天然气防冻堵加热系统能耗分析及改造方案

1 概述

天然气调压是节流过程，会产生焦耳—汤姆逊效应，引起压力降和温度降。特别是在冬季室外温度较低时，如果管道内天然气含水量较高，受到压力、温度影响，管道内容易析出水从而结冰或者形成水合物，调压器、阀门处易发生冻堵、冻胀、管道表面结霜等问题，危害天然气门站的正常运行。为保证生产运营安全，天然气门站可加设天然气防冻堵加热设备，对通过门站的天然气进行加热，以保证天然气的合理运行温度。但是该类设备的使用会消耗一定的能源，造成单位总能耗增加。根据《中国天然气发展报告2021》，我国“十三五”时期累计建成输气管道4.6×10

km，全国天然气管道总里程达到约11×10

km。在天然气门站数量逐年增加的形势下，天然气门站的能耗问题不可小觑。

在碳中和背景下，政府对企业节能考核日益严格，企业也在探究各类重点用能领域的节能空间，天然气防冻堵加热设备的实际能耗在企业整体能耗中占比较高，成为企业重点关注的用能领域。

本文选取北方地区某天然气门站的防冻堵加热设备为研究对象，监测和分析其实际运行数据，进行能耗影响分析，提出节能改造方案。

2 门站供热流程

该门站天然气防冻堵加热设备共设有4台燃气锅炉，其中2台锅炉额定热功率为4.2 MW，2台锅炉额定热功率为0.35 MW。在门站的工艺调压区，设置了1台U形管式换热器，与天然气换热。门站供热流程见图1。

燃气锅炉主要用于门站工艺调压区的管道天然气加热及办公区的冬季供暖，工艺调压区与办公区共用锅炉，4台锅炉并联，通过一套循环水泵，分2个支路分别给办公区供暖、给调压区加热天然气，工作人员主要通过手动调节两个区域流量。锅炉开启时间为每年10月初到次年3月底。

3 设备运行数据分析

对该门站2020—2021年一个完整供暖期的运行数据进行监测，获取进入换热器的天然气流量、天然气进出口温度、门站天然气总消耗量、门站天然气日消耗量等数据。

3.1 天然气防冻堵加热设备能耗估算

由此可见，采用更加精准的控制，在以上2种控制策略下均可实现门站调压区加热能耗的大幅降低，控制出口温度越低，节能量越大。不同控制策略的节能量及碳减排量汇总见表1。其中，碳排放量的计算式为

：

3.2 影响能耗的因素分析

门站2020—2021年供暖期的天然气管道日流量、加热设备天然气进出口温差与调压区天然气日消耗量之间的关系见图2。调压区天然气日消耗量通过门站天然气日消耗量按94%的比例折算得到。通过相关性分析可得，调压区天然气日消耗量与天然气管道日流量的相关系数约为0.94，属于强正相关；调压区天然气日消耗量与加热设备天然气进出口温差的相关系数约为0.74，属于强正相关。说明调压区天然气日消耗量受天然气管道日流量的影响最大，天然气管道日流量越大，调压区天然气日消耗量越高；受加热设备天然气进出口温差影响相对较小。

比如有一段时期我们班的晨间锻炼重点是练习投掷，我就为孩子们持续提供了大小、轻重不等的纸球、皮球、沙包、飞盘等，设置远近高低不等的投篮架、轮胎洞、塑料筐作为投掷点等，孩子们可以根据自己的能力大小自由选择不同的活动材料来练习投远、投准等，在自己的原有水平上循序渐进逐步提高获得发展。

首先，按照策略1计算门站天然气消耗量。在此条件下，一个完整供暖期的调压区天然气耗气量约为162 848 m

，与调压区实际消耗量相比，可节约天然气约136 738 m

。假设办公区天然气消耗量保持不变，则门站天然气消耗量与改造前相比减少42.9%。

3.3 加热设备出口温度影响分析

经实地调研得知，门站预定控制策略为保证调压器1.6 MPa压力出口处天然气出口温度在0 ℃以上(称为策略1)，以保证下游管道经过含水量较高土壤区不发生冻胀。加热设备的出口温度变化见图3。

符号学诗评经过半个多世纪的发展，由前人不断进行补充和完善，如今已经作为一种比较成熟的分析方式进入了大学教学当中，在法国和中国的许多高校中都开设了相关课程。但是我们仍应看到，这种形式主义的分析评论仍存在一些局限：纯粹形式主义的批评，不去解释作品产生的社会背景和历史原因，也不剖析作者创作的意图，只能作为一种辅助的方法，而不能取代全面的诗歌评论；而从读者的角度来说，他们对于诗歌的解读多数是一种阅读过程中获得的感性认识，因此对形式主义的批评接受、理解程度仍不够；再者，形式主义的批评同样也无法指导诗歌的创作，这是其另一局限性。

在以往的教学场景中，多媒体教室通常使用传统PC机作为主要的教学信息化设备，由于传统PC机故障发生频率较高，给运维人员技术维护工作带来巨大困扰。常见的故障简要分为软件故障和硬件故障两大类。软件故障主要表现为系统文件丢失、病毒入侵造成的系统崩溃等；硬件故障则主要表现为硬盘、内存、显卡、主板等硬件损坏。

4 改造方案

4.1 改造方案

——天然气的碳氧化率，取值范围为0～1，此处取0.99

4.2 基于不同控制策略的节能量计算

按照上述的改造方案，调压区与办公区可实现灵活调节，对门站进行精准的温度控制与节能量预测。

此外，血浆蛋白抑制剂如α2-AP、酯酶抑制蛋白C1（C1-inactivator）、α1抗胰蛋白酶和α2巨球蛋白对tPA活性只是缓慢抑制，很可能在PAI-1耗尽后起作用，尤其对具有较长半衰期的tPA变异体重组蛋白起到抑制作用［2］。

然而，天然气管道日流量与下游用户的需求密切相关，无法通过减少天然气管道日流量来减少天然气消耗量，而进入加热设备的天然气温度受到上游气量调度的调压影响，也不能通过控制进口天然气温度来减少能耗。加热设备的天然气出口温度成为天然气消耗量控制的主要参数。

其次，通过对该门站下游最近调压站天然气进站温度的采集可得，由于土壤的传热作用，到达下游调压站时的天然气进站温度相比该门站出站温度升高了约2～8 ℃，说明适当降低天然气出站温度，同样可以保证下游管网的运营安全。因此，假设控制门站1.6 MPa压力出口温度大于-5 ℃(称为策略2)，可估算调压区天然气消耗量约为124 771 m

，与调压区实际能耗相比，可节约天然气约174 815 m

。假设办公区天然气消耗量保持不变，则门站天然气消耗量与改造前相比减少54.9%。

该门站2020—2021年供暖期的天然气消耗量约为318 709 m

。由于调压区加热设备及办公区供暖系统采用同一热源，不能实现分项计量，因此在分析过程中根据热负荷估算调压区、办公区天然气消耗量。根据调压区管道内天然气流量与加热设备进出口温差估算调压区天然气消耗量，并根据办公区建筑的供暖面积、供暖热负荷指标以及燃气锅炉实际运行效率估算办公区天然气消耗量，二者之和与监测所得的门站天然气总消耗量相差在3%以内。根据二者的比例计算得出调压区天然气消耗量约占供暖期门站天然气总消耗量的94%，约为299 586 m

。

地震活动频率上云南省MS6.5级以上地震的泊松分布参数为0.2154，每年发生MS6.5级以上大震概率为19.3%，约每5年发生一次，其中发生1次的概率为17.4%，2次以上的概率为1.9%。MS7.0级以上地震的泊松分布参数为0.1061，每年发生7级以上大震概率为9.5%，具有每10年发生1次的特点，其中发生1次MS7.0级地震的概率为17.3%，2次以上的概率为2%。

(1)

——门站天然气消耗量，m

可以看出，经加热设备加热后，加热设备出口温度处于35～55 ℃，温度较高，经过调压器调压后，1.6 MPa压力出口温度约为10～25 ℃，该温度远高于策略1的0 ℃，这是门站天然气消耗量偏高的直接原因。而造成这一问题的主要原因是，调压区与办公区共用1套锅炉加热系统，在供暖期，为保证办公区的正常供暖，供水温度达到55 ℃，而系统不能实现办公区供暖和调压区加热的流量调节和合理分配，造成调压区加热温度过高。

式中

——天然气燃烧的CO

排放量(即碳排放量)，kg

——1 m

天然气所含碳元素的质量，kg

本文提出的改造方案是将天然气加热系统、建筑供暖系统分开，各自独立。由2台4.2 MW的燃气热水锅炉供调压区天然气加热使用(1用1备)，2台0.35 MW的燃气热水锅炉供办公区建筑供暖使用(1用1备)。建筑供暖系统新增2台循环水泵、2台补水泵。天然气加热系统、建筑供暖系统各自加装热计量表，便于对流量观测与计量。节能改造后的供热流程见图4。

根据文献[1]，天然气低热值取38.93 MJ/m

，单位热量所含碳元素的质量取0.015 3 kg/MJ，得到1 m

天然气所含碳元素的质量为0.595 6 kg。

由计算结果可知，经过节能改造后，在办公区供暖满足最大热负荷需求的条件下，调整调压区加热设备的控制温度可节约的能耗(以标准煤计)约为181.86～232.50 t，碳减排量可达295.62～377.95 t。

4.3 经济性计算

按照上述方案，改造方案预算费用为12.5×10

元，见表2。

使用Pinnacle 9.8计划系统，对15例左侧乳腺癌改良根治术后的患者分别设计6野调强计划和7野调强计划，射线能量选用6MV-X射线。6野调强(Ⅰ组)，射野角度为靶区形状的切线方向；7野调强(Ⅱ组)是在6野的基础上增加个垂直于胸壁的照射野，射野角度设置范围(30°～40°)避开手臂。处方剂量：50 Gy/25次。为改善胸壁剂量，在皮肤表面放置0.5 cm厚度的组织等效补偿膜。

按此节能改造方案，以2种不同的温度控制策略节约能耗量为基准，计算得投资回收期约为0.33 a、0.26 a。综合节能量、碳减排量以及经济性多方面考虑，建议着手进行门站节能改造。

同时，为制造复合多功能地膜，徐华[11]在纸基地膜的表面喷淋不干胶，然后涂布一层粘虫剂，用来防止爬虫和飞虫侵入，同时需要额外的薄膜对粘虫剂进行保护。段蕴华等[9]在涂布液中添加肥料或除草剂，制作出具有肥效或除草功能的纸基地膜。

5 结论

① 针对门站调压区、办公区共用1套加热系统的问题，提出节能改造方案，并给出2种不同的温度控制策略，预计节约能耗(以标准煤计)分别为181.86、232.50 t，碳减排量可达295.62、377.95 t，投资回收期约为0.33、0.26 a。

② 控制1.6 MPa压力出口温度为0 ℃为最安全的策略，门站天然气消耗量比改造前降低42.9%，控制1.6 MPa压力出口温度为-5 ℃也可以保证运行安全，门站天然气消耗量比改造前降低54.9%。

[1] 国家应对气候变化战略研究和国际合作中心. 中国石油化工企业温室气体排放核算方法与报告指南(试行)[EB/OL]. [2022-06-22]. https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201502/t20150209_963759.html?code=&state=123.