一种高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统及方法，在天然气长输管道沿气体流动方向依次串接输气管道上游调压前的压力表、紧急截断阀、先导式监控阀；在紧急截断阀与先导式监控阀之间引出管路接涡流热质分离器入口；涡流热质分离器的冷气出口管路接输气管道下游，热气出口管路与涡流加热器连接；涡流加热器的出口管路接输气管道下游，先导气加热前的引压管路由紧急截断阀与先导式监控阀之间输气管道接入涡流加热器的换热通道，先导气加热后的引压管路与先导式监控阀指挥器和先导式调压阀指挥器分别连接。利用两级涡流管串联，对先导式调压系统中引压管的先导气进行强化加热，防止指挥器或其后的引压管发生“冰堵”失效，对不同工况和环境条件具有良好的普适应。

【技术实现步骤摘要】
一种高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统及方法
本专利技术涉及一种天然气长输管道分输调压技术，尤其涉及一种高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统及方法。
技术介绍
随着油气管网公司的成立，天然气行业将迎来新一轮蓬勃发展的局面，分输调压系统在“主干互联、区域成网”的全国天然气基础网络建设和运行中起着十分关键的作用。目前，为防止天然气长输管道分输系统的调压装置发生“冰堵”，通常采用水套炉、电伴热等外部热源法对引压管的先导气体进行加热，存在能耗高、寿命短、维护频繁、安全隐患大等诸多不足。针对调压装置先导气在线加热的需求和特点，专利(CN103383045A、CN103383046A)基于涡流管的能量分离原理，提出了一种先导式调压阀的加热系统及方法，即在压差作用下使一定量的天然气高速通过涡流管加热器，将气体的“压能”转化分离为“热能”和“冷能”，利用其中的“热能”对先导气进行加热，从而抑制先导式调压阀的指挥器发生“冰堵”。该方法具有无运动部件、免维护、不需要外部能源、安全可靠等优势，但能否实现其功能在本质上取决于涡流管加热器的加热能力。然而，天然气长输管道为提高输送效率多采用8～10MPa的高压输送，而为安全起见在分输站要将压力降至1～2MPa，大压降意味着大幅度的焦耳汤姆逊冷却温降，且不少分输站在冬季面临-10℃以下的低温环境，例如中俄东线天然气管道北段，这对涡流管的加热性能构成了较大的挑战。能量转化效率低、对工况变化的适应能力不强已成为单级涡流管面临的普遍问题。针对双通道涡流管加热器的试验测试结果表明，当初始温度降低16.4℃，涡流管对先导气的加热能力下降10.2～10.9℃；在保持涡流管进出口压比1.4的条件下，当进出口压差从0.4MPa升至1.6MPa时，涡流管对先导气的加热能力随之下降8.4～10.2℃。因此，在高压低温条件下，CN103383045A、CN103383046A等专利提出方法的加热能力可能满足不了实际工程的安全需要，严重制约了涡流管加热技术在天然气长输管道调压系统中的规模化推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统，在天然气长输管道沿气体流动方向依次串接输气管道上游调压前的压力表、紧急截断阀、先导式监控阀、先导式监控阀和先导式调压阀之间的压力表、先导式调压阀以及输气管道下游调压后的压力表；在紧急截断阀与先导式监控阀之间引出涡流热质分离器入口管路，并经控制球阀接涡流热质分离器入口；所述涡流热质分离器的冷气出口管路经球阀接输气管道下游；热气出口管路经涡流热质分离器热气出口温度计和控制球阀与涡流加热器连接；所述涡流加热器的出口管路经控制球阀接输气管道下游；所述涡流加热器的先导气加热前的引压管路由紧急截断阀与先导式监控阀之间输气管道接出，经先导气加热前的温度计和控制球阀接入所述涡流加热器的换热通道；所述涡流加热器的先导气加热后的引压管路经先导气加热后的温度计后，分成两路：一路由先导式监控阀指挥器的引压支路经控制球阀与先导式监控阀指挥器连接；另一路由先导式调压阀指挥器的引压支路经控制球阀与先导式调压阀指挥器连接；所述先导式监控阀指挥器和先导式调压阀指挥器的出口分别经温度计后由共用的出口管路接输气管道下游。本专利技术的上述的高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统实现两级涡流串联强化加热的方法，包括步骤：从天然气长输管道中引出天然气，经控制球阀调节后，向涡流热质分离器提供高压涡流气源；高压天然气在涡流热质分离器中进行热质分离后，冷气部分由涡流热质分离器冷气出口管路，经涡流热质分离器冷气出口管路的控制球阀调节后，以略高于下游输气管道的压力返回输气管道下游；热气部分由涡流热质分离器的热气出口管路，经涡流热质分离器热气出口温度计显示预热效果，涡流热质分离器热气出口管路的控制球阀调节后，以满足涡流加热器最优加热性能所需的压力向其提供涡流气源；热气在涡流加热器中进一步能量分离后，由涡流加热器出口管路，经涡流加热器出口管路的控制球阀，以略高于下游输气管道的压力返回输气管道下游；先导气从紧急截断阀和先导式监控阀之间输气管道，由先导气加热前的引压管路，经先导气加热前的温度计显示初始温度，先导气加热前引压管路的控制球阀调节后，进入涡流加热器的换热通道进行加热；加热后的先导气由先导气加热后的引压管路，经先导气加热后的温度计显示加热效果后，分两路进入指挥器，一路由先导气加热后连接先导式监控阀指挥器的引压支路，经该支路的控制球阀调节后，进入先导式监控阀指挥器；另一路由先导气加热后连接先导式调压阀指挥器的引压支路，经该支路的控制球阀调节后，进入先导式调压阀指挥器；先导气在先导式监控阀指挥器和先导式调压阀指挥器完成工作后，分别经先导式监控阀指挥器出口温度计和先导式调压阀指挥器出口温度计显示冷却温度，由先导式监控阀指挥器和先导式调压阀指挥器共用的出口管路，以略高于下游输气管道的压力返回输气管道下游。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统及方法，由于高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统及方法，利用两级涡流管串联，对先导式调压系统中引压管的先导气进行强化加热，防止指挥器或其后的引压管发生“冰堵”失效。该方法实施便捷、维护简单、成本低廉、安全性好、可靠性高，尤其对不同工况和环境条件具有良好的普适应。附图说明图1为本专利技术实施例提供的高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统及方法结构示意图；图2为本专利技术实施例中涡流热质分离器7结构示意图；图3为本专利技术实施例中涡流加热器14结构示意图。图中：1—输气管道；2—紧急截断阀；3—先导式监控阀；4—先导式监控阀指挥器；5—先导式调压阀；6—先导式调压阀指挥器；7—涡流热质分离器；8—涡流热质分离器入口管路；9—涡流热质分离器入口管路的控制球阀；10—涡流热质分离器冷气出口管路；11—涡流热质分离器冷气出口管路的控制球阀；12—涡流热质分离器热气出口管路；13—涡流热质分离器热气出口管路的控制球阀；14—涡流加热器；15—涡流加热器出口管路；16—涡流加热器出口管路的控制球阀；17—先导气加热前的引压管路；18—先导气加热前引压管路的控制球阀；19—先导气加热后的引压管路；20—先导气加热后连接先导式监控阀指挥器的引压支路；21—先导气加热后连接先导式监控阀指挥器引压支路的控制球阀；22—先导气加热后连接先导式调压阀指挥器的引压支路；23—先导气加热后连接调压阀指挥器引压支路的控制球阀；24—先导式监控阀指挥器和先导式调压阀指挥器共用的出口管路；25—涡流热质分离器入口；26—涡流热质分离器涡流室；27—涡流热质分离器涡流管；28—涡流热质分离器保温层；29—涡流热质分离器热端调节阀；30—涡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统，其特征在于，在天然气长输管道沿气体流动方向依次串接输气管道上游调压前的压力表(P1)、紧急截断阀(2)、先导式监控阀(3)、先导式监控阀和先导式调压阀之间的压力表(P2)、先导式调压阀(5)以及输气管道下游调压后的(P3)压力表(P3)；/n在紧急截断阀(2)与先导式监控阀(3)之间引出涡流热质分离器入口管路(8)，并经控制球阀(9)接涡流热质分离器(7)入口；/n所述涡流热质分离器(7)的冷气出口管路(10)经球阀(11)接输气管道(1)下游；热气出口管路(12)经涡流热质分离器热气出口温度计(T5)和控制球阀(13)与涡流加热器(14)连接；/n所述涡流加热器(14)的出口管路(15)经控制球阀(16)接输气管道(1)下游；所述涡流加热器(14)的先导气加热前的引压管路(17)由紧急截断阀(2)与先导式监控阀(3)之间输气管道(1)接出，经先导气加热前的温度计(T1)和控制球阀(18)接入所述涡流加热器(14)的换热通道；所述涡流加热器(14)的先导气加热后的引压管路(19)经先导气加热后的温度计(T2)后，分成两路：一路由先导式监控阀指挥器的引压支路(20)经控制球阀(21)与先导式监控阀指挥器(4)连接；另一路由先导式调压阀指挥器的引压支路(22)经控制球阀(23)与先导式调压阀指挥器(6)连接；/n所述先导式监控阀指挥器(4)和先导式调压阀指挥器(6)的出口分别经温度计(T3和T4)后由共用的出口管路(24)接输气管道(1)下游。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统，其特征在于，在天然气长输管道沿气体流动方向依次串接输气管道上游调压前的压力表(P1)、紧急截断阀(2)、先导式监控阀(3)、先导式监控阀和先导式调压阀之间的压力表(P2)、先导式调压阀(5)以及输气管道下游调压后的(P3)压力表(P3)；
在紧急截断阀(2)与先导式监控阀(3)之间引出涡流热质分离器入口管路(8)，并经控制球阀(9)接涡流热质分离器(7)入口；
所述涡流热质分离器(7)的冷气出口管路(10)经球阀(11)接输气管道(1)下游；热气出口管路(12)经涡流热质分离器热气出口温度计(T5)和控制球阀(13)与涡流加热器(14)连接；
所述涡流加热器(14)的出口管路(15)经控制球阀(16)接输气管道(1)下游；所述涡流加热器(14)的先导气加热前的引压管路(17)由紧急截断阀(2)与先导式监控阀(3)之间输气管道(1)接出，经先导气加热前的温度计(T1)和控制球阀(18)接入所述涡流加热器(14)的换热通道；所述涡流加热器(14)的先导气加热后的引压管路(19)经先导气加热后的温度计(T2)后，分成两路：一路由先导式监控阀指挥器的引压支路(20)经控制球阀(21)与先导式监控阀指挥器(4)连接；另一路由先导式调压阀指挥器的引压支路(22)经控制球阀(23)与先导式调压阀指挥器(6)连接；
所述先导式监控阀指挥器(4)和先导式调压阀指挥器(6)的出口分别经温度计(T3和T4)后由共用的出口管路(24)接输气管道(1)下游。


2.根据权利要求1所述的高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统，其特征在于，所述涡流热质分离器(7)外壁设有保温层(28)，内部设有涡流室(26)，所述涡流室(26)的侧壁切向设有涡流热质分离器入口(25)，所述涡流室(26)的一端连接有涡流管(27)，所述涡流管(27)的后端设有热端调节阀(29)和热端出口(30)，所述涡流室(26)的另一端设有冷端节流阀(31)和冷端出口(32)。


3.根据权利要求1所述的高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统，其特征在于，所述涡流加热器(14)外壁设有保温层(39)，内部设有涡流室(34)，所述涡流室(34)的侧壁切向设有涡流加热器入口(33)，所述涡流室(34)的一端连接有带盲端(40)的加热管，另一端设有涡流加热器冷端节流阀(41)和涡流加热器冷端出口(42)；
所述带盲端(40)的加热管的外壁与所述涡流加热器(14)内壁之间设有换热通道(36)，所述换热通道(36)设有换热通道入口(37)和换热通道出口(38)。


4.一种权利要求1、2或3所述的高压低温先导式调压系统的两级涡流串联强化加热系统实现两级涡流串联强化加热的方法，其特征在于，包括步骤：
从天然气长输管道中引出天然气，经控制球阀(9)调节后，向涡流热质分离器(7)提供高压涡流气源；
高压天然气在涡流热质分离器(7)中进行热质分离后，冷气部分由涡流热质分离器冷气出口管路(10)，经涡流热质分离器冷气出口管路的控制球阀(11)调节后，以略高于P3的压力返回输气管道(1)下游；热气部分由涡流热质分离器的热气出口管路(12)，经涡流热质分离器热气出口温度计(T5)显示预热效果，涡流热质分离器热气出口管路的控制球阀(13)调节后，以满足涡流加热器(14)最优加热性能所需的压力向其提...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，谢磊，王海峰，韩涛，姚东，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，中石油管道有限责任公司西气东输分公司银川管理处，
类型：发明
国别省市：北京;11