发表时间：2009-12-10T10:24:29.937Z 来源：《企业技术开发》2009年第9期供稿 作者： 王小飞[导读] 本文根据焦耳—汤姆逊节流效应的原理，从理论上分析了赵家庄门站管线的运行温度王小飞（郑州燃气股份有限公司，河南 郑州 450006） 作者简介：王小飞，郑州燃气股份有限公司。
摘 要：本文根据焦耳—汤姆逊节流效应的原理，从理论上分析了赵家庄门站管线的运行温度。并结合赵家庄门站实际运行经验就天然气低温运行的危害及解决方法进行浅析。关键词：天然气；低温运行；节流效应
大管径、高压力、长距离是当前世界上天然气长输管线的发展趋势。为促进我国能源结构的优化和调整，提高天然气在一次能源消费中的比例，起点16MPa、全长4200 km里的西气东输一线工程应运而生。作为西气东输管道公司的第一个签约城市，郑州市在第一时间用上了西气东输天然气，6年来西气东输天然气为郑州市的建设提供了强劲的动力支持。但是由于干线压力过高，而城市管网的承压能力有限，故天然气必须经过调压后才能使用。调压过程中产生的绝热节流效应使天然气的温度骤降，给管网的安全运行带来隐患。 1节流效应
气体在管道中流过突然缩小的截面，产生强烈的涡流，压力下降，而又未及与外界进行热量交换的过程称为绝热节流，简称节流。绝热节流过程中，在缩孔附近由于流速增加、比焓下降，流体在通过缩孔时动能增加、压力下降，产生的强烈扰动和摩擦使增加的动能转变为热能又为流体所吸收，因此流体在绝热节流前的比焓 等于绝热节流后的比焓 。绝热节流过程是不可逆过程，在过程中流体处于非平衡状态，没有确定的状态参数，但可取节流前后流体处于平衡的状态进行研究。在离节流点足够远的两个截面上，气体处于平衡状态，压力
，比体积
绝热节流效应常用温度下降与压力下降数值的比表示，其值 称为绝热节流系数。气体绝热节流系数是气体的物性参数，与气体的具体状态有关。根据气体绝热节流系数的定义，由节流过程热力学关系式、节流前后状态焓值和实际气体状态方程，推导出节流系数的计算式。
焓的热力学微分方程为： 由于
，则绝热节流系数为：
（1）
应用BWRS方程（实际气体状态方程）求出式（1）中的偏导数，将偏导数计算式和实际气体定压比热容计算式代人节流系数计算式，当气体的压力、温度给定条件下，即可计算出气体的绝热节流系数。
相同温度下，节流系数随压力降低而升高；相同压力下，节流系数随温度降低而明显升高。冬季地温底，节流系数大，节流效应明显，再加上冬季气温低，故冬季管道的安全隐患更大。
查阅相关资料可知，郑州市一年四季的平均地温如下表1所示。西气东输郑州分输站的进站压力为7MPa，出站压力为3.3MPa，压降为3.7MPa。查图1可知不同季节的节流系数 ，则不同季节的温降为： 。将估算的节流后温度与实际温度进行比较，可知两者差别并不大，可见这种方法可以很好地预测管道节流后的温度，对日常运行起到指导作用。 2低温运行危害及影响
节流后的运行温度及实际运行温度，必将造成郑州燃气股份有限公司赵家庄门站存在低温运行情况，且实际运行温度最低已达到-21℃；而低温运行会对站区安全运行、计量监控、设备设施等造成危害及影响。
① 低温运行，造成赵家庄门站天然气管道存在安全隐患。郑州燃气股份有限公司赵家庄门站所用管材材质为20号钢
母材韧脆转变温度为15.7℃。焊缝中心线韧脆转变温度为-24.3℃；由图4可知，焊缝热影响区韧脆转变温度为-31.2℃。从安全角度考虑，焊缝韧脆转变温度为-24.3℃。
可得天然气管道长期的低温环境及天然气自身的不断冲击易造成母材及焊缝出现裂纹型缺陷和体积型缺陷，如如腐蚀、夹渣、气孔、未焊透、未熔合等。
②低温运行，造成赵家庄门站计量出现偏差。
赵家庄门站的计量采用德国ELSTER TRZ涡轮流量计及Gas-net F1流量计算机等设备，参照Gas-net F1流量计算机说明书
“emperature sensor input per stream for PT100 in four-wire technique [EExib] IIC, max. measuring error in the range of -10 to 60°C andan ambient temperatureof 0 to 40°C _ 0.05% of measured value[1].”可知温度在低于-10°C或高于60°C时，计量不准确，存在一定得偏差。
③长时间的低温运行，易出现冰堵，对站场设备造成危害。
发生冰堵的原因是由于天然气中的某些组分与水分在一定温度、压力条件下形成白色的结晶称之为水合物。水合物在输气管线的某一地方聚集便会造成冰堵[2]。冰堵易造成设备设施的损坏、变形扭曲等。
水合物在差压的冲击下易造成设备的损坏。调压器的皮膜是调压器的重要组成部分，主要用于调整调压器上下腔的压力差；水合物在差压的冲击下易造成皮膜穿孔，使调压器不能正常工作。
冰堵造成过滤器滤芯的细小网孔堵塞，过滤器前后差压变大，滤芯在差压的作用下，使得滤芯变形扭曲。
管道长时间的低温运行造成空气中的水分变成冰，并附着在管道上，形成1cm～5cm的冰层，在较短时期内无法消融。 3天然气低温运行解决方案
①甲醇(CH3OH)注入天然气,按美国燃气协会的实践证明:甲醇起不到脱水作用,在天然气中因条件不充分,又无催化剂KF103是无法实现
的。
甲醇在天然气中与天然气水化物混合,可以降低水的结冰温度,即起着防冻剂的作用，防止了水合物的生成。
②定期对管道易发生脆变处（焊口处、变径处、弯头处等）进行X射线、超声波探伤检验，赵家庄门站每年5月及10月作探伤检验。 参考文献：
[1]Flow Computer F1 Technical Documentation Function.Operation,Commissioning and Maintenance[Z] Technical Data gas-net F1 [2]Hartung F,Kutter M.Multimedia watermarking techniques[A].Proceedings of the IEEE,1999,(87):253257．
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