天然气调压站项目换热器的优化设计

卢红升　高岩

天然气调压站因工艺要求对天然气进行调压，降压和增压都会使天然气温度变化，这两个过程都需要换热器来对变化的温度进行调节。

降压时温度下降，为了保证供气温度满足蒸汽轮机运行以及不腐蚀管道和设备的要求，需要对天然气进行加热，使其达到燃气轮机的使用温度。

天然气场站一般配置增压机对天然气实施增压，增压机压缩做功会产生大量的热，过高的温度不利于管道输送，也不能满足天然气燃机设备的运行要求。为了降低天然气温度，在增压机后加装冷却器，将天然气的温度控制在一定范围内。

从国内已建燃气调压站来看，加热单元和增压机后冷却器一般采用列管式换热器，冷却水一般取自电厂的闭式冷却水，压力一般为0.7～0.8MPa，加热蒸汽压力一般为1.0～1.3MPa，远远低于增压后的天然气压力，一旦运行中冷却器管束发生天然气泄漏至闭式冷却水系统（闭式冷却水系统为给水泵、空压机等遍布全厂辅机的冷却系统） ，天然气会随冷却水回水流出，并在冷却水漏水点漏出并聚集，在达到天然气爆炸极限时遇明火发生爆炸事故，给电厂带来巨大的安全隐患。

为避免天然气经换热器发生泄漏，目前最常用的是采用双管式换热器。双管式换热器一般从国外进口，如德国的GEA换热器和FUNKE换热器，其原理为换热器管束为双层套管，并在双层套管中灌注导热性能好的导热油或其他物质，结构见图1。如果运行中换热器冷却管束发生泄漏，天然气首先泄漏至双层套管的中间夹层，随着天然气泄漏量的增大，中间夹层压力升高，在达到设定的压力值时开关动作并报警，提醒维护人员对冷却器进行检查，因此双管式换热器即使在一层管束泄漏后也不会对系统安全性造成影响。

双管式换热器主要依赖于国外进口，目前燃气电厂多采用德国GEA和德国FUNKE双管式换热器，性能安全稳定，但双管式换热器价格非常昂贵，单台换热器一般在100万元以上，普通用户较难承受。

如果采用单管双管板换热器，在满足用户使用要求的前提下，不仅可以大幅度提高换热效率，节约50%的成本，而且還能实现国产化。

单管双管板换热器（图2），因为采用单管，换热效果远远强于双管式换热器，并且能够防止壳程（或管程 ）漏出的流体混进管程（或壳程 ），即双管板间的隔离腔把管程与壳程介质完全分隔开。

为防止介质混合，一般可在内外管板间的空腔上增加放空回收装置，供日常定期检查预防事故以及在内管板发生泄漏时排放，使得管壳程介质切实被内外两层管板隔离。同时，可以通过从集液腔内流出的介质可以判断出是管程泄漏还是壳程泄漏。

双管式换热器（图1）内管和外管的环形间隙一般采用抽真空和充导热油两种方式，跟双管板换热器相比较，总传热系数远远低于后者。经多方查阅文献资料并和制造厂家技术人员交流，充导热油型式换热面积双管式换热器是双管板换热器的1.5倍以上，抽真空型式换热面积双管式换热器是双管板换热器的2倍以上，加上垄断性生产，双管式换热器的价格超过双管板换热器的2倍。

目前单管双管板换热器在化工领域已经有成熟的应用，效果良好。并可以采用换热器模拟设计软件HTFS或HTRI进行换热器流场和热力的模拟，设计和制造都不存在难度。

相比双管换热器，传热效率高、成本低的单管双管板换热器有很大的优势，相信会有很大的市场潜力，在天然气调压站中得到广泛的应用。