天然氣調(diào)壓站項目換熱器的優(yōu)化設(shè)計

盧紅升　高巖

天然氣調(diào)壓站因工藝要求對天然氣進行調(diào)壓，降壓和增壓都會使天然氣溫度變化，這兩個過程都需要換熱器來對變化的溫度進行調(diào)節(jié)。

降壓時溫度下降，為了保證供氣溫度滿足蒸汽輪機運行以及不腐蝕管道和設(shè)備的要求，需要對天然氣進行加熱，使其達到燃?xì)廨啓C的使用溫度。

天然氣場站一般配置增壓機對天然氣實施增壓，增壓機壓縮做功會產(chǎn)生大量的熱，過高的溫度不利于管道輸送，也不能滿足天然氣燃機設(shè)備的運行要求。為了降低天然氣溫度，在增壓機后加裝冷卻器，將天然氣的溫度控制在一定范圍內(nèi)。

從國內(nèi)已建燃?xì)庹{(diào)壓站來看，加熱單元和增壓機后冷卻器一般采用列管式換熱器，冷卻水一般取自電廠的閉式冷卻水，壓力一般為0.7～0.8MPa，加熱蒸汽壓力一般為1.0～1.3MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于增壓后的天然氣壓力，一旦運行中冷卻器管束發(fā)生天然氣泄漏至閉式冷卻水系統(tǒng)（閉式冷卻水系統(tǒng)為給水泵、空壓機等遍布全廠輔機的冷卻系統(tǒng)） ，天然氣會隨冷卻水回水流出，并在冷卻水漏水點漏出并聚集，在達到天然氣爆炸極限時遇明火發(fā)生爆炸事故，給電廠帶來巨大的安全隱患。

為避免天然氣經(jīng)換熱器發(fā)生泄漏，目前最常用的是采用雙管式換熱器。雙管式換熱器一般從國外進口，如德國的GEA換熱器和FUNKE換熱器，其原理為換熱器管束為雙層套管，并在雙層套管中灌注導(dǎo)熱性能好的導(dǎo)熱油或其他物質(zhì)，結(jié)構(gòu)見圖1。如果運行中換熱器冷卻管束發(fā)生泄漏，天然氣首先泄漏至雙層套管的中間夾層，隨著天然氣泄漏量的增大，中間夾層壓力升高，在達到設(shè)定的壓力值時開關(guān)動作并報警，提醒維護人員對冷卻器進行檢查，因此雙管式換熱器即使在一層管束泄漏后也不會對系統(tǒng)安全性造成影響。

雙管式換熱器主要依賴于國外進口，目前燃?xì)怆姀S多采用德國GEA和德國FUNKE雙管式換熱器，性能安全穩(wěn)定，但雙管式換熱器價格非常昂貴，單臺換熱器一般在100萬元以上，普通用戶較難承受。

如果采用單管雙管板換熱器，在滿足用戶使用要求的前提下，不僅可以大幅度提高換熱效率，節(jié)約50%的成本，而且還能實現(xiàn)國產(chǎn)化。

單管雙管板換熱器（圖2），因為采用單管，換熱效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于雙管式換熱器，并且能夠防止殼程（或管程 ）漏出的流體混進管程（或殼程 ），即雙管板間的隔離腔把管程與殼程介質(zhì)完全分隔開。

為防止介質(zhì)混合，一般可在內(nèi)外管板間的空腔上增加放空回收裝置，供日常定期檢查預(yù)防事故以及在內(nèi)管板發(fā)生泄漏時排放，使得管殼程介質(zhì)切實被內(nèi)外兩層管板隔離。同時，可以通過從集液腔內(nèi)流出的介質(zhì)可以判斷出是管程泄漏還是殼程泄漏。

雙管式換熱器（圖1）內(nèi)管和外管的環(huán)形間隙一般采用抽真空和充導(dǎo)熱油兩種方式，跟雙管板換熱器相比較，總傳熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者。經(jīng)多方查閱文獻資料并和制造廠家技術(shù)人員交流，充導(dǎo)熱油型式換熱面積雙管式換熱器是雙管板換熱器的1.5倍以上，抽真空型式換熱面積雙管式換熱器是雙管板換熱器的2倍以上，加上壟斷性生產(chǎn)，雙管式換熱器的價格超過雙管板換熱器的2倍。

目前單管雙管板換熱器在化工領(lǐng)域已經(jīng)有成熟的應(yīng)用，效果良好。并可以采用換熱器模擬設(shè)計軟件HTFS或HTRI進行換熱器流場和熱力的模擬，設(shè)計和制造都不存在難度。

相比雙管換熱器，傳熱效率高、成本低的單管雙管板換熱器有很大的優(yōu)勢，相信會有很大的市場潛力，在天然氣調(diào)壓站中得到廣泛的應(yīng)用。