گاز طبیعی پر‌فشار خطوط انتقال پیش از ورود به شیر اختناق ایستگاه‌های دروازه شهری -CGS-، از گرمکن‌هایی عبور داده می‌شود که دمای آن را تا حد جبران اُفت دمای ناشی از اثر ژول- تامسون افزایش دهد و از بروز پدیده هیدراته‌شدن گاز، یخ‌زدگی شیر و انسداد مسیر عبور گاز جلوگیری می‌نمایند. بهینه‌سازی این گرمکن‌ها با توجه به این که در مقیاس وسیع از گاز فرآوری‌شده شبکه تغذیه می‌کنند، از اهمیت بسزایی برخوردار است. در مطالعه حاضر هر یک از این گرمکن‌ها به‌نوعی ماشین ترمودینامیک مرکب از دو سیستم حرارتی متمایز از هم شبیه‌سازی شده است. تحلیل ترمودینامیک این دو سیستم با توجه به هندسه مساله و معادلات حاکم، به فرمولاسیون رابطه بین بازده ‌حرارتی آنها و سپس تعریف پارامتری موسوم به ضریب‌ تشابه‌ ترمودینامیک انجامید. آنگاه نتایج حاصل از تحلیل‌ حرارتی و تقریب‌زدن تابع پیچیده اصلی با دو تابع ساده‌تر مشخص نمود که همواره بین تفاضل مقادیر تعداد واحدهای تبادل حرارت‌ -NTU- فایرتیوب و هیت‌کویل با ضریب‌ تشابه‌ ترمودینامیک گرمکن‌ها، رابطه لگاریتمی‌ ثابت و بین نسبت مقادیر NTU آن دو با این ضریب نیز رابطه توانی ثابتی برقرار است. سرانجام با حل دستگاه‌ معادلات به‌دست‌آمده از این دو رابطه، امکان تعیین مقادیر بهینه NTU برای فایرتیوب و هیت‌کویل به‌صورت توابعی از ضریب‌ تشابه‌ ترمودینامیک بهینه گرمکن‌ها و به‌تبع آن دستیابی به رابطه بین ابعاد هندسی بهینه آن دو در ایده‌آل‌ترین وضعیت انتقال حرارت، با بیشینه خطای نسبی حدود ۱۳% فراهم شد.

کلمات کلیدی