凍堵對調壓器的影響及解決方案目錄TOC\o"1-3"\h\u23206第一章前言 第一章前言當管道內含有大量液態(tài)水或燃氣含水量較高，同時天然氣經過截門、過濾器、調壓器等設備發(fā)生節(jié)流效應時，容易形成天然氣水合物并發(fā)生凍堵現(xiàn)象。關于管道內存在液態(tài)或氣態(tài)水。管道內存在液態(tài)或氣態(tài)水的原因主要是因為燃氣管線在通氣投產前，由于使用清水試壓，且在用空氣或氮氣吹散過程中，沒有將管道內水分完全清除，導致管道在投產后仍然存在大量水分；或是因為管道在鋪設過程中未采取有效措施導致雨水進入管道，從而在管道內存留大量水。關于節(jié)流效應。當天然氣在管道內流經調壓器等設備時，會在調壓器出口處產生溫降，在合適的壓力和溫度下，與管道內水分子結合，生成天然氣水合物。關于天然氣水合物。從外觀上看天然氣水合物是白色結晶固體。從分子結構上看，天然氣水合物的內部是甲烷分子，其外部是由水分子進行包裹，由于水分子在低溫高壓下呈多面晶體，此結構被形象的成為籠形結構。隨著2017年“陜京四線”天然氣管道投入使用，北京城鎮(zhèn)燃氣管網中調壓器的凍堵的問題越來越受到重視。在實際解決調壓器凍堵問題中，目前城鎮(zhèn)燃氣管網分別采用了加注抑制劑、電磁加熱、水浴加熱以及電伴熱等方式，均能達到預期目標，有效消除了調壓器凍堵問題。因此，本文采用工程實例分析與數(shù)據(jù)分析相結合的方法，對加注抑制劑、電磁加熱、水浴加熱以及電伴熱等消除凍堵方式進行分析，為國內后續(xù)消除調壓器凍堵問題提供參考依據(jù)。第二章凍堵形成與防治的理論基礎2.1天然氣水合物天然氣水合物擁有著固體籠型結構，其形成的基礎就是氣體分子和水分子，而形成的條件就是低溫以及高壓。天然氣水合物的形成階段一般分為溶解、誘導以及成長三個時期。2.1.1天然氣水合物概念天然氣水合物是一種白色固態(tài)結晶體，其組成是由水分子和甲烷分子聚合在一起形成的，從分子結構上來說，水合物是由水分子在范德華力作用下緊緊包裹著甲烷分子，且水分子通過氫鍵結合形成晶體狀，故天然氣水合物也稱籠形包合物。水合物分子結構如圖2-1所示。天然氣水合物在形狀并不規(guī)則，其外觀與冰塊相似，且遇火即可燃燒，也俗稱可燃冰。而且在燃燒以后幾乎不產生任何殘渣或廢棄物。天然氣水合物的能量密度較高，理想情況下1立方米的天然氣水合物可釋放出164標準立方米的天然氣。圖2-1天然氣水合物結構圖2.1.2天然氣水合物形成條件天然氣水合物的形成的主要條件有以下兩個：（1）天然氣水合物的形成在溫度及壓力上是有一定要求的；天然氣處于特定的壓力下，此時會存在著臨界溫度，如果高于這一溫度，這種情況下也就無法形成水合物，如果比該溫度低，這種情況下也就可以產生水合物，如表2-1所示：表2-1氣體水合物形成的臨界溫度表分析表2-1可知，甲烷的臨界溫度為21.5℃，此時壓力范圍為33～37MPa，在28.8℃的溫度條件下，經過實驗可以發(fā)現(xiàn)有甲烷水合物。在研究天然氣水合物相平衡的過程中，通常情況下所采用的方法為定容法，結果發(fā)現(xiàn)如果有著相對不斷增高的溫度，這種情況也就對應著持續(xù)增加的生成壓力，同時也隨氣體的組分變化而變化。（2）天然氣必須處于或低于水汽的露點，在這種情況下才可以真正的形成自由水。如果沒有自由水，這樣就意味著水合物無法形成。除此之外，天然氣形成水合物還需幾個輔助條件：1）紊動。具體就是攪動以及較高的流速。讓流速處于比較高的水平，這對于水合物的形成有著顯著的促進作用，尤其在節(jié)流閥使用過程中，因為存在著焦耳-湯姆遜效應，節(jié)流閥等通過氣體時，這一階段所出現(xiàn)的溫度降就會比較大，易產生水合物；管道中的過濾器等設備帶來的氣體擾動，會增加水合物形成的幾率。2）晶核位置。氣體可以在水中溶解，水分子在這種情況下就會進行定向排列，最終也就可以呈現(xiàn)為不穩(wěn)定簇，其所發(fā)揮的主要作用就是基塊作用。對形成水合物的階段進行分析可知，通常情況下人們將其稱為固氣反應過程，此時固體必然就會吸附氣體分子。冰晶具體就是依托于固態(tài)冰粒表面實現(xiàn)對氣體分子的吸附，在特定區(qū)域表面就會出現(xiàn)反應，氣體可以有效的結合于冰晶，此階段也就可以形成乳液面膜，其發(fā)揮出一定的催化作用，這對于內層晶粒分子和氣體分析表現(xiàn)出顯著的促進作用，這一階段所形成的結構也就是絡合晶核結構，處于臨界晶核時，也就會產生水合物。水合物管道形成通常離不開缺陷，作為一個十分理想的成核位點，易形成水合物。2.1.3天然氣水合物形成階段天然氣水合物的形成是非平衡動力學過程，形成過程分為溶解、誘導、成長三個時期。當水中不斷溶解天然氣時，在這一過程中也就產生了氣-液界面，在這種條件下更容易形成水合物，即溶解時期；當甲烷分子與水分子融合并逐漸凝固成固體水合物時的時期，為誘導時期；隨著晶核的穩(wěn)定成長，此時存在著熱量傳遞，小水合物晶體在這一過程中會持續(xù)的凝聚，最終也就可以獲得大的水合物晶體，進而獲得水合物，此時為成長時期。2.2節(jié)流效應（焦耳-湯姆遜效應）焦耳-湯姆遜效應是指氣體會因在等熵的環(huán)境下膨脹，而使溫度上升或下降。當流動的氣體通過調壓器時（此時調壓器起到的作用類似于節(jié)流裝置、閥門或多孔塞），在設備前后就會出現(xiàn)溫度的變化，且這種變化是經過設備后溫度有所降低。推究發(fā)生這種現(xiàn)象的原因，是因為氣體的焓值與壓力、溫度均有緊密聯(lián)系，不能只參考單一數(shù)值。在常溫條件下，如果氣體經過設備發(fā)生節(jié)流效應，致使設備流出設備時氣體溫度有所降低，則這種情況稱為正焦耳－湯姆遜效應；如果氣體經過設備發(fā)生節(jié)流效應，致使設備流出設備時氣體溫度有所升高，則這種情況稱為負焦耳－湯姆遜效應。在非理想氣體的情況下，氣體會存在一個臨界溫度，是區(qū)分正焦耳－湯姆遜效應與負焦耳－湯姆遜效應的分界點，此溫度稱為回轉溫度。2.3節(jié)流效應對調壓器的影響節(jié)流效應最大的特點就是不可逆，由于管道中的燃氣流經收縮的管徑時，壓力會降低，經過從SCADA系統(tǒng)上提取的監(jiān)控數(shù)據(jù)，將溫降與壓降的比值進行計算得知：管道中壓力每降低1MPa，溫度降低5℃左右，尤其對跨壓力級制調壓過程中，壓降可能達到2MPa以上，此時前后溫差可以達到12℃左右。較大的溫差不僅會使調條支路及其閥門設備在管材低溫臨界點附近使用，存在安全風險隱患，也會對調壓器及指揮器的金屬配件及橡膠配件的正常使用，造成橡膠件脆裂、金屬件磨損等情況，給調壓器的正常使用帶來較大的安全隱患。2.4天然氣水合物的消除目前解決凍堵主要有以下三種方式：一、降低門站天然氣的水露點；二、提高管道內燃氣溫度和加注抑制劑三種方式。降低門站水露點。造成凍堵的原因根本上是因為管道內含有液態(tài)或氣態(tài)水，故可以通過加裝旋風分離器等方式，將燃氣與水蒸氣進行分離，脫除燃氣中水含量，使其露點達到一定要求，從而達到避免凍堵發(fā)生的目的。提高管道內燃氣溫度。通過升溫改變系統(tǒng)的平衡條件，會有效分解水合物，避免造成管線內凍堵現(xiàn)象。常用的提升溫度的方式為在調壓支路信號管處加裝伴熱帶、在調壓器出口法蘭處加裝電磁加熱裝置以及使用水浴加熱裝置三種。加裝伴熱帶主要是預防調壓器指揮器凍堵造成的設備故障；加裝電磁加熱裝置主要是解決調壓器主閥體出現(xiàn)凍堵故障后，對調壓器凍堵部位進行化凍，從而解決凍堵問題；水浴裝置是燃氣通過浸沒式燃燒器后，通過換熱提升燃氣溫度，從而消除凍堵現(xiàn)象。加注抑制劑。通過采用加注抑制劑的方法能夠預防和分解天然氣水合物和冰水混合物。目前應用最為廣泛的主要有甲醇、乙二醇等。鑒于甲醇能較多地降低水合物形成溫度且甲醇的價格要低于乙二醇，基本為乙二醇的三分之二，故應選擇性價比較高的甲醇作為抑制劑。甲醇使得水合物形成溫度顯著的降低，對于堵塞混合物可以在極短的時間內實現(xiàn)分解。抑制原理如下，天然氣水分子在甲醇中是非常容易溶解的，水分子間所存在的相互作用在這種情況下也就會被極大的改變，使得水合物生成溫度在很大程度上也就會降低,這對于水合物形成表現(xiàn)出顯著抑制作用。第三章凍堵故障處理方式的原理分析與比較3.1電磁加熱3.1.1電磁加熱原理電磁感應加熱原理詳述如下：交變電流由感應加熱電源形成，感應器在這種情況下也就會出現(xiàn)交變磁場，此時導磁性物體對于交變磁力線就會不斷的切割，此時也就會形成交變電流，渦流在很大程度上將會作用于物體內部的原子，后者在此階段將會處于高速無規(guī)則運動的狀態(tài)，原子在此時就會不斷的碰撞、摩擦，進而也就會產生熱能，這樣也就可以實現(xiàn)對物品的加熱。其可以有效的轉變電能，最終也就可以呈現(xiàn)為磁能，加熱鋼體可以實現(xiàn)對磁能的感應，在這一過程中也就會出現(xiàn)發(fā)熱。電磁感應加熱的原理就是導體受作用于交變的磁場，在這一階段也就會出現(xiàn)感應電流，導體在這一過程中也就會發(fā)熱。也是法拉第電磁感應定律的一種應用。法拉第電磁感應定律詳述如下：導體回路中存在著感應電動勢，對其所存在的大小進行分析可知，其在很大程度上正相關于穿過回路磁通量所對應的變化率。如圖3-1所示，當頻率為?的交流電流流過匝數(shù)為Ν的線圈時，即：式中：負號是因為感應電勢總是力圖阻止磁通的變化；———感應電動勢；N———線圈匝數(shù)；———磁通變化率圖3-1感應加熱原理圖1851年，萊昂·傅科第一次發(fā)現(xiàn)渦流現(xiàn)象的存在。磁場處于移動狀態(tài)中，其相交于金屬導體。其中主要的原因就是電磁感應效應。形成循環(huán)電流。電磁感應現(xiàn)象到電磁感應加熱的最主要原因是渦流現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)。在運動中的磁場中放置大塊金屬塊，金屬塊往往會發(fā)熱。主要原因就是感應電流的產生。而這種由于電磁感應現(xiàn)象所造成的，并且在一個導體內循環(huán)的電流，就被稱作是渦流。渦流的焦耳效應表達式：詳見圖3-2，將線圈纏繞著導體，連接交變電流，在這種情況下也就會出現(xiàn)交變磁場。導體在圓周方向可以視為閉合電路，其有著持續(xù)變化的磁通量，此時感應電動勢以及感應電流也就會出現(xiàn)，電流不斷轉圈，人們因此將其稱為渦流現(xiàn)象。圖3-2渦流現(xiàn)象原理圖渦流效應在工業(yè)產品中有著普遍的應用，其中較具代表性的就是感應加熱電源，依托于渦流實現(xiàn)對金屬導體的加熱，在非接觸式的條件下也就可以真正的實現(xiàn)發(fā)熱。工業(yè)產品加熱可以依托于感應渦流加熱來實現(xiàn)，這對于產品發(fā)展有著顯著的促進作用，感應加熱的原理如下：電磁場處于高頻變化的狀態(tài)中，此時可以選擇將加熱金屬添加到其中，表面此時也就會產生感應渦流，不過材料自身會存在著內阻，在這一條件下，材料也就會出現(xiàn)發(fā)熱的情況，使得工件自身的機械性能得到極大的改善。3.1.2電磁加熱的特點電磁感應加熱原理如下，轉換電、磁、熱能過程中，物體在此時也就可以發(fā)熱。該技術可以應用于與金屬表面熱處理，其具有以下特點:（1）集膚效應。感應加熱的過程中，將交流電接入線圈，渦流密度此時會持續(xù)減小。對集膚效應進行分析可知，其在很大程度上關聯(lián)著頻率，如果有著相對較大的頻率，在這種情況下也就對應著更為顯著的集膚效應。（2）臨近效應。兩個導體靠的非常近，接入交流電，若為同向電流，導體外側就會出現(xiàn)最大電流，如果為反向電流，導體內側在這種情況下也就會出現(xiàn)最大電流。臨近效應在很大程度上可以促進感應加熱，如果工件與線圈間并沒有均勻的間隙，工件此時的加熱將會極不均勻。（3）圓環(huán)效應。在圓環(huán)形線圈中接入交流電，線圈內側在這種情況下也就會出現(xiàn)極限大的電流密度。圓環(huán)效應在很大程度上促進了圓柱形工件的加熱。此外，電磁加熱的效果相比傳統(tǒng)的方法效率有顯著提高，其優(yōu)點體現(xiàn)在：（1）可以在極短的時間內就實現(xiàn)加熱，有較快的溫升。（2）非接觸式加熱方式，操作起來比較方便、安全而且被加熱物體的表面氧化程度小。（3）可以實現(xiàn)高效的加熱，充分的利用資源。（4）不需要占用太大的面積，工作環(huán)境較和諧，同時有著相對較小的噪聲3.2電伴熱3.2.1電伴熱原理電伴熱即基于電熱對被伴熱體熱量損失進行補充，保證理想的工藝溫度?；诎闊崦襟w發(fā)熱，基于熱交換來對被伴熱管道損失進行補充，進而滿足防凍等要求。其外觀如圖2-3所示。將電源連接電伴熱帶，電流經過PTC材料到另一線芯，此時也就構建了回路。電能在一定程度上會增加導電材料溫度，在這一過程中也會增加其電阻，芯帶所擁有的溫度提升到某一程度，此時將會有非常大的電阻，電流近乎于被阻斷，這一階段也就無法繼續(xù)提升溫度，電伴熱帶此時會持續(xù)的傳熱。傳熱過程在很大程度上將會控制其功率，伴隨著被加熱體系的溫度，輸出功率在這種情況下也就可以真正的實現(xiàn)自動調節(jié)。圖2-3電伴熱裝置照片電伴熱裝置主要由該系統(tǒng)由電伴熱帶、防爆溫控器、防爆接線盒、防爆開關、保溫材料組成。伴熱帶通過防爆開關，獨立控制，通過防爆溫控器對溫度進行設置，調整伴熱帶溫度和啟停。這樣每路電伴熱由獨立開關控制，同時通過溫控開關控制啟停加熱，這樣既能夠解決凍堵又節(jié)約能源。為了防止電伴熱的溫度快速散失，需要對被伴熱設備進行保溫。對纏繞電伴熱的信號管、指揮器等部位包覆保溫材料，但每條支路保溫層需要留三個可以扒開的測溫點，便于日常檢查。保溫材料宜選用聚氯乙烯（橡塑），其具有柔韌便于纏繞，防水、保溫、阻燃的優(yōu)點。3.2.2電伴熱特點目前，恒功率、自限溫電伴熱帶在很多領域都有應用，市場上較為普遍的就是15W/m、30W/m和45W/m等幾種規(guī)格。恒功率電伴熱帶：通電后，輸出恒定，這與材料等因素沒有關聯(lián)性，整個保溫狀態(tài)比較穩(wěn)定。自限溫電伴熱的主要特點是：設備在通電以后，電伴熱帶的電阻以及輸出功率會隨著伴熱溫度的變化而發(fā)生變化，當溫度升高后，伴熱帶等效電阻變大，輸出功率減小；溫度降低時，伴熱帶等效電阻變小，輸出功率增加，同時在低溫情況下啟動，會引致較大的啟動電流。電伴熱具有以下特點：（1）節(jié)能顯著，能耗低，傳輸損失?。唬?）體積小，可靠性高、壽命長、適用性廣；（3）安裝、維護簡單；（4）電伴熱能保證收尾端均勻發(fā)熱；（5）電伴熱的綜合效率在30%左右。3.3水浴加熱3.3.1水浴加熱原理圖3-4中為水浴加熱裝置的平面解剖圖。加熱裝置的煙管、換熱盤管等設備均浸沒在金屬裝置內。加熱裝置所需的天然氣通過管道連接至加熱器入口，同時燃氣燃燒所需的空氣經由高壓風機進入低氮燃燒器，有效的混合于燃氣。此時也就會被燃燒。高溫煙氣經過鼓泡孔到達水浴，將煙氣的熱量傳遞至水浴中。由于氣體密度小于水的密度，煙氣會快速向水面運動。煙氣上升在很大程度上會影響到水箱中水浴，氣液兩相流會急速上升，上方換熱盤管此時就會被快速沖刷，降低換熱邊界層厚度，使得管外換熱能力得到極大的增強。最終，水箱內的水浴被快速加熱，低溫天然氣對水的熱量進行吸收，低溫煙氣最終排出。圖3-4加熱裝置原理圖3.3.2水浴加熱特點浸沒式燃燒裝置具有以下特點：（1）水浴防凍電加熱系統(tǒng)運行的過程中不受其他系統(tǒng)的干擾，只要具有外部供電就可以，而水處理系統(tǒng)運行的過程中也不受其他系統(tǒng)的干擾；（2）水浴使用浮球閥自動補水；（3）燃燒機控制系統(tǒng)可自動控制燃燒機的運行；（4）安全檢測，如果有任何一個環(huán)節(jié)觸發(fā)報警條件，則觸發(fā)報警；（5）控制系統(tǒng)能夠采集數(shù)據(jù)、對燃燒機的實際運行進行有效的控制、現(xiàn)場顯示、將報警信息有效的呈現(xiàn)出來、同時可以實現(xiàn)遠距離的控制；（6）結構緊湊、節(jié)省空間；（7）傳熱效率非常高；（8）適合于緊急情況或調峰使用。第四章調壓器凍堵故障的處理案例4.1門站A凍堵及故障處理情況門站A設計流量200萬Nm3/h，其中：高壓A出口95萬Nm3/h；高壓A-高壓B支路六路，設計流量100萬Nm3/h；高壓B-中壓調壓支路兩路，設計流量5萬Nm3/h。設計壓力為4.0MPa。主要功能包括：氣質分析、過濾、計量、加臭、監(jiān)測、調壓、氣量分配。具體工藝圖如圖4-1所示。高壓A-高壓B支路使用PL3000型軸流式調壓器，調壓器規(guī)格為DN200CLASS300。其結構如圖4-2所示。圖4-1門站A工藝流程圖圖4-2PL3000軸流式調壓器照片2017年門站A使用陜京四線氣源，由于管道為2017年新投入使用，管道內還有大量水，造成門站A的過濾器及調壓支路發(fā)生凍堵事件。2017年11月25日，門站A過濾器壓差表顯示壓差達到100KPa以上，經過作業(yè)人員對過濾器進行開蓋檢修作業(yè)，發(fā)現(xiàn)過濾器內部存在大量可燃冰，且過濾芯周邊被可燃冰包裹，過濾芯變形嚴重，濾芯凍堵情況如圖4-3所示。作業(yè)人員通過蒸汽噴淋的方式對過濾器內部進行化凍，同時更換過濾芯保證過濾器正常使用。但是由于管道內含水量大，流量較高，蒸汽噴淋技術措施不能根本上解決過濾器凍堵問題，后續(xù)作業(yè)人員拆除過濾器內部過濾芯，降低氣體在過濾器內部的阻力，解決了過濾器內部的凍堵問題。圖4-3過濾器凍堵內部照片在門站A過濾器發(fā)生凍堵情況的同時，調壓器也發(fā)生了凍堵。在運行過程中，運行臺調壓器閥口指示顯示調壓器全部打開，但是出口壓力不高，這顯示調壓器屬于非正常運行狀態(tài)，對調壓器進行解體后發(fā)現(xiàn)運行臺調壓器后法蘭消音器及閥座閥口墊處出現(xiàn)了凍堵現(xiàn)象。特別是消音器凍堵凍堵嚴重，消音器的前孔板為焊接的孔板，孔已被冰堵住，消音器內彈簧已被凍為一體，消音器后孔板已被冰凍后的彈簧擠壓變形脫落，凍堵后造成調壓器無法正常運行，調壓后燃氣無法正常向下游輸送，造成出口流量減小。消音器凍堵情況如圖4-4所示。圖4-4調壓器消音器處凍堵照片4.2門站C凍堵及故障處理情況門站C設計能力為高峰小時流量150萬Nm3/h，其中：高壓A出口設計壓力為130萬Nm3/h；次高壓A出口設計壓力15萬Nm3/h；中壓A出口設計壓力5萬Nm3/h設計壓力為4.0MPa。2019年11月16日，調壓支路出現(xiàn)關閉壓力高，繼而出現(xiàn)調壓器無關閉現(xiàn)象。主運路調壓器經過調試，運行壓力為0.7MPa，關閉壓力最高0.89MPa，此時關閉壓力為運行壓力的1.27倍，超過關閉壓力是運行壓力的1.25倍以內的企業(yè)要求，說明調壓器存在故障。溫度此時零下20度左右，主運支路調壓器先喘動10次左右，之后一次性閥度開度較大，調壓器無關閉。圖4-5為現(xiàn)場檢修照片。圖4-5門站C調壓器凍堵檢修照片由于門站C的調壓器以安裝電伴熱裝置，排除信號管凍堵問題。現(xiàn)場人員對調壓器進行解體檢修，發(fā)現(xiàn)調壓器出口法蘭在拆卸過程中有液體水流出，但閥口墊等橡膠件無損傷，初步判斷為調壓器凍堵造成調壓器故障。經過現(xiàn)場更換橡膠件后，對調壓器重新進行調試，發(fā)現(xiàn)調壓器啟動壓力隨著時間而逐步升高，且關閉壓力成逐步升高趨勢。運行情況如表4-1所示。表4-1門站C調壓器運行情況時間設定壓力啟動壓力出口溫度18:140.64MPa0.661MPa-12°C18:320.64MPa0.665MPa-14°C18:430.64MPa0.673MPa-16°C18:520.64MPa0.673MPa-16°C19:010.64MPa0.688MPa-17°C19:180.64MPa0.678MPa-16°C19:300.64MPa0.678MPa-17°C11月20日，門站C啟動水浴加熱裝置后，調壓器運行恢復正常，凍堵現(xiàn)象消失?，F(xiàn)場人員后續(xù)對水浴裝置加熱溫度進行記錄，記錄內容詳見表4-2。表4-2門站C水浴加熱數(shù)據(jù)參數(shù)日期時間水浴溫度環(huán)境溫度水浴爐高壓A進口溫度水浴爐高壓A出口溫度次高壓A燃氣出口溫度03.0215:0059°C14.6°C2°C28°C11.65°C03.0219:0051°C6°C1°C23°C5.8°C03.0223:0053”C2.2°C0°C24°C5.43°C03.033:0055°C1.9°C0°C25°C6.04°C03.0311:0054°C3°C1°C24°C4.97°C4.3高壓B調壓箱D凍堵及故障處理情況高壓B箱D內使用兩條高壓B-中壓調壓支路，設計流量50000Nm3/h。調壓箱采用鑫廣進軸流式調壓器，規(guī)格為DN150CLASS300。2017年11月18日，高壓B箱D監(jiān)控系統(tǒng)報警，調壓支路關閉壓力高，且調壓器有喘動現(xiàn)象。在現(xiàn)場對調壓器進行解體檢修，調壓器閥口墊完好無破損，發(fā)現(xiàn)指揮器皮膜有大量水，初步推斷是因為P2信號管過細，管道內含水量較大，指揮器發(fā)生凍堵現(xiàn)象造成調壓器喘動。后續(xù)在高壓B箱D信號管處安裝電伴熱裝置。解決了因指揮器凍堵產生的調壓器凍堵問題。第五章凍堵解決方案比較5.1經濟效益比較對于經濟效益，本文從設備成本以及能源消耗費用等幾方面進行比較分析，具體信息如下：水浴加熱裝置：水浴加熱裝置設備成本約為50萬元。以200kW設備規(guī)格為例，每小時消耗天然氣約為20m3，每天約消耗480m3天然氣，北京市天然氣銷售價格見表5-1，按照每立方米2.83元計算，每天使用成本約為1358.4元。按照調壓站高壓A-次高壓支路日累40Wm3天然氣計算，每萬立方米成本約為34元。表5-1北京市天然氣銷售價格表對于電磁加熱裝置：電磁加熱裝置設備成本約為20萬元。以15kW設備規(guī)格計算，每天加熱4小時計算，每天耗電60度，工業(yè)用電每度電0.7847元，故每天使用成本約為47元。按照高壓A-高壓B支路5Wm3/h計算，每萬立方米成本約為2.35元。對于電伴熱帶：電伴熱帶每米約為2元，每個站箱使用約為30米，故設備成本約為60元。伴熱帶1米的功率為40W，每個站箱功率約為1200kW，一度電為1000W/h，算上電阻損耗，使用一小時，大概為1.4度電，工業(yè)用電為0.7847元/一度，故每天約消耗34度電，按照次高壓-中壓支路3Wm3/h計算，每萬立方米成本約為0.47元。。對于加注甲醇：注醇設備約為45萬元，每公斤甲醇約為5元，每天約消耗3公斤，故甲醇每日消耗費用約為15元，按照高壓A-高壓B支路5Wm3/h計算，每萬立方米成本約為0.15元。各種方式的設備及使用成本如表5-2所示：表5-2各種方式的設備及使用成本設備名稱設備采購成本每萬平均使用成本水浴加熱50萬元/套2.35元電伴熱2元/米0.47元電磁加熱20萬元/套2.35元加注甲醇45萬元/套0.15元通過統(tǒng)計得知，采用電伴熱帶的方式比較經濟，設備購置成本及使用成本較低，水浴加熱裝置購置成本及使用成本在四種方式中最高。5.2使用評價比較對于水浴加熱方式：水浴加熱方式能夠有效提高管道內的溫度，避免管道及調壓器內發(fā)生凍堵問題。在實際使用過程中，人員不需現(xiàn)場值守，且調壓器及相關設備均能正常使用。水浴加熱裝置換熱效率較高，應用范圍較廣且使用效果較好。但是水浴加熱裝置占地面積較大，適合安裝于門站。對于電磁加熱：電磁加熱裝置設備輕巧，便于攜帶，且加熱速度較快，換熱效率比較高。但是電磁加熱裝置為恒功率裝置，操作設備時需要人員現(xiàn)場值守，此外電磁加熱裝置適合緊急應對調壓器閥口處凍堵問題，無法整體提高管道內溫度，故需要人員定時對調壓器管段進行電磁加熱處理。對于電伴熱帶：電伴熱帶使用靈活，安裝方便。按時電伴熱帶主要針對冬季低溫導致指揮器及信號管處發(fā)生的凍堵問題，無法整體提高管道內溫度，適合作為輔助手段使用，且電伴熱帶換熱效率較低。對于加注甲醇：加注甲醇后，有效改變水溶液的分子結構，有效避免調壓器凍堵現(xiàn)象的發(fā)生。但是甲醇屬于危險化學品，需要做好安全防護，且甲醇具有腐蝕性易對調壓器內的橡膠件造成腐蝕。5.3凍堵處理方案推薦本文結合四種解決凍堵方案的特點，從占地面積、使用成本、針對部位等幾方面進行總結匯總，整理情況如表5-3所示：表5-3不同解決方案的特點序號方案名稱占地面積使用成本針對部位1水浴加熱高高整個調壓站2電磁加熱小中等凍堵位置3電伴熱帶小少信號管及指揮器4加注甲醇中等高整個調壓站通過表5-3可以看出：（1）水浴加熱裝置及加注甲醇設備需要一定的占地面積，由于門站工藝區(qū)面積較大，且裝置使用成本較高，適合安裝在數(shù)量較少的且空間較大的門站。其余站箱占地面積相對較小，不適合安裝水浴加熱裝置及加注甲醇設備。此外門站容易同時發(fā)生管段凍堵及設備凍堵，水浴加熱裝置及加注甲醇設備更加適合解決門站凍堵問題。（2）電磁加熱裝置使用靈活，但是只能針對凍堵部位進行化凍，人員需要值守操作設備，故適合對發(fā)生凍堵的站箱進行臨時緊急處置。（3）電伴熱帶只能對信號管及指揮器進行加熱。由于高壓B及次高壓站箱一般不會出現(xiàn)管段凍堵問題，凍堵問題一般出現(xiàn)在信號管及指揮器，此外，由于電伴熱帶使用成本較低，故電伴熱帶故適合在數(shù)量較多的高壓B及次高壓站箱。第六章結論本文借助國內外學者對于水合物的形成及處理方式的研究，針對焦耳-湯姆遜效應與天然氣水合物形成條件，進行了理論與數(shù)據(jù)分析，同時結合實際處理案例與使用效果數(shù)據(jù)，對調壓器凍堵原因及使用效果進行了分析，全文主要結論如下：（1）天然氣流經調壓器閥口時，是一個節(jié)流降溫過程，由于冬季供暖期間，上游天然氣溫度較低，由于焦耳-湯姆遜效應的存在，導致調壓器出口溫度