CN114935111B - 一种天然气门站加热系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种天然气门站加热系统及方法。所述系统包括：主控单元，通过网络与主控单元相连的安装在门站进口处的处气质分析仪、水露点仪和加热器，还包括与主控单元相连的环境温湿度传感器和天然气传感器模块；主控单元根据气质分析仪输出的气质组分、水露点仪输出的水露点以及环境温湿度传感器和天然气传感器模块输出的数据，计算使天然气满足安全运行要求且加热器能耗最小的最佳温度，并根据所述最佳温度与天然气实际温度的温度差控制加热器的开度，使天然气实际温度略大于所述最佳温度。本发明不仅能够确保降压后天然气温度满足安全运行要求，还能使加热器能耗最小。
Description
技术领域
本发明属于加热及能耗控制技术领域，具体涉及一种天然气门站加热系统及方法。
背景技术
天然气从上游长输管线输送到下游城市，需要通过城市门站再进入城市燃气输配管网，分配给下游用户。门站内主要是对上游输送过来较高压力的天然气(一般设计压力为4.0MPa)进行过滤、计量、加臭、调压后输送到下一级压力的管网(设计压力2.5MPa)。但大部分门站周边会有用户用气需求，会根据周边用户的情况，再进行分级调压后输送到下游。有时会将运行压力3.8MPa天然气经过三级调压调整到0.22MPa。调压器调压是一个节流过程，会产生焦耳－汤姆逊效应，引起压降和温降。天然气压力每降低1.0MPa，管道内天然气温度会下降5℃左右，这会使得管道内天然气的温度很低；受此影响，管道内天然气含水量较高时管道内容易形成水合物，而管内天然气温度较低时会低于室外空气露点温度，易在管道及设备部件外部结霜或者发生冻结，影响设备操作。为了应对这种情况，避免产生安全隐患和对管道及设备造成不利影响，部分门站设置了管道加热装置，比如燃气热水锅炉、电加热器、换热器等，用来对调压前天然气进行加热升温，确保降压后天然气温度满足安全运行要求。
然而，加热设备需要将燃气温度升高到多少度既能满足安全运行要求，又能保证在当前双碳(碳达峰与碳中和的简称)发展的目标下的能耗精准控制，减少浪费能源，是一个需要解决的问题。为此，本发明给出一种针对门站加热设备在满足运行安全的前提下的能耗控制方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种天然气门站加热系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
第一方面，本发明提供一种天然气门站加热系统，包括：主控单元，通过网络与主控单元相连的安装在门站进口处的处气质分析仪、水露点仪和加热器，还包括与主控单元相连的环境温湿度传感器和天然气传感器模块；天然气传感器模块包括：安装在门站进口处的进口温度传感器和进口压力传感器，安装在加热器出口处的加热温度传感器，安装在一级调压器后的一级温度传感器和的一级压力传感器，安装在二级调压器后的二级温度传感器和的二级压力传感器，安装在三级调压器后的三级温度传感器和的三级压力传感器；主控单元根据气质分析仪输出的气质组分、水露点仪输出的水露点以及环境温湿度传感器和天然气传感器模块输出的数据，计算使天然气满足安全运行要求且加热器能耗最小的最佳温度，并根据所述最佳温度与天然气实际温度的温度差控制加热器的开度，使天然气实际温度略大于所述最佳温度。
进一步地，所述最佳温度的计算方法包括：
计算一级调压后天然气水合物生成的临界温度Tg1；
利用焦耳－汤姆逊效应计算模型，基于一级调压后的所述Tg1反算门站进口处天然气应加热到的温度Tg2；
获取当前时刻的空气温度和相对湿度，根据Magnus空气露点温度计算公式，计算当前时刻的空气露点温度To1；
利用焦耳－汤姆逊效应计算模型，基于空气露点温度To1及门站最低出口压力，反算门站进口处天然气应加热到的温度To2；
若当前时刻的天然气温度小于0度且小于To1，则取Tg2和To2中的最大值为最佳温度；否则取Tg2为最佳温度。
更进一步地，一级调压器后的所述Tg1的计算方法包括：
S1、设定温度T的初始值T0及迭代步长ΔT；
S2、计算每个组分形成的基础水合物在混合基础水合物中所占的摩尔分率xci，i＝1,2,…,N，N为组分的个数，方法如下：
PR状态方程用逸度系数即逸度与压力的比值表示为：
A＝aP/(RT)，B＝bP/(RT)
ai＝0.45723(RTci)2/Pci×αi，bi＝0.07796RTci/Pci
αi＝[1+mi(1-Tri 0.5)]2，Tri＝T/Tci
mi＝(0.37464+1.54226ωi-0.26992ωi 2)
式中，Z＝PV/(RT)为压缩因子，R为气体常数，P为一级调压器后的气体压力，V为气体摩尔体积，T为气体温度，a、b、ai、bi均为与天然气组分的种类及状态有关的常量，xi为第i个组分的摩尔分数，Tci、Pci、Tri分别为第i个组分的临界温度、临界压力和对比温度，αi为分子间引力参数，mi第i个组分的特征常数，Kij为二元交互系数，通过对实验数据回归得到；
按下式计算第i个组分的逸度fi：
按下式计算第i个组分的最小逸度fi 0：
式中，θj为被第j个组分占据的连接孔的分率，Ai、Bi、Ci通过实验获得，Aij为二元交互作用参数，cj为Langmuir常数，Xj、Yj、Zj为Antoine常数；忽略气体中含有抑制剂且气体在水中的溶解度时，aw＝1；对于I型水合物，β＝4.242×10-6，λ2＝3/23；对于Ⅱ型水合物，β＝1.0224×10-5，λ2＝1/17；
按下式计算xci：
式中，对于I型水合物，α＝1/3；对于II型水合物，α＝2；
S3、如果大于设定的阈值，则更新T＝T+ΔT后转S2进行下一迭代过程；否则，停止迭代，此时的T即为所求Tg1。
更进一步地，所述Tg2的计算方法包括：
SS1、采用余焓法计算一级调压后温度Tg1对应的焓h；
SS2、设定温度t的初始值t0；
SS3、计算第n次迭代温度tn对应的焓hn；
SS4、如果|h-hn|大于设定的阈值，则更新tn+1＝tn+Δt后转SS3进行下一迭代过程；否则，停止迭代，Tg2＝tn。
更进一步地，所述To1的计算公式为：
式中，t、φ分别为当前时刻的环境温度和相对湿度。
第二方面，本发明提供应用所述系统进行加热的方法，包括以下步骤：
实时获取气质分析仪输出的气质组分、水露点仪输出的水露点、传感器模块输出的数据；
基于获取的数据计算使天然气满足安全运行要求且加热器能耗最小的最佳温度；
根据所述最佳温度与温度传感器输出的天然气实际温度的温度差控制加热器的开度，使天然气实际温度略大于所述最佳温度。
进一步地，所述最佳温度的计算方法包括：
计算一级调压后天然气水合物生成的临界温度Tg1；
利用焦耳－汤姆逊效应计算模型，基于一级调压后的所述Tg1反算门站进口处天然气应加热到的温度Tg2；
获取当前时刻的空气温度和相对湿度，根据Magnus空气露点温度计算公式，计算当前时刻的空气露点温度To1；
利用焦耳－汤姆逊效应计算模型，基于空气露点温度To1及门站最低出口压力，反算门站进口处天然气应加热到的温度To2；
若当前时刻的天然气温度小于0度且小于To1，则取Tg2和To2中的最大值为最佳温度；否则取Tg2为最佳温度。
更进一步地，一级调压器后的所述Tg1的计算方法包括：
S1、设定温度T的初始值T0及迭代步长ΔT；
S2、计算每个组分形成的基础水合物在混合基础水合物中所占的摩尔分率xci，i＝1,2,…,N，N为组分的个数，方法如下：
PR状态方程用逸度系数即逸度与压力的比值表示为：
A＝aP/(RT)，B＝bP/(RT)
ai＝0.45723(RTci)2/Pci×αi，bi＝0.07796RTci/Pci
αi＝[1+mi(1-Tri 0.5)]2，Tri＝T/Tci
mi＝(0.37464+1.54226ωi-0.26992ωi 2)
式中，Z＝PV/(RT)为压缩因子，R为气体常数，P为一级调压器后的气体压力，V为气体摩尔体积，T为气体温度，a、b、ai、bi均为与天然气组分的种类及状态有关的常量，xi为第i个组分的摩尔分数，Tci、Pci、Tri分别为第i个组分的临界温度、临界压力和对比温度，αi为分子间引力参数，mi第i个组分的特征常数，Kij为二元交互系数，通过对实验数据回归得到；
按下式计算第i个组分的逸度fi：
按下式计算第i个组分的最小逸度fi 0：
式中，θj为被第j个组分占据的连接孔的分率，Ai、Bi、Ci通过实验获得，Aij为二元交互作用参数，cj为Langmuir常数，Xj、Yj、Zj为Antoine常数；忽略气体中含有抑制剂且气体在水中的溶解度时，aw＝1；对于I型水合物，β＝4.242×10-6，λ2＝3/23；对于Ⅱ型水合物，β＝1.0224×10-5，λ2＝1/17；
按下式计算xci：
式中，对于I型水合物，α＝1/3；对于II型水合物，α＝2；
S3、如果大于设定的阈值，则更新T＝T+ΔT后转S2进行下一迭代过程；否则，停止迭代，此时的T即为所求Tg1。
更进一步地，所述Tg2的计算方法包括：
SS1、采用余焓法计算一级调压后温度Tg1对应的焓h；
SS2、设定温度t的初始值t0；
SS3、计算第n次迭代温度tn对应的焓hn；
SS4、如果|h-hn|大于设定的阈值，则更新tn+1＝tn+Δt后转SS3进行下一迭代过程；否则，停止迭代，Tg2＝tn。
更进一步地，所述To1的计算公式为：
式中，t、φ分别为当前时刻的环境温度和相对湿度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
本发明通过设置主控单元以及通过网络与主控单元相连的安装在门站进口处的处气质分析仪、水露点仪和加热器，还包括与主控单元相连的环境温湿度传感器和天然气传感器模块，主控单元根据气质分析仪输出的气质组分、水露点仪输出的水露点以及环境温湿度传感器和天然气传感器模块输出的数据，计算使天然气满足安全运行要求且加热器能耗最小的最佳温度，并根据所述最佳温度与天然气实际温度的温度差控制加热器的开度，使天然气实际温度略大于所述最佳温度。本发明不仅能够确保降压后天然气温度满足安全运行要求，还能使加热器能耗最小。
附图说明
图1为本发明实施例一种天然气门站加热系统的方框图，图中：1-主控单元，2-气质分析仪，3-水露点仪，4-天然气传感器模块，5-环境温湿度传感器，6-加热器。
图2为天然气门站加热设备运行示意图。
图3为本发明实施例应用所述系统进行加热的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例一种天然气门站加热系统的方框图，包括：主控单元1，通过网络与主控单元1相连的安装在门站进口处的处气质分析仪2、水露点仪3和加热器6，还包括与主控单元1相连的环境温湿度传感器5和天然气传感器模块4；天然气传感器模块4包括：安装在门站进口处的进口温度传感器和进口压力传感器，安装在加热器6出口处的加热温度传感器，安装在一级调压器后的一级温度传感器和的一级压力传感器，安装在二级调压器后的二级温度传感器和的二级压力传感器，安装在三级调压器后的三级温度传感器和的三级压力传感器；主控单元1根据气质分析仪2输出的气质组分、水露点仪3输出的水露点以及环境温湿度传感器5和天然气传感器模块4输出的数据，计算使天然气满足安全运行要求且加热器6能耗最小的最佳温度，并根据所述最佳温度与天然气实际温度的温度差控制加热器6的开度，使天然气实际温度略大于所述最佳温度。
本实施例中，所述系统主要由主控单元1、气质分析仪2、水露点仪3、加热器6、环境温湿度传感器5和天然气传感器模块4组成，各模块的电连接关系如图1所示。天然气门站加热设备运行示意图如图2所示。
下面分别对各个模块进行介绍。
气质分析仪2，安装在门站进口处，主要用于测量门站进口天然气气质组分。
水露点仪3：安装在门站进口处，主要用于测量门站进口天然气水露点。
环境温湿度传感器5，主要用于测量门站环境的温湿度数据。
天然气传感器模块4，由多个温度传感器和压力传感器组成，主要用于测量不同位置天然气的压力和温度数据。具体包括：安装在门站进口处的进口温度传感器和进口压力传感器，用于测量进口处天然气的温度和压力；安装在加热器6出口处的加热温度传感器，主要用于测量加热后天然气的温度；分别安装在一级～三级调压器后的一级温度传感器和的一级压力传感器、二级温度传感器和的二级压力传感器、三级温度传感器和的三级压力传感器，主要用于分别测量三个调压器后天然气的温度和压力。
加热器6，安装在门站进口处，主要用于在主控单元1的控制下对天然气进行加热。所述加热器6应是可程控的，也就是说其启停及开度大小(输出功率大小)可以由主控单元1通过网络下发的指令进行自动精确控制。加热器6的额定功率等指标根据门站天然气负载大小确定。
主控单元1，是所述系统的控制与数据处理中心，实现所有的数据处理任务，并通过输出各种控制信号协调各模块的工作。具体地，主控单元1实时获取气质分析仪2、水露点仪3及各传感器输出的数据，并基于所述数据计算使天然气满足安全运行要求且加热器6能耗最小的最佳温度，并根据所述最佳温度与天然气实际温度的温度差输出控制指令，自动调整加热器6的开度(一般温差越大开度也越大)，使天然气实际温度始终略大于(一般设置为1～2℃)所述最佳温度。如此设计，不仅可以确保降压后天然气温度满足安全运行要求，还能使加热器6能耗最小。
作为一可选实施例，所述最佳温度的计算方法包括：
计算一级调压后天然气水合物生成的临界温度Tg1；
利用焦耳－汤姆逊效应计算模型，基于一级调压后的所述Tg1反算门站进口处天然气应加热到的温度Tg2；
获取当前时刻的空气温度和相对湿度，根据Magnus空气露点温度计算公式，计算当前时刻的空气露点温度To1；
利用焦耳－汤姆逊效应计算模型，基于空气露点温度To1及门站最低出口压力，反算门站进口处天然气应加热到的温度To2；
若当前时刻的天然气温度小于0度且小于To1，则取Tg2和To2中的最大值为最佳温度；否则取Tg2为最佳温度。
本实施例给出了计算最佳温度的一种技术方案。大部分天然气门站周边都有用户用气需求，需要对天然气进行分级调压后输送到下游。调压器调压是一个节流过程，会产生焦耳－汤姆逊效应，引起压降和温降，这会使得管道内天然气的温度很低。受此影响，管道内天然气含水量较高时管道内容易形成水合物，而管内天然气温度较低时会低于室外空气露点温度，易在管道及设备部件外部结霜或者发生冻结，影响设备操作。因此，为了保障设备安全，应使门站内天然气的温度大于天然气水合物生成的临界温度和空气露点温度，因此所述最佳温度应为分别将所述临界温度和空气露点温度反算到门站进口处的温度最大值，也就是说加热器6出口处的天然气温度应保持在所述最大值之上。为了得到所述最大值，本实施例首先计算一级调压后的所述临界温度Tg1，再利用焦耳－汤姆逊效应计算模型，将Tg1反算到门站进口处天然气应加热到的温度Tg2；然后，先计算当前时刻的空气露点温度To1，再采取与反算Tg2相同的方法，将To1反算到门站进口处天然气应加热到的温度To2。如果当前时刻的天然气温度T2＜To1，且T2＜0℃，此时管道会出现结霜的情况，因此取Tg2和To2中的最大值为最佳温度；其余情况下，管道不会出现结冰情况，因此满足水合物不生成条件即可，取Tg2为最佳温度。
作为一可选实施例，一级调压后的所述Tg1的计算方法包括：
S1、设定温度T的初始值T0及迭代步长ΔT；
S2、计算每个组分形成的基础水合物在混合基础水合物中所占的摩尔分率xci，i＝1,2,…,N，N为组分的个数，方法如下：
PR状态方程用逸度系数即逸度与压力的比值表示为：
A＝aP/(RT)，B＝bP/(RT)
ai＝0.45723(RTci)2/Pci×αi，bi＝0.07796RTci/Pci
αi＝[1+mi(1-Tri 0.5)]2，Tri＝T/Tci
mi＝(0.37464+1.54226ωi-0.26992ωi 2)
式中，Z＝PV/(RT)为压缩因子，R为气体常数，P为调压器后的气体压力，V为气体摩尔体积，T为气体温度，a、b、ai、bi均为与天然气组分的种类及状态有关的常量，xi为第i个组分的摩尔分数，Tci、Pci、Tri分别为第i个组分的临界温度、临界压力和对比温度，αi为分子间引力参数，mi、ωi分别为第i个组分的特征常数和偏心因子，Kij为二元交互系数，通过对实验数据回归得到；
按下式计算第i个组分的逸度fi：
按下式计算第i个组分的最小逸度fi 0：
式中，θj为被第j个组分占据的连接孔的分率，Ai、Bi、Ci通过实验获得，Aij为二元交互作用参数，cj为Langmuir常数，Xj、Yj、Zj为Antoine常数；忽略气体中含有抑制剂且气体在水中的溶解度时，aw＝1；对于I型水合物，β＝4.242×10-6，λ2＝3/23；对于Ⅱ型水合物，β＝1.0224×10-5，λ2＝1/17；
按下式计算在混合基础水合物中第i个组分所占的摩尔分数xci：
式中，对于I型水合物，α＝1/3；对于II型水合物，α＝2；
S3、如果大于设定的阈值，则更新T＝T+ΔT后转S2进行下一迭代过程；否则，停止迭代，此时的T即为所求Tg1。
本实施例给出了计算Tg1的一种技术方案。本实施例采用迭代法计算Tg1。通过对T赋初值，以固定步长ΔT(如ΔT＝0.01)对T进行更新。由于在天然气水合物生成的临界温度下，xci(在混合基础水合物中第i个组分所占的摩尔分数)理论上满足因此，本实施例以/>小于设定的阈值为停止迭代的条件，也就是在每个迭代过程中计算xci，当满足所述条件时退出迭代，此时的T就是所求的Tg1。上面给出了迭代过程的详细技术方案，这里不再展开详细说明。值得说明的是，计算过程涉及很多参数，如Ai、Bi、Ci等，这些参数可通过实验获得，也可引用现有公开文献上的数据。
作为一可选实施例，所述Tg2的计算方法包括：
SS1、采用余焓法计算一级调压后温度Tg1对应的焓h；
SS2、设定温度t的初始值t0和迭代步长Δt；
SS3、计算第n次迭代温度tn对应的焓hn；
SS4、如果|h-hn|大于设定的阈值，则更新tn+1＝tn+Δt后转SS3进行下一迭代过程；否则，停止迭代，Tg2＝tn。
本实施例给出了由Tg1反算Tg2的一种技术方案。Tg2的计算基于调压节流过程焓不变的原理，所以需要先根据一级调压后的温度计算焓h，再根据加热设备出口即门站进口处的焓等于h反算出Tg2。其中焓的计算同样基于PR方程并采用余焓法进行计算，即实际焓值等于理想焓h0和余焓hr相加的和：
式中，为气体混合物低压下的比定压热容，/>为基准态的焓，其它量的含义见前面说明。
本实施例同样采用迭代法计算Tg2。先设定温度t的初始值，将第n次迭代温度tn代入上式计算其对应的焓hn，如果hn与h的误差的绝对值小于设定的阈值，则停止迭代，此时的tn即为所求Tg2；否则，更新温度tn+1＝tn+Δt后进行下一迭代过程。
由露点温度To1反算To2的方法与Tg1反算Tg2的方法基本相同，所不同的是需要先从三级调压后的空气露点温度反算至二级调压、一级调压，最后反算至加热设备出口即门站进口处的温度To2。
作为一可选实施例，所述To1的计算公式为：
式中，t、φ分别为当前时刻的环境温度和相对湿度。
本实施例给出了根据环境温度和湿度计算空气露点温度的公式。环境温度和湿度由环境温湿度传感器5获得。该公式是一个经验公式，这里不做过多的说明。
图3为本发明实施例一种应用所述系统进行加热的方法的方框图，包括以下步骤：
步骤101，实时获取气质分析仪2输出的气质组分、水露点仪3输出的水露点、传感器模块输出的数据；
步骤102，基于获取的数据计算使天然气满足安全运行要求且加热器6能耗最小的最佳温度；
步骤103，根据所述最佳温度与温度传感器输出的天然气实际温度的温度差控制加热器6的开度，使天然气实际温度略大于所述最佳温度。
本实施例的方法，与图1所示系统实施例的技术方案相比，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。后面的实施例也是如此，均不再展开说明。
作为一可选实施例，所述最佳温度的计算方法包括：
计算一级调压后天然气水合物生成的临界温度Tg1；
利用焦耳－汤姆逊效应计算模型，基于一级调压后的所述Tg1反算门站进口处天然气应加热到的温度Tg2；
获取当前时刻的空气温度和相对湿度，根据Magnus空气露点温度计算公式，计算当前时刻的空气露点温度To1；
利用焦耳－汤姆逊效应计算模型，基于空气露点温度To1及门站最低出口压力，反算门站进口处天然气应加热到的温度To2；
若当前时刻的天然气温度小于0度且小于To1，则取Tg2和To2中的最大值为最佳温度；否则取Tg2为最佳温度。
作为一可选实施例，一级调压器后的所述Tg1的计算方法包括：
S1、设定温度T的初始值T0及迭代步长ΔT；
S2、计算每个组分形成的基础水合物在混合基础水合物中所占的摩尔分率xci，i＝1,2,…,N，N为组分的个数，方法如下：
PR状态方程用逸度系数即逸度与压力的比值表示为：
A＝aP/(RT)，B＝bP/(RT)
ai＝0.45723(RTci)2/Pci×αi，bi＝0.07796RTci/Pci
αi＝[1+mi(1-Tri 0.5)]2，Tri＝T/Tci
mi＝(0.37464+1.54226ωi-0.26992ωi 2)
式中，Z＝PV/(RT)为压缩因子，R为气体常数，P为一级调压器后的气体压力，V为气体摩尔体积，T为气体温度，a、b、ai、bi均为与天然气组分的种类及状态有关的常量，xi为第i个组分的摩尔分数，Tci、Pci、Tri分别为第i个组分的临界温度、临界压力和对比温度，αi为分子间引力参数，mi第i个组分的特征常数，Kij为二元交互系数，通过对实验数据回归得到；
按下式计算第i个组分的逸度fi：
按下式计算第i个组分的最小逸度fi 0：
式中，θj为被第j个组分占据的连接孔的分率，Ai、Bi、Ci通过实验获得，Aij为二元交互作用参数，cj为Langmuir常数，Xj、Yj、Zj为Antoine常数；忽略气体中含有抑制剂且气体在水中的溶解度时，aw＝1；对于I型水合物，β＝4.242×10-6，λ2＝3/23；对于Ⅱ型水合物，β＝1.0224×10-5，λ2＝1/17；
按下式计算xci：
/>
式中，对于I型水合物，α＝1/3；对于II型水合物，α＝2；
S3、如果大于设定的阈值，则更新T＝T+ΔT后转S2进行下一迭代过程；否则，停止迭代，此时的T即为所求Tg1。
作为一可选实施例，所述Tg2的计算方法包括：
SS1、采用余焓法计算一级调压后温度Tg1对应的焓h；
SS2、设定温度t的初始值t0；
SS3、计算第n次迭代温度tn对应的焓hn；
SS4、如果|h-hn|大于设定的阈值，则更新tn+1＝tn+Δt后转SS3进行下一迭代过程；否则，停止迭代，Tg2＝tn。
作为一可选实施例，所述To1的计算公式为：
式中，t、φ分别为当前时刻的环境温度和相对湿度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种天然气门站加热系统，其特征在于，包括：主控单元，通过网络与主控单元相连的安装在门站进口处的处气质分析仪、水露点仪和加热器，还包括与主控单元相连的环境温湿度传感器和天然气传感器模块；天然气传感器模块包括：安装在门站进口处的进口温度传感器和进口压力传感器，安装在加热器出口处的加热温度传感器，安装在一级调压器后的一级温度传感器和的一级压力传感器，安装在二级调压器后的二级温度传感器和的二级压力传感器，安装在三级调压器后的三级温度传感器和的三级压力传感器；主控单元根据气质分析仪输出的气质组分、水露点仪输出的水露点以及环境温湿度传感器和天然气传感器模块输出的数据，计算使天然气满足安全运行要求且加热器能耗最小的最佳温度，并根据所述最佳温度与天然气实际温度的温度差控制加热器的开度，使天然气实际温度略大于所述最佳温度；
所述最佳温度的计算方法包括：
计算一级调压后天然气水合物生成的临界温度Tg1；
利用焦耳-汤姆逊效应计算模型，基于一级调压后的所述Tg1反算门站进口处天然气应加热到的温度Tg2；
获取当前时刻的空气温度和相对湿度，根据Magnus空气露点温度计算公式，计算当前时刻的空气露点温度To1；
利用焦耳-汤姆逊效应计算模型，基于空气露点温度To1及门站最低出口压力，反算门站进口处天然气应加热到的温度To2；
若当前时刻的天然气温度小于0度且小于To1，则取Tg2和To2中的最大值为最佳温度；否则取Tg2为最佳温度。
2.根据权利要求1所述的天然气门站加热系统，其特征在于，一级调压器后的所述Tg1的计算方法包括：
S1、设定温度T的初始值T0及迭代步长ΔT；
S2、计算每个组分形成的基础水合物在混合基础水合物中所占的摩尔分率xci，i＝1，2，…，N，N为组分的个数，方法如下：
PR状态方程用逸度系数即逸度与压力的比值表示为：
A＝aP/(RT)，B＝bP/(RT)
ai＝0.45723(RTci)2/Pci×αi，bi＝0.07796RTci/PCi
αi＝[1+mi(1-Tri 0.5)]2，Tri＝T/Tci
mi＝(0.37464+1.54226ωi-0.26992ωi 2)
式中，Z＝PV/(RT)为压缩因子，R为气体常数，P为一级调压器后的气体压力，V为气体摩尔体积，T为气体温度，a、b、ai、bi均为与天然气组分的种类及状态有关的常量，xi为第i个组分的摩尔分数，Tci、Pci、Tri分别为第i个组分的临界温度、临界压力和对比温度，αi为分子间引力参数，mi第i个组分的特征常数，Kij为二元交互系数，通过对实验数据回归得到；
按下式计算第i个组分的逸度fi：
按下式计算第i个组分的最小逸度fi 0：
式中，θj为被第j个组分占据的连接孔的分率，Ai、Bi、Ci通过实验获得，Aij为二元交互作用参数，cj为Langmuir常数，Xj、Yj、Zj为Antoine常数；忽略气体中含有抑制剂且气体在水中的溶解度时，aw＝1；对于I型水合物，β＝4.242×10-6，λ2＝3/23；对于Ⅱ型水合物，β＝1.0224×10-5，λ2＝1/17；
按下式计算xci：
式中，对于I型水合物，α＝1/3；对于II型水合物，α＝2；
S3、如果大于设定的阈值，则更新T＝T+ΔT后转S2进行下一迭代过程；否则，停止迭代，此时的T即为所求Tg1。
3.根据权利要求1所述的天然气门站加热系统，其特征在于，所述Tg2的计算方法包括：
SS1、采用余焓法计算一级调压后温度Tg1对应的焓h；
SS2、设定温度t的初始值t0；
SS3、计算第n次迭代温度tn对应的焓hn；
SS4、如果|h-hn|大于设定的阈值，则更新tn+1＝tn+Δt后转SS3进行下一迭代过程；否则，停止迭代，Tg2＝tn。
4.根据权利要求1所述的天然气门站加热系统，其特征在于，所述To1的计算公式为：
式中，t、φ分别为当前时刻的环境温度和相对湿度。
5.一种应用权利要求1所所述系统进行加热的方法，包括以下步骤：
实时获取气质分析仪输出的气质组分、水露点仪输出的水露点、传感器模块输出的数据；
基于获取的数据计算使天然气满足安全运行要求且加热器能耗最小的最佳温度；
根据所述最佳温度与温度传感器输出的天然气实际温度的温度差控制加热器的开度，使天然气实际温度略大于所述最佳温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，一级调压器后的Tg1的计算方法包括：
S1、设定温度T的初始值T0及迭代步长ΔT；
S2、计算每个组分形成的基础水合物在混合基础水合物中所占的摩尔分率xci，i＝1，2，…，N，N为组分的个数，方法如下：
PR状态方程用逸度系数即逸度与压力的比值表示为：
A＝aP/(RT)，B＝bP/(RT)
ai＝0.45723(RTci)2/Pci×αi，b＝0.07796RTci/Pci
αi＝[1+mi(1-Tri 0.5)]2，Tri＝T/Tci
mi＝(0.37464+1.54226ωi-0.26992ωi 2)
式中，Z＝PV/(RT)为压缩因子，R为气体常数，P为一级调压器后的气体压力，V为气体摩尔体积，T为气体温度，a、b、ai、bi均为与天然气组分的种类及状态有关的常量，xi为第i个组分的摩尔分数，Tci、Pci、Tri分别为第i个组分的临界温度、临界压力和对比温度，αi为分子间引力参数，mi第i个组分的特征常数，Kij为二元交互系数，通过对实验数据回归得到；
按下式计算第i个组分的逸度fi：
按下式计算第i个组分的最小逸度fi 0：
式中，θj为被第j个组分占据的连接孔的分率，Ai、Bi、Ci通过实验获得，Aij为二元交互作用参数，cj为Langmuir常数，Xj、Yj、Zj为Antoine常数；忽略气体中含有抑制剂且气体在水中的溶解度时，aw＝1；对于I型水合物，β＝4.242×10-6，λ2＝3/23；对于Ⅱ型水合物，β＝1.0224×10-5，λ2＝1/17；
按下式计算xci：
式中，对于I型水合物，α＝1/3；对于II型水合物，α＝2；
S3、如果大于设定的阈值，则更新T＝T+ΔT后转S2进行下一迭代过程；否则，停止迭代，此时的T即为所求Tg1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，Tg2的计算方法包括：
SS1、采用余焓法计算一级调压后温度Tg1对应的焓h；
SS2、设定温度t的初始值t0；
SS3、计算第n次迭代温度tn对应的焓hn；
SS4、如果|h-hn|大于设定的阈值，则更新tn+1＝tn+Δt后转SS3进行下一迭代过程；否则，停止迭代，Tg2＝tn。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述To1的计算公式为：
式中，t、φ分别为当前时刻的环境温度和相对湿度。
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