天然氣分輸站場(chǎng)適用性改造中計(jì)量\調(diào)壓系統(tǒng)的選型

摘要：本文結(jié)合山東天然氣管網(wǎng)臨朐分輸站適應(yīng)性改造工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，闡述了大輸量工況下天然氣計(jì)量、調(diào)壓系統(tǒng)的選型及連接方式，希望能給類(lèi)似工程提供一些參考和幫助。

關(guān)鍵詞：天然氣；計(jì)量；調(diào)壓

我國(guó)在天然氣的利用方面遠(yuǎn)低于世界平均水平。天然氣占能源消費(fèi)總量的比例只有3%。未來(lái)幾年內(nèi)，天然氣市場(chǎng)在全國(guó)范圍內(nèi)將得到發(fā)展。預(yù)計(jì)2020年，天然氣需求量將達(dá)到2000×108Nm3/a，占整個(gè)能源構(gòu)成的10%。山東天然氣管網(wǎng)泰安-青島段自投運(yùn)以來(lái)，下游用戶不斷增加，干線站場(chǎng)幾乎全部需為新增分輸用戶增加分輸設(shè)施。

1、工程概況

山東天然氣管網(wǎng)工程泰安—青島段起于泰安站，止于青島分輸清管末站，干線總長(zhǎng)354.67km，干線站場(chǎng)6座。臨朐分輸站位于濰坊市臨朐縣，站內(nèi)已建收發(fā)球系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、放空，排污系統(tǒng)和去臨朐縣天然氣公司的分輸設(shè)施。改造中在臨朐分輸站內(nèi)新增向臨沂管輸、魯潤(rùn)公司供氣支路。其中臨沂管輸支路設(shè)計(jì)輸量為5×108Nm3/a，魯潤(rùn)公司支路設(shè)計(jì)輸量為16.1×108Nm3/a。本文主要論述魯潤(rùn)公司分輸?shù)挠?jì)量、調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型。

2、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)

設(shè)計(jì)壓力：10MPa，臨朐分輸站進(jìn)站溫度：5.1~14.4℃；進(jìn)站壓力：4.38~5.61 MPa（遠(yuǎn)期增壓至9.0MPa）；魯潤(rùn)公司供氣的交接壓力為4.38~5.5MPa；起輸量

8.58×108Nm3/a。

下游目標(biāo)用戶主要為工業(yè)用戶比例約占68%，其余32%為民用及商業(yè)用氣。結(jié)合相關(guān)部門(mén)評(píng)估意見(jiàn)，工業(yè)用氣不考慮調(diào)峰，民用及商業(yè)用氣取月高峰系數(shù)為

1.3，月低峰系數(shù)為0.8。

3、調(diào)壓系統(tǒng)選型

表3-1 調(diào)壓系統(tǒng)選型參數(shù)

流量范圍（104Nm3/h） 調(diào)壓前壓力（MPa） 調(diào)壓后壓力（MPa） 調(diào)壓前溫度（℃）

7.7～29.68 4.38～5.61（遠(yuǎn)期9.0） 5.0～5.5 5.1～14.4

綜合考慮近期工況及遠(yuǎn)期來(lái)氣增壓的可能，若按照1用1備選型，調(diào)節(jié)閥選型計(jì)算適合口徑為DN400，且調(diào)壓系統(tǒng)需設(shè)置兩級(jí)安全裝置。鑒于DN400口徑的自力式調(diào)節(jié)閥無(wú)法選型，采取兩級(jí)截?cái)嗟陌踩�保護(hù)措施，即采用安全截?cái)嚅y+安全截?cái)嚅y+電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作方式。

山東天然氣管網(wǎng)目前均采用安全截?cái)嚅y+監(jiān)控調(diào)壓閥+電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作方式，若采用上述DN400口徑1用1備方案，選用的設(shè)備將與現(xiàn)有管線其他調(diào)壓系統(tǒng)產(chǎn)生差異。基于以上情況，考慮采用2用1備控制方案。按照2用1備控制方案，調(diào)節(jié)閥口徑為DN250，可采用目前山東天然氣管網(wǎng)采用的安全截?cái)嚅y+監(jiān)控調(diào)壓閥+電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的工作方式。

1用1備控制方案，壓力、流量比選控制邏輯簡(jiǎn)單，占地面積小。但由于單路口徑較大，對(duì)流量范圍的適應(yīng)性略顯不足，且使用了現(xiàn)有站場(chǎng)未使用的大口徑截?cái)嚅y，價(jià)格高昂，后期維護(hù)不便。

2用1備控制方案，單路口徑小，對(duì)流量范圍的適應(yīng)性較好，單路工作方式與現(xiàn)有站場(chǎng)一致，3路設(shè)備的總價(jià)格低于1用1備兩路的設(shè)備價(jià)格。但壓力、流量比選控制邏輯略為復(fù)雜，占地面積略大。

結(jié)合以上經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備平面布置情況，推薦采用2用1備的調(diào)壓控制方案，可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)壓力/流量選擇性控制。

4、計(jì)量系統(tǒng)選型

流量計(jì)量系統(tǒng)主要由直管段、整流器、流量計(jì)、溫度和壓力檢測(cè)儀表、流量計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。每條流量支路設(shè)置流量計(jì)算機(jī)，完成該支路的流量計(jì)算、累計(jì)、顯示、數(shù)據(jù)存貯和數(shù)據(jù)通信。

國(guó)內(nèi)外天然氣輸氣管道用于貿(mào)易交接的流量計(jì)量?jī)x表主要有孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、超聲流量計(jì)等。

孔板流量計(jì)有價(jià)格比較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：準(zhǔn)確度較低，量程比��；直管段較長(zhǎng)，占地面積大；在直接對(duì)用戶進(jìn)行分輸計(jì)量時(shí)，因流量波動(dòng)大，測(cè)量準(zhǔn)確度隨之降低；對(duì)氣體清潔度要求高，需定期檢查、維護(hù)、更換；壓力損失大，噪聲大等。

渦輪流量計(jì)的應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，技術(shù)較為成熟，目前在國(guó)際天然氣計(jì)量領(lǐng)域應(yīng)用也較為普遍。特點(diǎn)是準(zhǔn)確度較高（0.5級(jí)），穩(wěn)定性較好，量程比較寬，所需的直管段較短。由于渦輪流量計(jì)具有可動(dòng)部件，故障率較高，使用中、后期維護(hù)量可能較大（近年來(lái)各渦輪流量計(jì)生產(chǎn)廠的產(chǎn)品，在性能上均有很大程度的改進(jìn)，產(chǎn)品壽命可長(zhǎng)達(dá)10年～15年）。此外，渦輪流量計(jì)對(duì)被測(cè)介質(zhì)的清潔度要求較高，投運(yùn)操作上也有要求，同時(shí)流量計(jì)前要求安裝過(guò)濾器。

超聲流量計(jì)的特點(diǎn)是：準(zhǔn)確度高（0.5級(jí)），滿足天然氣貿(mào)易計(jì)量的要求；適用的流量范圍大；無(wú)壓力損失，節(jié)省能源；無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)量小，可節(jié)省大量的人力和物力。高準(zhǔn)確度的超聲流量計(jì)為近年發(fā)展的新技術(shù)、新產(chǎn)品，但其使用經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少。

根據(jù)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較，流量計(jì)口徑在DN100及其以下時(shí)宜采用渦輪流量計(jì)，流量計(jì)口徑在DN100以上時(shí)宜采用超聲流量計(jì)。綜合考慮現(xiàn)有站場(chǎng)的流量計(jì)選型情況，本次改造選用超聲波流量計(jì)。

計(jì)量系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表4-1。

表4-1 計(jì)量系統(tǒng)選型參數(shù)

流量范圍（104Nm3/h） 壓力（MPa） 溫度（℃）

7.7～29.68 4.38～5.61 5.1～14.4

鑒于運(yùn)行初期流量存在不確定性，且運(yùn)行后期流量較大，針對(duì)表4-1中的數(shù)據(jù)分別核算了1用1備和2用1備兩個(gè)計(jì)量方案，1用1備的計(jì)量方案適合的超聲波流量計(jì)口徑為DN300，2用1備的計(jì)量方案適合的超聲波流量計(jì)口徑為DN250。

1用1備DN300計(jì)量方案，占地面積少，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用略少。但在計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行初期流量過(guò)低的不確定工況下，流量計(jì)的適應(yīng)能力不足，計(jì)量精度存在不確定性。

2用1備DN250的計(jì)量方案，對(duì)運(yùn)行初期的不確定工況和運(yùn)行后期的大輸量工況均有良好的適應(yīng)性，運(yùn)行期間系統(tǒng)穩(wěn)定性高。但占地面積大，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用略高。

綜合以上經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較及站場(chǎng)平面布置情況，推薦2用1備DN250的計(jì)量方案。

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5、計(jì)量、調(diào)壓系統(tǒng)連接方式

計(jì)量、調(diào)壓系統(tǒng)均選用2用1備工作方式，兩個(gè)系統(tǒng)之間的連接方式有以下兩種選擇：

方案一：計(jì)量系統(tǒng)3路并聯(lián)構(gòu)成計(jì)量環(huán)節(jié)，壓力/流量控制回路3路并聯(lián)構(gòu)成調(diào)壓環(huán)節(jié)，計(jì)量、調(diào)壓兩個(gè)環(huán)節(jié)各自獨(dú)立，其間采用匯管隔離、連接。該方案由于計(jì)量、調(diào)壓環(huán)節(jié)各自獨(dú)立，任一路計(jì)量、調(diào)壓均可互為備用；但由于計(jì)量、

調(diào)壓設(shè)備沒(méi)有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，精確控制下游流量的控制邏輯較復(fù)雜，可靠性不足。設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用略高。

方案二：一個(gè)計(jì)量回路與一個(gè)壓力/流量調(diào)節(jié)回路串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的壓力/流量調(diào)節(jié)支路，計(jì)量與調(diào)壓之間采用π型頭降噪，避免調(diào)節(jié)閥噪音影響超聲波流量計(jì)的計(jì)量精度，三個(gè)壓力/流量調(diào)節(jié)支路并聯(lián)。該方案計(jì)量、調(diào)壓設(shè)備一一對(duì)應(yīng)，每一路調(diào)壓設(shè)備對(duì)下游流量的精確控制均可通過(guò)對(duì)應(yīng)的流量計(jì)得到驗(yàn)證，控制邏輯簡(jiǎn)單，可靠性高。設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用略低。但由于采用了計(jì)量、調(diào)壓環(huán)節(jié)一一對(duì)應(yīng)的連接方式，設(shè)備的備用選擇相對(duì)不足。

綜合以上技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較及實(shí)際應(yīng)用情況，考慮到流量精確控制的需求，推薦方案二。該方案的計(jì)量精度及可操作性在陜京線各站場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用中得到了充分驗(yàn)證。

6、結(jié)論

對(duì)于大輸量的計(jì)量、調(diào)壓系統(tǒng)選型若采用傳統(tǒng)的一用一備的方式，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備選型口徑較大，投資增加，運(yùn)行中也會(huì)帶來(lái)諸多難題。采用多用一備的方式是今后值得研究討論的一個(gè)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉學(xué)禮等．輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003．

[2]陳賡良等．天然氣．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1999．

[3]金石堅(jiān)等．城市燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006．

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