天然气分输站场加热设备选型分析
某燃气分布式能源站装机方案的比选分析
某燃气分布式能源站装机方案的比选分析摘要：天然气分布式能源在国际上发展迅速，但我国天然气分布式能源尚处于起步阶段。
发展天然气分布式能源，具有重要的现实意义和战略意义。
天然气分布式能源节能减排效果明显，可以优化天然气利用，并能发挥对电网和天然气管网的双重削峰填谷作用，增加能源供应的安全性。
目前，我国天然气供应日趋增加，智能电网建设步伐加快，专业化服务公司方兴未艾，天然气分布式能源在我国已具备大规模发展的条件。
特别是国家发展和改革委员会下发《关于发展天然气分布式能源的指导意见》(发改能源2011－2196号)后，各经济发达地区地方政府纷纷出台配套政策，促进了燃气分布式能源项目的快速发展。
关键词：燃气；分布式；能源站；装机方案；比选分析1 项目概况本燃气分布式能源站主要是为某一工业园区提供蒸汽负荷，旺季设计负荷为53t/h，淡季设计负荷为38t/h，过渡季设计负荷为49t/h。
由于用户用汽负荷全年全天稳定，波动很小，本文不再对负荷情况进行负荷曲线分析。
项目原方案规划采用2台6MW级燃气内燃机+2台3．14t/h的余热锅炉+4台18t/h的燃气锅炉。
2 天然气分布式能源机组的利用形式和特点天然气分布式能源系统主要由动力系统、余热利用设备及相关主辅设备构成。
动力系统可采用燃气内燃机、小型燃气轮机、微型燃气轮机(微燃机)、热气机(斯特林机)、燃料电池等。
余热回收设备的类型主要有余热锅炉、热交换器、溴化锂吸收式制冷(热)机组等。
动力系统驱动发电机发电，余热利用设备及辅助设备等一起完成供热(冷)任务。
对于动力系统：其中斯特林机仅有单机容量25kW、50kW机型可供选择，燃料电池造价高昂，技术发展尚未进入大规模工业应用阶段，因此当前应用最广泛的是燃气内燃机和小型燃气轮机以及微型燃气轮机三种。
值得注意的是，小型燃气轮机在目前市场上以4MW以上级别为主，适合于较大规模的设施，如工厂、社区、大型建筑群等，更低容量的小型燃气轮机由于其单位千瓦造价高、发电效率低下(一般而言发电效率都在30%以下)等原因基本被淘汰。
输气管道天然气加热设备选型及控制
输气管道天然气加热设备选型及控制于大勇;曲路;赵钊;殷红亮;于爱新【摘要】为了对天然气分输站中天然气加热设备进行合理选型及控制,对天然气分输站常用加热设备(电加热器、水套炉、真空相变加热炉)适用范围进行详细调研,结合相关规范和文献,进行优缺点及经济比选,确立了天然气分输站场常用加热设备选型依据.研究表明:热负荷小于50 kW的工况下宜选用电加热器;热负荷在50～600 kW范围内,天然气分输站用地受限或加热炉的碳排放不满足环保要求,应选用电加热器;热负荷在50～600 kW范围内,热负荷工况存在低于单台负荷30％时,需通过经济比选确定采用电加热器还是真空相变加热炉;其他工况宜选用真空相变加热炉.对天然气分输站加热设备现有两种控制方式存在的弊端进行了分析,提出以分输出站温度设定值为控制目标,根据加热设备出口温度计算值对加热设备的加热负荷进行综合控制的改进措施.【期刊名称】《油气田地面工程》【年(卷),期】2018(037)006【总页数】5页(P44-48)【关键词】天然气输送;加热设备;选型;控制;电加热器;水套炉;真空相变加热炉【作者】于大勇;曲路;赵钊;殷红亮;于爱新【作者单位】中国石油管道局工程有限公司东北分公司;中国石油管道局工程有限公司东北分公司;中国石油管道局工程有限公司东北分公司;中国石油管道局工程有限公司东北分公司;中国石油管道局工程有限公司东北分公司【正文语种】中文天然气分输站的分输压力与管道运行压力相差较大，因经过调节阀前后的压差大，造成较大的节流温降，并导致经阀门后及出站管道的天然气温度过低。
为防止天然气温度过低产生冰堵[1]，需在调压前对天然气进行加热。
天然气加热设备的合理选取对管道安全平稳经济运行至关重要。
在长输管道上，天然气加热设备选取的常规做法是：当总加热负荷不大于100 kW 时，选用电加热器；单台加热炉的热负荷小于或等于630 kW时，选用负压燃烧的常压水套加热炉；站场总热负荷在1 000～3 000 kW时，选用真空相变加热炉。
供热燃气热水锅炉选型方案说明
供热燃气热水锅炉选型方案说明一、背景介绍二、需求分析1.供热负荷：通过计算所需供热面积、环境温度和热负荷系数，确定供热负荷。
2.设备性能：需要考虑到锅炉的额定功率、效率、热损失和燃气消耗等指标。
3.运行稳定性：选购具备良好的运行稳定性和可靠性的热水锅炉设备。
4.安全性：燃气热水锅炉的安全性很重要，需要确保设备采用可靠的安全控制系统和防护措施。
5.经济性：需要综合考虑设备的价格、使用寿命、维修保养费用以及燃气消耗等经济性指标。
三、选型方案在满足上述需求的基础上，以下是供热燃气热水锅炉的选型方案说明：1.确定供热负荷：根据建筑物的供热面积、使用环境和热负荷系数等参数，计算出所需的供热能力，以确定设备的额定功率。
2.设备性能：选择具备高效率、低热损失和低燃气消耗的热水锅炉。
可以通过比较不同型号的锅炉的热效率和额定功率来评价其能效水平。
3.运行稳定性：选择具备稳定运行、低故障率和长寿命的热水锅炉。
可以通过查看设备的技术参数和产品说明书来评估其运行稳定性。
4.安全性：确保设备具备可靠的安全控制系统和防护措施，如超温保护、燃气泄漏报警和防火等功能。
可以通过查阅产品说明书以及了解制造商的信誉和售后服务来评估设备的安全性。
5.经济性：综合考虑设备的价格、使用寿命、维修保养费用以及燃气消耗等经济性指标。
对于成本较高但具备较高能效的设备，可以通过计算其运行成本和节能效益来评估其经济性。
四、选型方案的可行性和优劣性评价1.可行性评价：选型方案能够满足供热负荷要求，并具备所需的设备性能、运行稳定性、安全性和经济性指标。
通过对各项指标的评估，确认选型方案是可行的。
2.优劣性评价：对比不同的选型方案，综合考虑其设备性能、运行稳定性、安全性和经济性等方面的优劣之后，选择最合适的方案。
可以使用决策矩阵或其他评估方法，来评价各个方案的优劣程度。
综上所述，供热燃气热水锅炉的选型方案需要综合考虑供热负荷、设备性能、运行稳定性、安全性和经济性等多个因素。
天然气站场设计规范及工艺设计分析
天然气站场设计规范及工艺设计分析现代社会能源需求不断增长，使得利用天然气资源成为重要的能源之一。
天然气站场作为天然气供应系统中的核心环节，其安全、稳定、高效运行对于保障能源安全、改善环保状况具有重要的意义。
设计合理、科学的天然气站场工艺，是保障天然气供应质量和生产效率的前提条件。
1、站场选址（1）应选在防火区域内，远离易燃易爆品储存场所和居民聚集区等。
（2）应考虑到天然气管线的G/P两处接头及弯头的布置。
（3）应考虑到进气口处空气流动情况，不应遮挡进气口。
（4）应越靠近天然气输送管线的起点、终点，越有利于供气的质量、高效性和安全性。
（5）应有足够的场地面积，易于日后的发展和拓建。
（6）应考虑到通讯、供电、安全控制等设施的便利性。
2、站场布局天然气站场布局应尽可能合理，建设在场地面积宽阔、水土条件良好的地域，选好方位。
设施布置要符合安全、清洁、卫生、便捷、美观等标准，考虑人流、物流的流向。
3、建筑设计天然气站场的建筑设计应符合以下要求：（1）防止火灾发生、传播和扩散，耐火等级应不低于二级。
（2）燃气处理设备、设施宜距离宗教建筑、医院等特殊建筑物的安全保护区距离不小于规定距离。
（3）建筑物排出的烟气、废气、噪声应符合国家或地方标准要求。
4、设备选型天然气站场的设备选型应安全可靠、节能环保、寿命长等。
设备选用国家标准的抽样检验等级、重要程度和可靠性要求相匹配的产品，并应具备出厂合格证、出厂检验报告、产品合格证件、使用说明书和技术资料等。
1、天然气站场加气工艺（1）物料输送：气体由输气管线进入站装置，经过过滤、减压及调节等工艺处理后，再由输气管线送至加气柱。
钢瓶则从仓库中取出，放入加气柱进行加气。
（2）加气柱：加气柱是气态气体过度低速转移静止的场所。
其主要作用是减低气体的流速，以防止钢瓶密闭阀门的损伤和钢瓶爆炸。
（3）机械设备：天然气站场加气设备一般包括空压机、压缩机、气动泵等。
机械设备的选型必须严格按照国家相关标准规范和调试要求进行，以保证加气设备的质量和效果，防止事故的发生。
输气管道工程站场设计规定
a)压力损失应小于0.15MPa。
b)应考虑设置一定的注氮口。
5.2.4
5.2.4.1具备功能
a)天然气增压
b)超压泄放
c)机组ESD放空
d)增压后天然气冷却（需要时）
e)压缩机组检维修放空
5.2.4.2设计规定
a)一般规定
1)各压缩机组进出口管线上应设截断阀和加载阀，该阀门应纳入机组控制系统，并接受ESD系统控制。
b)事故工况下越站
c)干线放空
必要时还应具有反输的功能。
5.2.1.2设计规定
a)宜单独设置进出站ESD截断阀。
b)应考虑一定的注氮口。
5.2.2
5.2.2.1具备功能
a)清管器接收或发送
b)进出站压力、温度测定
c)进出站ESD放空
必要时还应具有反输清管的功能。
5.2.2.2设计规定
a)进站应设置压力高限、低限报警。
3.2
输气站gas transmission station
输气管道工程中各类工艺站场的总称。一般包括输气压气站、输气首站、输气末站及输气分输站、输气清管站等输气其它中间站。
3.3
压气站 compressor station
在输气管道沿线，用压缩机对管输天然气增压而设置的站场。
3.4
输气首站 gas transmission initial station
f)输气站辅助生产设施尽可能依托原有站场、邻近城镇和工矿企业以减少投资，降低运行成本。
4.3.2输气管道干线站场工程设计原则
a)对于集团公司其他专业公司所属企业应在交接点上游设置交接计量；
b)对于股份公司管道分公司所属不同企业应在交接点上游设置交接计量；
天然气长输管道分输站场设计
2241 天然气长输管道传统布站方法的发展现状在天然气长输管道传统布站设计的过程中，设计输量的选取标准主要采用年输量的平均量来计量，所以在这一过程中，忽视了天然气需求量会受到季节变化的影响等因素，同时对于上游资源的可调节性问题也没有加以设计，导致下游市场对于天然气需求的变化无法很好地适应，导致在这一过程中产生的经济收益较差，而且灵活性也较低。
在国内外常用的天然气长输管道分输站场布站设计的方法主要采用的是等压比布站，各站按照基本相同的压比设计压气站。
2 天然气长输管道分输站场设计要点（1）平面布置的设计要点。
对于天然气分输站场设计而言，其设计工作在性质上属于五级站场，因此在进行分输站场平面布置时，必须要严格按照相关的行业规定去执行。
以满足规范为基本前提，分输站场的平面布置应当从以下几个点展开：其一，分输站场的内部主要分为两大部分，一部分为生产区，另一部分为办公区，对于生产区和办公区应当将其分开布置，确保生产区和办公区的最小安全距离在22.5米之外。
（2）平面布置中需注意的几点。
长输管道分输站场一般主要包括有输气首站、输气末站、分输站、清管站、压气站等，这些分输站场所具有的功能特点有：计量、调压、分离以及清管等功能，除过上述提及的这些，压气站还具有增压的功能。
（3）分输站场的建筑物通常应满足坐南朝北、靠山面水（路）的条件。
为了更好地满足综合办公楼的采光要求，分输站场的建筑物设计时会主要考虑到坐北朝南，但是对于其与的辅助房则不会过多考虑这一方位。
当分输站场的建筑物中办公区处于高处而工艺区处于低处时，则主要采用靠山面水的设计方位，在靠近道路的一侧可以布置站场的出入口，这种布置的优势就是为了更好地满足防爆防火以及各种安全生产的要求。
对于天然气长输管道分输站场设计人员而言，对于分输站场内建筑构筑物的综合布置应当在站址选择环节就应有一个大致的了解。
（4）分输站场装置区设置时应当保证顺畅平直。
对于设计中的问题，需要总图人员对安装图中的分离、计量、调压、清管流程等方面加以细致的排查，确认管道连接段是否能被缩短、管网是否平直等，同时还需要考虑到其他密闭工艺设备是否会与污油池保持一定的距离。
天然气建设输气管线中分输场站的设计分析
天然气建设输气管线中分输场站的设计分析摘要：天然气输气场站作为输气管道的重要组成部分，承担着保障输气运行和管道安全平稳的任务，为了天然气的安全运行，一定要了解场站各个设施的情况，才能保证天然气输气场站的良好运行秩序；本文将围绕天然气建设输气管线中分输场站的设计分析展开讨论，并针对性的提出一些好的建议谨供参考。
关键字：天然气；输气管线；分输场站；设计分析引言一般天然气管道包括首站、压气站、注入站、分输站、清管站及以上站场的组合站和线路阀室；分输站是在输气管道沿线，为分输气体至用户而设计的站场，其主要工艺流程为：天然气经过分离、调压、计量后分输至用户，有时还具有清管器收发、配气等功能，当与清管器站合建的时候，便为清管分输站；目前，国内外长输管道分输站场的设计采用等压比布站方法，即每个分输站的设计压力相同，下面通过对平面的布置、流程优化、设备选型方面着手，分析天然气建设输气管线中分输站的设计要点和难题。
一、天然气输气管线建设工程的现状分析随着社会的发展，我国加大了天然气长输管道的建设，我国是以“西气东输”工程为最高水准。
“西气东输”工程涉及的领域非常广，西边是从塔里木盆地开始，到东边的上海区域，该工程全程都是全自动控制，其供气范围涉及的领域也是非常广，包括了华中、华东以及长江三角洲地区，整个过程管线特别长，因此需要加强整个输送量[1]。
就目前的情况来看，我国对于天然气长输管道方面都制定了相应的标准，同时也引进了一些先进技术载管线路径方面，例如3S 技术；对于这样技术在日常的管理过程中也基本都实现了自动化，其最大的优势是能够进行数据的收集，在线测量以及相关工作；如今我国也加大了对于管道建设相关方面的研究，不断引进先进的管理技术，并进一步加强了监理的控制，因此各个方面的控制水准也达到了国际的相关标准，虽然长输管道线路的规划设计是管道建设工作的首要任务，但是分输站场的选址工作是构成管道设计、建设、管理的基本条件，所以分输场站建设的重要性不容忽视，提高分输场站的设计水平是带动我国天然气输气管道工程快速发展的前提，目前我国互联技术、管道工程技术都在迅速的发展，抓好时代的契机进行革新发展是十分有必要的。
天然气集输站场在寒冷地区的防冻设计浅析
天然气集输站场在寒冷地区的防冻设计浅析一、设备的保温设计1.选用合适的设备材质：在寒冷地区，天然气集输站场的设备需要选用耐低温材料，如低温钢材，以确保设备的强度和耐腐蚀性能。
2.设备保温层的设计：对于易受低温影响的设备，如阀门、泵、压缩机等，需要在外部增加保温层。
保温层可以采用专用的保温材料，如岩棉、玻璃纤维等，使设备处于较为恒定的温度环境中。
3.设备保温层的完整性：设备保温材料的安装需要保证完整性，避免存在保温层的漏洞，否则会影响设备的保温效果。
同时，需要对设备的保温层进行定期检查和维护，及时修复保温层的破损部分。
二、管道的保温设计1.管道的保温层：对于天然气集输站场的管道，需要在外部增加保温层，以减少管道输送天然气时的能量损耗和保持天然气的温度。
保温层的材料可以选择聚氨酯、硅酸铝纤维、聚苯乙烯等，以满足不同地区的防冻要求。
2.管道的埋地深度：在寒冷地区，为了避免地面温度的影响，应将管道埋入地下一定深度，以减少管道的低温蒙冻。
3.管道的排水设计：在天然气集输站场的管道系统中，需要设置合理的排水装置，避免管道内的结霜或结冰。
同时，排水装置需要定期清理，以确保畅通。
三、加热设备的安装与调整1.加热设备的选择：在寒冷地区，需要设置加热设备，如电加热器、蒸汽加热器等，以提供管道和设备的热源。
加热设备需要根据天然气集输站场的实际情况和防冻要求进行选择。
2.加热设备的安装：加热设备应根据管道和设备的具体位置进行布置，并保证加热设备能够充分发挥作用。
3.加热设备的调整：加热设备的温度和功率需要根据实际情况进行调整。
加热设备的温度调整要避免过高或过低，避免对设备和管道产生不良影响。
四、其他防冻措施1.防风措施：由于寒冷地区常伴有强风，需要设置防风设施，如防风墙、屏风网等，以减少冷风对设备和管道的影响。
2.雪融化措施：对于积雪严重的地区，需要设置雪融化设备，如加热板、加热线等，以防止积雪对设备和管道的阻塞和冻结。
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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
燃气消耗量（Nm3/h）120120
用电负荷(kW) 3.54
第一年能耗（元）874,080875,520
第一年年底总支出1,894,0802,447,520
维检修费用(元/年)9,0000
备品备件消耗(元/年)3001000
运行三十年总费用（元）28,515,40027,867,600
费用现值（元）10,411,3528,903,660
四、结论
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，为天然气分输站场的安全平稳运行提供保障。
参考文献
[1] 朱利凯. 天然气处理与加工[M]. 北京:石油工业出版社, 2007.
[2] 郭韵, 曹伟武, 严平. 天然气加热炉结构及其传热特性分析[J]. 上海理工大学学报, 2009, 31(3): 250-254.
[3] 周世刚. 油田地面集输系统常用加热炉适应性分析[J]. 油气储运, 2014 33(7): 786-790.
[4] 梁光川, 黄兴, 王勇. 燃气加热炉热效率计算方法的改进及应用[J]. 油气储运, 2016, 35(5): 560-563.。