线进行加热。与常规加热设备以传导和对流方式为主的加热方式相比，催化式红外技术通过辐射方式对天然气管道进行加热，减少热转换次数，提高加热效率。天然气分输站场各类型加热设备主要特点分析见表2。

表2 天然气分输站场加热设备特点对比分析

加

热设备

水套炉真空炉

热媒

炉

电

加热器

红

外加热

炉

加

热原理

水浴法加热

微负压状态

下水蒸气加热

热媒

加热

电

热元件

加热

红

外辐射

加热加

热方式间接加热间接加热

间接

加热

直

接加热

直

接加热

热

负荷范围

>100kW 1000~3000kW≥30

00kW

＜

100kW

＜

2000kW 加

热效率

80%~90%80%~90%

80%~

90%

85%

~90%

85%

~90%

系

统

复杂性

简单中等复杂

简

单

简

单

设

备占地

较大较大较大

较

小

中

等

设

备寿命

中等中等中等

较

长

中

等

2.加热设备选型分析

在完成站场热力计算后，结合各类型加热设备特点以及站场实际运行状况，

选择最优类型的加热炉对于实现站场工艺功能和保障平稳输气具有重要意义。西

气东输该站场所需热负荷为885 kW，电加热器、真空炉、热媒炉的热负荷范围不

适用，因此，在水套炉和红外加热炉两种类型间进行比选。对该站场采用水套炉

和催化式红外加热炉进行经济比较见表3，红外加热炉的费用现值比水套加热炉

的费用现值低，从经济性分析，红外加热炉具有一定优势；西气东输站场原有加

热设备以水套炉为主，在备品备件、技术成熟度方面水套炉具有一定优势。结合

本项目实际状况，考虑到该站场平面布置空间有限，催化式红外加热炉尺寸更紧凑，适合站内布置，因此，综合考虑技术经济因素，推荐采用催化式红外加热炉。

表3 水套炉与红外加热炉经济比较

各项费用比较水套炉红外加热炉

所需功率（kW）885.8885.8

设备功率（kW）1000500×2

设备价格（元）994,0001,482,000

运费（元）12,00030,000

设备安装调试费（元）14,00060,000

老旧设备拆除报废费用（元）10,0000

天然气价格（元/Nm3） 2.5 2.5

年使用时间(月)44