CN117803857A - 一种天然气自动加热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天然气自动加热系统及方法，包括：设置在天然气输送通道进气端的第一压力变送器，且天然气输送通道的进气端还设置有露点温度测量装置和流量测量装置；加热器，设置在天然气输送通道上，加热器与天然气输送通道的进气端之间设置有第一温度变送器；控制器，控制器用于根据第一压力变送器采集的压力值、第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值计算理论压降温度，并根据流量测量装置测量的管道瞬时流量，以及理论压降温度和露点温度测量装置采集的露点温度的差值控制加热器开启或关闭。该方案能够根据天然气运输过程中的实际运输参数实时进行加热器的开启或关闭，从而使天然气的加热控制更精准，避免造成资源的浪费。

Description

一种天然气自动加热系统及方法

技术领域

本发明涉及天然气输送技术领域，尤指一种天然气自动加热系统及方法。

背景技术

天然气在降压的时候需要吸热，气压通常每降2bar温度会降低1℃，如果进气温度低或是降压幅度大，天然气里面所含的水汽与烃类物质就会结冰，从而堵塞管道，影响供气，因此在温度低压降大的天然气场站内会设置天然气加热装置（电加热、水浴加热等等）。

现有技术中，对于天然气加热装置的启停一般有两种方式：一是人工启动，根据送气的时间与进气温度来启动加热器；二是自动启动，根据人工设定的温度值与天然气的温度值作比较自动启停及调节。这两种方式虽然都能解决加热的问题，但实际都是依赖工作人员的经验，并不精准。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然气自动加热系统及方法，解决现有技术中对天然气的加热控制时机不精准的问题。

本发明提供的技术方案如下：

本发明提供一种天然气自动加热系统，包括：设置在天然气输送通道进气端的第一压力变送器，且所述天然气输送通道的进气端还设置有露点温度测量装置和流量测量装置；

加热器，设置在所述天然气输送通道上，用于对所述天然气输送通道内的天然气进行加热，所述加热器与所述天然气输送通道的进气端之间设置有第一温度变送器；

控制器，所述控制器用于根据所述第一压力变送器采集的压力值、所述第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值计算理论压降温度，并根据所述流量测量装置测量的管道瞬时流量，以及所述理论压降温度和所述露点温度测量装置采集的露点温度的差值控制所述加热器开启或关闭。

本方案通过设置在天然气输送通道进气端的第一压力变送器采集的压力值，设置在加热器与所述天然气输送通道的进气端之间的第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值能够计算获得天然气运输过程中的理论压降温度，再结合流量测量装置采集的管道瞬时流量，将理论压降温度与天然气输送通道进气端的露点温度测量装置采集的露点温度进行比较，能够准确的控制加热器开启或关闭，不依赖工作人员的经验，而是基于天然气运输过程中的实际运输参数进行动态控制，控制精度更高，能够避免造成资源的浪费。

在一些实施方式中，所述控制器在预定时间内，所述管道瞬时流量大于零，且所述理论压降温度不大于所述露点温度时，控制所述加热器开启。

在一些实施方式中，所述控制器在预定时间内，所述管道瞬时流量等于零，且所述理论压降温度大于所述露点温度时，控制所述加热器关闭或维持在待机温度。

在一些实施方式中，所述控制器包括PLC控制器和加热控制器，

所述第一压力变送器、所述露点温度测量装置和所述流量测量装置均与所述PLC控制器连接，

所述加热器、所述第一温度变送器均与所述加热控制器连接，

所述PLC控制器还与所述加热控制器连接，用于向所述加热控制器发送所述加热器的开启或关闭指令。

在一些实施方式中，所述加热器与所述天然气输送通道的出气端之间设置有第二温度变送器，所述天然气输送通道的出气端还设置有第三温度变送器，

所述第二温度变送器与所述加热控制器连接，所述第三温度变送器与所述PLC控制器连接，

所述加热控制器在所述加热器开启时，根据所述第二温度变送器和所述第三温度变送器采集的温度数据，并进行加热量调节，使所述第二温度变送器采集的温度始终不小于所述第三温度变送器采集的温度。

在一些实施方式中，所述露点温度测量装置包括烃露点分析仪和水露点分析仪，且所述烃露点分析仪和所述水露点分析仪均与所述PLC控制器连接，

所述PLC控制器选取所述烃露点分析仪和所述水露点分析仪采集的温度数据中较大的值为所述露点温度。

在一些实施方式中，所述理论压降温度的计算公式为：T5=T3-（P1-P0）/a，

其中，T3为所述第一温度变送器采集的温度值，P1为第一压力变送器采集的压力值，P0为目标压力值，a为天然气的压降温降比。

在一些实施方式中，所述第二温度变送器和所述第三温度变送器之间依次设置有调压器和调压阀。

另外，本发明还提供一种天然气自动加热方法，包括步骤：

实时获取设置在天然气输送通道进气端的第一压力变送器采集的压力值、露点温度测量装置采集的露点温度、流量测量装置采集的管道瞬时流量，以及设置在加热器与所述天然气输送通道的进气端之间的第一温度变送器采集的温度数据；

根据所述第一压力变送器采集的压力值、所述第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值计算理论压降温度；

根据所述管道瞬时流量，以及所述理论压降温度和所述露点温度的差值控制所述加热器开启或关闭。

在一些实施方式中，所述的根据所述管道瞬时流量，以及所述理论压降温度和所述露点温度的差值控制所述加热器开启或关闭，具体包括：

在预定时间内，当所述管道瞬时流量大于零，且所述理论压降温度不大于所述露点温度时，控制所述加热器开启；

在预定时间内，当所述管道瞬时流量等于零，且所述理论压降温度大于所述露点温度时，控制所述加热器关闭或维持在待机温度。

根据本发明提供的一种天然气自动加热系统及方法，能够根据天然气运输过程中的实际运输参数实时进行加热器的开启或关闭，从而使天然气的加热控制更精准，避免造成资源的浪费。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本方案的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本发明实施例的系统结构示意图；

图2是本发明实施例的控制方法流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

天然气在降压运输的时候需要吸热，通常来说，气压每降2bar，温度会降低1℃，如果进气温度过低或是降压幅度过大，天然气里面所含的水汽与烃类物质就会结冰，从而堵塞管道，影响供气。因此在温度低、压降大的天然气场站内会设置天然气加热装置（如电加热、水浴加热等等）。

对于天然气加热装置的启停一般有两种控制方式：一是人工启动，根据送气的时间与进气温度来启动加热器；二是自动启动，根据人工设定的温度值与天然气的温度值作比较自动启停及调节。但这两种控制方式实际都是依赖于工作人员的经验，并不精准。本申请提供一种天然气的自动加热方法，能够根据天然气运输过程中的各项实际参数，动态的控制天然气加热装置的启停，从而不再依赖工作人员的经验，控制精度更高，能够避免造成资源的浪费。下面将结合附图对本申请的技术方案进行详细描述。

在一个实施例中，参考说明书附图图1，本发明提供一种天然气自动加热系统，包括天然气输送通道，该天然气输送通道位于天然气场站内，且天然气输送通道上具有加热器（即附图1中的B7），加热器用于对天然气输送通道内的天然气进行加热。天然气输送通道的进气端、出气端，以及各个支路均设置有球阀（即附图1中的A1），用于控制天然气的流动。

天然气输送通道进气端设置有第一压力变送器（即附图1中的B3），压力变送器是一种将压力转换成气动信号或电动信号进行控制和远传的设备，它能将测压元件传感器感受到的天然气的物理压力参数转变成标准的电信号（如4~20mADC等），以供给控制器识别。在其它实施例中，还可以选用其它压力传感器、气压传感器等代替。

天然气输送通道的进气端还设置有露点温度测量装置和流量测量装置（即附图1中的B4）；露点温度测量装置可以包括烃露点分析仪（即附图1中的B1）和水露点分析仪（即附图1中的B2），露点温度指在空气中水汽含量不变，保持气压一定的情况下，使空气冷却达到饱和时的温度。露点温度测量装置用于测量天然气输送通道内的露点温度，当露点温度测量装置包括烃露点分析仪和水露点分析仪时，通过烃露点分析仪和水露点分析仪分别测量一个露点温度，并选取数值最大的一个露点温度作为最终的露点温度。流量测量装置用于测量天然气输送通道内天然气的瞬时流量。

加热器与天然气输送通道的进气端之间设置有第一温度变送器（即附图1中的B5），温度变送器采用热电偶、热电阻作为测温元件，从测温元件输出信号送到变送器模块，经过稳压滤波、运算放大、非线性校正、V/I转换、恒流及反向保护等电路处理后，转换成与温度成线性关系的4～20mA电流信号、0-5V/0-10V电压信号，RS485数字信号输出给控制器。在其它实施例中，还可以选用其它温度传感器等代替。

本申请的控制中心具有控制器（如站控PLC），在天然气的运输过程中，通过第一压力变送器测得压力数据，通过露点温度测量装置测得露点温度，通过流量测量装置测得管道瞬时流量后，控制器能够根据第一压力变送器采集的压力值、第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值计算理论压降温度，并根据流量测量装置测量的管道瞬时流量，以及理论压降温度和露点温度测量装置采集的露点温度的差值控制加热器开启或关闭。

本方案通过设置在天然气输送通道进气端的第一压力变送器采集的压力值，设置在加热器与天然气输送通道的进气端之间的第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值能够计算获得天然气运输过程中的理论压降温度，再结合流量测量装置采集的管道瞬时流量，将理论压降温度与天然气输送通道进气端的露点温度测量装置采集的露点温度进行比较，能够准确的控制加热器开启或关闭，不依赖工作人员的经验，而是基于天然气运输过程中的实际运输参数进行动态控制，控制精度更高，能够避免造成资源的浪费。

在一个具体实施方式中，控制器在预定时间内，管道瞬时流量大于零，且理论压降温度不大于露点温度时，控制加热器开启。

具体的，设烃露点分析仪B1采集的温度值为T1，水露点分析仪B2采集的温度值为T2，第一温度变送器B5采集的温度值为T3，第一压力变送器B3采集的压力值为P1，目标压力值为P0，流量测量装置B4采集的瞬时流量值为Q。

烃露点分析仪B1采集的温度值T1与水露点分析仪B2采集的温度值T2比较，取其大者作为最终的露点温度；

理论压降温度的计算公式为：T5=T3-（P1-P0）/a，a为天然气的压降温降比，由于天然气的气压每降2bar，温度通常会降低1℃，取a为2。本申请的加热控制方法不仅适用于天然气的运输加热，其它气、液的运输如水、人工煤气等运输也可以采样该方法，只是计算参数会进行相应调整，如a的值会根据运输气液的特性进行调整。

预定时间的长短根据实际需求进行调整，在本实施例中选取预定时间为10秒，即在Q＞0且保持10s以上，T5≤T1（T2）且保持10s以上时，控制器控制加热器开启，此时表明天然气温度较低，通过对天然气进行加热，能够保证天然气里面所含的水汽与烃类物质不会结冰。

在另一个具体实施方式中，控制器在预定时间内，管道瞬时流量等于零，且理论压降温度大于露点温度时，控制加热器关闭或维持在待机温度。

即在Q=0且保持10s以上，T5＞T1（T2）且保持10s以上时，控制器控制加热器关闭或维持在待机温度，此时天然气的温度相对较高，天然气里面所含的水汽与烃类物质不会结冰。

另外，本申请对天然气输送管道各项参数的采集为实时采集，对加热器的控制也是实时控制，当通过第一压力变送器采集的压力值、第一温度变送器采集的温度数据、流量测量装置采集的管道瞬时流量，以及露点温度测量装置采集的露点温度判断天然气温度较低时，会生成控制指令，控制加热器开启，而在判断天然气的温度相对稳定时，会控制加热器关闭或维持在待机温度，直至再次判断天然气温度较低，以此循环，实现天然气运输过程中的精准加热控制。

在一个实施例中，如图1所示，在前述实施例的基础上，控制器包括PLC控制器（即图1中的C1）和加热控制器（即图1中的C2），为了提高控制效率，本申请可以选用两个控制端，一个采用天然气场站的站控PLC进行天然气输送管道各项参数的采集、计算，以及加热器启停指令的生成，另一个选用加热控制器，根据PLC控制器的指令对加热器进行直接控制。

第一压力变送器、烃露点分析仪、水露点分析仪和流量测量装置均与PLC控制器连接，用于分别将各设备采集的压力值、露点温度和管道瞬时流量上传至PLC控制器，以使PLC控制器根据这些参数进行相应的计算和控制；PLC控制器选取烃露点分析仪和水露点分析仪采集的温度数据中较大的值为露点温度；加热器、第一温度变送器均与加热控制器连接；PLC控制器还与加热控制器连接，用于向加热控制器发送加热器的开启或关闭指令。

优选的，加热器与天然气输送通道的出气端之间设置有第二温度变送器（即图1中B6），天然气输送通道的出气端还设置有第三温度变送器（即图1中B8），第二温度变送器与加热控制器连接，第三温度变送器与PLC控制器连接，使得加热控制器在加热器开启时，能够实时获取第一温度变送器和第二温度变送器采集的温度数据，并进行加热量调节，使第一温度变送器采集的温度始终不小于第二温度变送器采集的温度。设温度变送器B6采集的温度值为T4，温度变送器B8采集的温度值为T6，即在加热器开启时，需始终保持T4≥T6。

进一步优选的，第二温度变送器和第三温度变送器之间依次设置有调压器（附图1中的A2）和调压阀（附图1中的A3）。

在一个实施例中，参考说明书附图2，基于相同的技术构思，本发明还提供一种天然气自动加热方法，包括步骤：

S1、实时获取设置在天然气输送通道进气端的第一压力变送器采集的压力值、露点温度测量装置采集的露点温度、流量测量装置采集的管道瞬时流量，以及设置在加热器与天然气输送通道的进气端之间的第一温度变送器采集的温度数据；

S2、根据第一压力变送器采集的压力值、第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值计算理论压降温度；

S3、根据管道瞬时流量，以及理论压降温度和露点温度的差值控制加热器开启或关闭。

本方案通过设置在天然气输送通道进气端的第一压力变送器采集的压力值，设置在加热器与天然气输送通道的进气端之间的第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值能够计算获得天然气运输过程中的理论压降温度，再结合流量测量装置采集的管道瞬时流量，将理论压降温度与天然气输送通道进气端的露点温度测量装置采集的露点温度进行比较，能够准确的控制加热器开启或关闭，不依赖工作人员的经验，而是基于天然气运输过程中的实际运输参数进行动态控制，控制精度更高，能够避免造成资源的浪费。

在一个具体实现方式中，根据管道瞬时流量，以及理论压降温度和露点温度的差值控制加热器开启或关闭，具体包括：

S31、在预定时间内，当管道瞬时流量大于零，且理论压降温度不大于露点温度时，控制加热器开启；

S32、在预定时间内，当管道瞬时流量等于零，且理论压降温度大于露点温度时，控制加热器关闭或维持在待机温度。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种天然气自动加热系统，其特征在于，包括：设置在天然气输送通道进气端的第一压力变送器，且所述天然气输送通道的进气端还设置有露点温度测量装置和流量测量装置；

加热器，设置在所述天然气输送通道上，用于对所述天然气输送通道内的天然气进行加热，所述加热器与所述天然气输送通道的进气端之间设置有第一温度变送器；

控制器，所述控制器用于根据所述第一压力变送器采集的压力值、所述第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值计算理论压降温度，所述理论压降温度的计算公式为：T5=T3-（P1-P0）/a，

其中，T5为理论压降温度，T3为所述第一温度变送器采集的温度值，P1为第一压力变送器采集的压力值，P0为目标压力值，a为天然气的压降温降比；

所述控制器根据所述流量测量装置测量的管道瞬时流量，以及所述理论压降温度和所述露点温度测量装置采集的露点温度的差值控制所述加热器开启或关闭；具体为：

所述控制器在预定时间内，所述管道瞬时流量大于零，且所述理论压降温度不大于所述露点温度时，控制所述加热器开启；所述控制器在预定时间内，所述管道瞬时流量等于零，且所述理论压降温度大于所述露点温度时，控制所述加热器关闭或维持在待机温度。

2.根据权利要求1所述的一种天然气自动加热系统，其特征在于，所述控制器包括PLC控制器和加热控制器，

所述第一压力变送器、所述露点温度测量装置和所述流量测量装置均与所述PLC控制器连接，

所述加热器、所述第一温度变送器均与所述加热控制器连接，

所述PLC控制器还与所述加热控制器连接，用于向所述加热控制器发送所述加热器的开启或关闭指令。

3.根据权利要求2所述的一种天然气自动加热系统，其特征在于，所述加热器与所述天然气输送通道的出气端之间设置有第二温度变送器，所述天然气输送通道的出气端还设置有第三温度变送器，

所述第二温度变送器与所述加热控制器连接，所述第三温度变送器与所述PLC控制器连接，

所述加热控制器在所述加热器开启时，根据所述第二温度变送器和所述第三温度变送器采集的温度数据，并进行加热量调节，使所述第二温度变送器采集的温度始终不小于所述第三温度变送器采集的温度。

4.根据权利要求2所述的一种天然气自动加热系统，其特征在于，所述露点温度测量装置包括烃露点分析仪和水露点分析仪，且所述烃露点分析仪和所述水露点分析仪均与所述PLC控制器连接，

所述PLC控制器选取所述烃露点分析仪和所述水露点分析仪采集的温度数据中较大的值为所述露点温度。

5.根据权利要求3所述的一种天然气自动加热系统，其特征在于，所述第二温度变送器和所述第三温度变送器之间依次设置有调压器和调压阀。

6.一种天然气自动加热方法，其特征在于，包括步骤：

实时获取设置在天然气输送通道进气端的第一压力变送器采集的压力值、露点温度测量装置采集的露点温度、流量测量装置采集的管道瞬时流量，以及设置在加热器与所述天然气输送通道的进气端之间的第一温度变送器采集的温度数据；

根据所述第一压力变送器采集的压力值、所述第一温度变送器采集的温度数据，以及目标压力值计算理论压降温度；所述理论压降温度的计算公式为：T5=T3-（P1-P0）/a，其中，T5为理论压降温度，T3为所述第一温度变送器采集的温度值，P1为第一压力变送器采集的压力值，P0为目标压力值，a为天然气的压降温降比；

根据所述管道瞬时流量，以及所述理论压降温度和所述露点温度的差值控制所述加热器开启或关闭；具体包括：

在预定时间内，当所述管道瞬时流量大于零，且所述理论压降温度不大于所述露点温度时，控制所述加热器开启；

在预定时间内，当所述管道瞬时流量等于零，且所述理论压降温度大于所述露点温度时，控制所述加热器关闭或维持在待机温度。