[发明专利]一种含过压保护的先导式调压阀加热系统

说明书

技术领域

本发明是一种含过压保护的压缩天然气先导式调压阀指挥器的加热系统。涉及管道系统技术领域。

背景技术

随着国家经济的不断提升，国内各行业对天然气的需求也在与日俱增。利用高压天然气管道输送天然气，是陆地上大量输送天然气的唯一方式，对于天然气的长距离输送，一般都是采用高压管道，压力最高达8-10MPa。天然气用户主要可以分为工业用户和家庭用户，这些用户通常都在城市，为了城市安全和用户使用的便利，天然气经由高压长输管道输送后，需要经过降压处理后才能够向下游城市用户输送。在天然气输送过程中，沿长输高压管道会毗邻各个城市建设天然气分输站场，天然气分输站场的任务就是根据下游用户的需求，把天然气的压力降低至1-2MPa，甚至更低的安全压力范围内，然后分输给下游用户。因此，天然气分输站场是天然气源地与终端用户间必不可少的连接环节。

目前，国内的天然气分输站场均采用橇式调压器对高压气体进行压力调节，调压橇主要有三部分构成：紧急切断阀、电动调压阀和监控阀。紧急切断阀主要起保障输气站场安全的作用，在有意外发生时紧急切断气源，防止起火起爆等灾害发生；调压阀以先导式调压阀为主，其作用是将来自高压气体管道的高压天然气的压力降低至下游用户要求的安全压力范围；监控阀是用来监控经调压阀降压后的气体压力，通常会根据下游用户的生产需求设定一个监控值，当经降压后的气体压力低于该值时，监控阀不发生作用，当下游气体压力超过了设定值，则监控阀将自动关闭，以保障下游气体管道的安全。

橇式调压结构的三级阀门控制在实现气体压力调节的同时，还能有效保障下游用户的安全，但是高压气体经由电动调压阀后，其压力迅速降低，将发生“焦耳-汤姆逊”效应(也称为“节流效应”)，即随着压力的陡降，气体温度将急剧降低。在输气站场实际运行中，气体经调压橇降压前后，温差能够达到10℃以上。由于天然气主要由短链烃组成，少量水分的存在使得天然气在低于0℃时形成冰水混合物，引起先导式调压阀及下游气体输送管线的“冰堵”。“冰堵”不仅会影响输气站场的正常生产运行，而且还是输气站场和下游气体输送管线的重大安全隐患。为了消除“冰堵”，目前所采用的方法主要是物理加热，如在调压橇设备上安装电伴热带、采用热水套管对下游管线加热等。但是，这些物理加热方法并不能从根本上消除“冰堵”隐患，还会消耗大量的能源。因此，有必要开发一种专门应用于天然气分输站场调压设备，且具有安全、环保、节能等优点的加热系统，彻底消除调压过程中产生的“冰堵”现象。

发明内容

本发明的目的是发明一种含过压保护的无运动部件、免维护、具有较高的可靠性、不需要电源、具有良好安全性能的先导式调压阀的加热系统。

本发明基于涡流管能量分离技术，使少量的高压气体流经涡流先导燃气加热器(VTGH)，利用涡流管对高压气体降压，同时将压差能转换为热能，并利用此热能加热先导燃气，从而消除先导式调压阀的指挥器减压“冰堵”问题。同时，针对某些间断运行的天然气分输站场中，对高压天然气的调压不是连续的，而是间断的，为了防止在间断运行时导致下游输出气体压力上升，本加热系统加装了过压保护装置，进一步提高了该加热系统的安全性能。

本发明中涉及的高压长输天然气分输站场橇式调压装置如图1所示，在高压长输天然气分输站场进气处依次安装紧急切断阀3、先导式监控阀1、先导式调压阀2，先导式监控阀1、先导式调压阀2个有先导阀指挥器I4、先导阀指挥器II5。其中1为先导式监控阀，2为先导式调压阀，3为紧急切断阀，4、5为先导阀指挥器。图1中P1和P2分别为高压天然气分输站场的进气压力和出站压力，P1的大小取决于上游管道的输送压力，P2是根据下游用户需求而设定的。P1和P2都不是固定值，通常会在一个相对稳定的区间波动。

橇式调压装置工作原理如下：

先导式监控阀1、先导式调压阀2、紧急切断阀3、先导阀指挥器I4、先导阀指挥器II 5、涡流回路6、出口球阀7、先导气入口球阀8、先导燃气加热器9、监控阀指挥器加热回路10、调压阀指挥器加热回路11、高压气体入口12、涡流室13、高压气体形成的涡流14、涡流管15、沿涡流管管壁的涡流气体16、热端气体出口17、涡流管的调节阀18、冷反向气流19、冷端气体出口20