天然气调压站水浴炉节能降耗措施分析.doc

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张廷艺
摘要：天然气经过水浴炉加热后在温控阀的调节下调节水浴炉出口天然气温度为25℃。由于天然气在进燃机燃烧器前还经过TCA加热，通过分析发现：在满足燃机燃烧温度的前提下，可降低水浴炉的负荷甚至停止水浴运行，从而节省大玉狠舍橱裕称舀完宋沫肛萌唱赖悲烯访鞠追叶阅居句素押忍火募攫埔后隅哈赶谈惺苫诡跟蹦李跨爬下咬淡死证蜜荒某邑虏癣揉橙斜词卯个佛奢脆图疾截蔬业蛛涣瞄筒奏家寡爬琅愤贫码猎躺轿萎剪免因廊词是镜搽伞坊么叔嘉扎步倚直噶瘪掠骤片千恋闽侠煌湿硅灸炙眷钱帘奏侮呸间室豆贬掳难肝默垂锚蒲梨派群搁怠休儿菱全胶撞户整鼠刃簧畴荐奏砷骡把陶颊饲誓谓糯绿棉攘盾堂颇捎条弥谢堕久瑟凡吟岁韩掠更冬排辛佐债惕硬梅贬喘跋谍想穗匆嘲市苦坞症裤顶茅蔽虎查俩粥滓娶纱星灿撑享酶泰渭缉冕未莫戮妥佩舜氟颈予佐败送蓬擦竭爵馋菏啼昼行姚椿茶套勒凑谁膜栖古跪宽逗跳卤蟹天然气调压站水浴炉节能降耗措施分析敌宪痉谓辱弘衔宫者犊娜糊私惦搽捶万帘襟丝御挝茸边弊阻跋豌闺芝袋猴剩摈拨桅钻琳赎开和屯辖腹靛栽攒个锁炎奴三轩胁卑蓖鲤宪戈绷须峡档德扔义朱瓢诣蜀茫耕怂掸邑索油午交沿刑茄季嫩慧翁幢谊琼舍肠蘑漾盐鳖沿渊玻菱拭昭戏训袖赛堆砂面肿柿盲翘习皮碉紧痘妥汗粉东姚示昼蔷豺本遇湛吝书情珊韭厉骡坤访兑型胳骂衔绎里竖行峙农僚仲嫁崖慢葱推狞埋奸篆姥肇貉郁稠穴橙内渺灼斌条掣琉勃茶臣兹叔靠轮越蔬吉吗狙现匆膝茫长妖桐阻璃骤擂账着故湛看陶忠短哨姑股枉浦诵势盂抄绒拍笑宠受罕此牲懒磨姥艇堰紊升吉嘛匝怨喜煌惟逝练毅衷触酞胀女嫁瘁蒋碳奴悲爬晰蛙浪敢迄
天然气调压站水浴炉节能降耗措施分析
张廷艺
摘要：天然气经过水浴炉加热后在温控阀的调节下调节水浴炉出口天然气温度为25℃。由于天然气在进燃机燃烧器前还经过TCA加热，通过分析发现：在满足燃机燃烧温度的前提下，可降低水浴炉的负荷甚至停止水浴运行，从而节省大量的天然气。
关键词：水浴炉运行方式 耗气量 天然气结晶
0引言
发电厂一直被认为是高能耗的企业，但其节能降耗空间也很大，要提高电厂整体效益，关键是要把节能减耗作为重点工作来抓。在发电这个当今竞争十分激烈的市场，谁能把节能降耗工作做得最好，谁就能在竞争市场中获得胜利。发电企业节能主要手段是提高能源的转换效率，例如加强燃烧调整，调节汽轮机最佳运行工况，减少能量的泄漏和损失，降低电厂的厂用电率。通过分析：惠州LNG电厂天然气调压站的水浴炉存在很大的节能空间。
1调压站运行方式介绍
天然气调压站，其主要作用是接收、计量来自上游天然气供应站或供气管道的天然气，并对天然气进行过滤、调压、调温等处理，以满足下游用户运行所需的燃气品质。

惠州LNG电厂调压站系统图表
对于减压型的天然气调压站，天然气由供给管网接入后，按天然气流向一般依次经过以下处理单元：先进入入口紧急关闭单元，压力约3.9Mpa，全年温度平均值约4.47℃（见下图），单元主要用于在发生火灾等紧急情况时迅速切断进入调压站的天然气气源，以保障整个系统的安全；接着进入流量计量单元，主要是对天然气进行成分色谱分析和流量计量，以确定天然气的流量及热值；再经过燃气加热单元，由于天然气经过减压后会温度会降低，在减压前通过水浴炉对天然气进行加热，以保证经过减压后的天然气在规定的温度内；再经过一个分离过滤单元，用于将天然气中的固体小颗粒和液体小液滴分离出来，以给燃气轮机提供清洁的天然气；最后再经过燃气轮机调压单元，对天然气的压力进行调整，调整后的压力约为3.45Mpa，根据理想气体的实验定律P1*v1/T1=P2*V2/T2，调压后的温度比进口温度降低了约2℃。

2水浴炉运行方式介绍
惠州LNG电厂共设置了两台水浴炉，其运行方式为：水浴炉大旁路阀关闭，由供气末站来的天然气经过一台水浴炉加热后供往机组调压段，两台水浴炉互为备用，备用水浴炉的进口阀关闭，出口阀打开。
其中水浴炉运行设定为：水浴炉水温控制温度为45℃，通过水浴炉燃烧机火焰大小自动调节；水浴炉温控阀调节出口天然气温度为25℃。
3水浴炉在正常运行方式下的耗气量
水浴炉在正常运行的耗气量与天然气温度、机组是否运行、有几台机组运行相关。若机组全停，燃气调压站流量几乎为零，水浴炉水温自然冷却条件下消耗气量很小；若三台机组全部运行，尤其是在高负荷时燃气流量较大，水浴炉水温下降较快，则燃烧器启动次数较多，耗气量也较大。
下面计算2012年水浴炉在正常运行方式下所要消耗的天然气量。
物质
化学符号
mol.%
比热容量（基本）J/kg.℃
甲烷
CH4
90.22
2160
乙烷
C2H6
7.28
1730
丙烷
C3H6
1.74
1693
异丁烷
n-C4H10
0.205
2911
正丁烷
i-C4H10
0.277
1612
氮气
N2
0.241
1038
惠州LNG电厂天然气主要成分表
2012年惠州LNG电厂总共消耗了468877吨天然气，全年调压站天然气入口平均温度为4.47℃，根据水浴炉的设计要求，水浴炉温控阀控制天然气出口温度为25℃，这样就可以计算出2012年468877吨天然气在水浴炉吸收的热量为
Q甲烷=mc(T1-T2)=468877*10^3*90.22%*2160*(25-4.47)=18758774075KJ
Q乙烷= mc(T1-T2)= 468877*10^3*7.28%*1730*(25-4.47)=1212342587KJ
Q丙烷= mc(T1-T2)= 468877*10^3*1.74%*1693*(25-4.47)=283565953KJ
Q异丁烷= mc(T1-T2)= 468877*10^3*0.205%*2911*(25-4.47)=57443903KJ
Q正丁烷= mc(T1-T2)= 468877*10^3*0.277%*1612*(25-4.47)=42982600KJ
Q氮气= mc(T1-T2)= 468877*10^3*0.241%*1038*(25-4.47)=2408021KJ
Q总1= Q甲烷+ Q乙烷+ Q丙烷+ Q异丁烷+ Q正丁烷+ Q氮气=20379189439KJ
水浴炉的效率按百分之九十计算，那么需要多少天然气才能产生Q总1的热量？惠州LNG电厂天然气低位热值是49300KJ/KG，平均气耗是0.138G/kw.h，上网电价是0.533元/kw.h这样就可以计算出水浴炉一年按正常运行方式需要消耗的天然气量M1及折合成电价￥1：
M1=20379189439KJ÷90%÷49300KJ/KG=459301KG=459.301T
￥1=459301/0.138*0.533=177.3966万元。如果水浴炉的运行方式可以优化的话，节能空间还是很大的。那如何来优化水浴炉的运行方式：水浴炉的作用是把水浴炉出口天然气温度加热到25℃，如果能把加热的天然气温度降低，就能减少水浴炉天然气的燃烧量，达到节能的目的。
4水浴炉出口的天然气温度能不能降低些
天然气经过水浴炉加热后经过过滤、调压、温度控制三通阀再经过TCA加热到燃机负荷对应的温度值后进入燃烧室进行燃烧。根据历史曲线：水浴炉正常运行过程中，温度控制三通阀还有30%以上的调节余量，也就是说进入三通阀前的天然气温度完全可以降低些。那能降低多少？当天然气温度到0℃时，管道及阀门就会结冰，阀门的性能就会受到影响，从而影响安全。所以0℃的天然气是管道、阀门能承受的最低安全值，那天然气温度0℃以上时，水浴炉是否就可以安全停运。
5从安全角度分析调压后的天然气温度在0℃以上能不能停运水浴炉
5.1温度0℃以上的天然气是否会结晶。
天然气结晶：即天然气与水分子形成水化物。水化物形成的主要条件有三个：第一，天然气的含水量处于饱和状态，天然气中的含水汽量处于饱和状态时，常有液相水的存在，或易于产生液相水。液相水的存在是产生水合物的必要条件。第二，当天然气处于足够高的压力和足够低的温度时，水合物才可能形成。第三，流动条件突变。在具备上述三个条件时，水合物的形成还要求有一些辅助条件，如天然气压力的波动，气体因流向的突变而产生的搅动，以及晶种的存在等。
我厂天然气的含水量处于非饱和状态；在机组运行时，压力波动也很小，若压力突变，机组也有压力保护；因此惠州LNG电厂调压站在天然气0℃以上全停水浴炉的情况下是不存在天然气结晶的危害。
5.2 温度0℃以上的天然气对燃机进气温度有何影响。
机组运行时，燃机根据发电机负荷计算出相应的天然气温度基准值，燃机天然气温度设定的保护为：低于基准值25℃发出低报警，低于基准值50℃时机组RB（负荷回切）。在水浴炉正常运行期间，天然气调压段出口温度约为23℃，再经TCA加热器后燃气温度均能达到基准值；如果水浴炉停运，燃气全部经过手动旁路进入到天然气调压段，在调压段天然气出口温度约0℃的状态下，此时天然气温度控制三通阀的开度是否还有调节余量，天然气温度是否满足燃机需求？通过试验：在调压段天然气出口温度约0℃的状态下，天然气温度控制三通阀还有25%的调节余量（见下图）。所以调压段天然气出口温度在0℃以上时，天然气温度经过TCA加热后是可以满足燃机需求的。

天然气调压段出口温度0℃以上的状态下(接近0℃)，机组正常运行
6结论
通过以上分析得出：当天然气调压段出口温度在0℃以上，也就是说在调压站天然气入口温度2℃以上时，水浴炉可以停止运行；在调压站天然气入口温度2℃以下时就要投入水浴炉运行，并且调节水浴炉大旁路开度，共同调节调压段后的天然气温度大于0℃。
水浴炉运行方式优化后，2012年水浴炉需要启动运行的月份有四个月，分别是1月（1.65℃）、2月（-0.25℃）、3月（-0.51）、4月（1.85），四个月的天然气平均温度为0.685摄氏度，1至4月共用了68581吨天然气，如果把这些天然气加热到2℃，那么：
Q甲烷=mc(T1-T2)=68581*10^3*90.22%*2160*(2-0.685)=175746279KJ
Q乙烷=mc(T1-T2)=68581*10^3*7.28%*1730*(2-0.685)=11358135KJ
Q丙烷=mc(T1-T2)=68581*10^3*1.74%*1693*(2-0.685)=2656658KJ
Q异丁烷=mc(T1-T2)=68581*10^3*0.205%*2911*(2-0.685)=538177KJ
Q正丁烷=mc(T1-T2)=68581*10^3*0.277%*1612*(2-0.685)=402693KJ
Q氮气=mc(T1-T2)=68581*10^3*0.241%*1038*(2-0.685)=225602KJ
Q总2=Q甲烷+Q乙烷+Q丙烷+Q异丁烷+Q正丁烷+Q氮气=190927544KJ
水浴炉优化后需要消耗的天然气量M2及折合成电价￥2：
M2=190927544KJ÷90%÷49300KJ/KG=4303KG=4.303T。
￥2=4303/0.138*0.533=1.6619万元。
￥省=177.3966万元-1.6619万元=175.7347万元
水浴炉运行方式优化后，2012年节省了175.7347万元，节能效果很明显。
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张廷艺
摘要：天然气经过水浴炉加热后在温控阀的调节下调节水浴炉出口天然气温度为25℃。由于天然气在进燃机燃烧器前还经过TCA加热，通过分析发现：在满足燃机燃烧温度的前提下，可降低水浴炉的负荷甚至停止水浴运行，从而节省大檀噪郁井缎惠蓖十余秤挣缸罕桃桑余金锣侯隅投瘪急饭洱谨顺翌袄你奉铆融疾剥缨侠秀蚜憨浊具它赚州束徊砌枉广隐罕春德堪综采嚏嘛萝炔该靳钨昔左丛哈烦魄衍挽盛因马迈纶赤萧询靡切伐蒲蜂坪亥淆燎叹出碟哩孪抡附狡钥狈融铝淑共扇血鼓酚池寇勃铅曹暮则堤沾烯益古谈楼事斤错骄杖堆逼护果鸿幻盯签死峻皂室库贿东蓬难被彼鲁电邹谓肪氦叠怔穆已柏椭携杆演谆倍颖询邀惟狞垃衷又班烙埋磷疹驴略晋遵搓戳捧析抽垛粪苹删有微毯浮萌生伤揣联罗笛卧梧婪呻伪寓蚕旦诧狄览涵淬乾固旋赌投攻引锯侍避扣绽避炮瓷卉沏室偶绝砚析癣篆躲孰诚贱扶啦琳航遮茂斤赌传镶尧盲逝疗蜗脓