城市天然氣場站中的計(jì)量調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) (2) 精品.docVIP

城市天然氣場站中的計(jì)量調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著我國天然氣資源的開發(fā)，長輸管道工程及其沿線城市天然氣利用工程項(xiàng)目的陸續(xù)建成投產(chǎn)，使得越來越多的城市使用上了天然氣這種潔凈能源。本文根據(jù)城市天然氣利用工程中涉及到的各種類型天然氣場站的運(yùn)行和供氣特點(diǎn)，著重論述其計(jì)量調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的選型、配置情況。關(guān)鍵詞：天然氣、天然氣門站、調(diào)壓站、加氣站、流量計(jì)、調(diào)壓器。0 引言以2000年“西氣東輸”工程的啟動(dòng)為標(biāo)志，十年來我國天然氣產(chǎn)業(yè)得到了長足的發(fā)展，越來越多的城市使用上了天然氣這種潔凈能源，城市天然氣輸配系統(tǒng)也逐漸成為城市基礎(chǔ)設(shè)施之一?，F(xiàn)代化的城市天然氣輸配系統(tǒng)是復(fù)雜的能源綜合設(shè)施，由不同壓力級(jí)制的輸氣管網(wǎng)、各類城市天然氣場站（門站、調(diào)壓站、加氣站等）和信息采集、管理維護(hù)等軟硬件系統(tǒng)組成。大、中型城市天然氣輸配系統(tǒng)框圖小型城市天然氣輸配系統(tǒng)根據(jù)各種類型城市天然氣場站，如城市天然氣門站、調(diào)壓站和G加氣站的運(yùn)行和供氣特點(diǎn)，其計(jì)量調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取不同配置、選型，本文將用以下內(nèi)容中詳細(xì)論述。1天然氣門站天然氣門站是城市天然氣輸配系統(tǒng)的氣源點(diǎn)，應(yīng)具備過濾、調(diào)壓、計(jì)量、安全切斷、使用線和備用線的自動(dòng)切換等主要功能，確保供氣的長期性、安全性和穩(wěn)定性。1.1工藝流程典型門站調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)工藝流程框圖為保證天然氣門站調(diào)壓系統(tǒng)的可靠性，在其計(jì)量單元和調(diào)壓單元均設(shè)有備用路。計(jì)量單元：在進(jìn)站高壓流量計(jì)表之間設(shè)計(jì)對(duì)比流程及在線標(biāo)定接口，可使標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)和被檢測(cè)的流量計(jì)均在相同的壓力條件下運(yùn)行，存在缺點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)本身需在幾種不同壓力條件下進(jìn)行檢定。調(diào)壓單元：對(duì)每一路調(diào)壓均采用兩個(gè)調(diào)壓器串聯(lián)連接而成。監(jiān)控調(diào)壓器給定出口壓力略高于工作調(diào)壓器的出口壓力，正常情況下，監(jiān)控調(diào)壓器的閥口是全開的，當(dāng)工作調(diào)壓器失靈，出口壓力上升到監(jiān)控調(diào)壓器的出口設(shè)定壓力值時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓器投入運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行路發(fā)生事故，出口壓力仍然上升，運(yùn)行路上的超壓切斷閥發(fā)生作用將運(yùn)行路關(guān)斷，備用路能自動(dòng)的補(bǔ)上運(yùn)行供氣。運(yùn)行路和備用路的主調(diào)壓器和監(jiān)控調(diào)壓器的出口壓力應(yīng)為不同的設(shè)置，其出口壓力的設(shè)置應(yīng)滿足：運(yùn)行路監(jiān)控調(diào)壓器 運(yùn)行路工作調(diào)壓器 備用路監(jiān)控調(diào)壓器 備用路工作調(diào)壓器。調(diào)壓器均采用故障開型。1.2選型設(shè)計(jì)（1）流量計(jì)城市天然氣門站多為從長輸管道分輸站接氣，上游供氣方對(duì)門站的供氣計(jì)量為貿(mào)易交接計(jì)量。隨著計(jì)量產(chǎn)品的不斷發(fā)展和市場行為的不斷深化，貿(mào)易交接計(jì)量采用的流量計(jì)已由過去的孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)發(fā)展到目前較為認(rèn)同的渦輪流量計(jì)和超聲波流量計(jì)，其計(jì)量精度也由1.5級(jí)、1.0級(jí)提升至0.5%（超聲波流量計(jì)通過實(shí)流標(biāo)定和系數(shù)修正，可實(shí)現(xiàn)0.2%的計(jì)量精度）。從以往的工程案例來看，上游供氣方和門站選擇不同形式的計(jì)量儀表，即便是同等級(jí)計(jì)量精度也會(huì)存在差異，因此目前天然氣門站的計(jì)量儀表在設(shè)計(jì)上盡可能選擇精度更高的超聲波流量計(jì)（一般為4聲道），以避免產(chǎn)生貿(mào)易糾紛。超聲波流量計(jì)缺點(diǎn)是目前尚未實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，設(shè)備依賴進(jìn)口、增加了工程造價(jià)。用于貿(mào)易輸送計(jì)量的超聲波流量計(jì)與渦輪流量計(jì)性能對(duì)比見下表：對(duì)比項(xiàng)目超聲波流量計(jì)渦輪流量計(jì)公稱直徑DN80DN1200DN50DN600溫度范圍-40+180-10+65公稱壓力PN25.0MPa；最高可達(dá)45.0 MPaPN4.0MPa；PN4.0MPa為進(jìn)口或需特殊訂貨。計(jì)量精度4聲道：0.5%（干標(biāo)）；0.2%（實(shí)流標(biāo)定和系數(shù)修正）0.5%（0.2Qmax Qmax）1.0%（Qmin 0.2Qmax）量程比最大1：1301：20；1：30；1：50壓力損失雙向計(jì)量，無壓力損失單向計(jì)量，對(duì)輸送介質(zhì)有最低壓力要求，流量計(jì)本體壓損0.21.0kPa。安裝要求表體長度3D，上下游直管段最小要求：無整流器時(shí)前10D后3D,有整流器時(shí)前5D后3D。表體長度3D，上游直管段最小為2D，有條件時(shí)前20D后5D。（2）調(diào)壓器目前城市天然氣門站多采用截止式調(diào)壓器（自力式）和軸流式調(diào)壓器，這兩種調(diào)壓器均為間接作用調(diào)壓器，即通過指揮器與主調(diào)壓器聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。兩者性能對(duì)比如下：對(duì)比項(xiàng)目軸流式（金屬閥口式）調(diào)壓器截止式(金屬閥口式)調(diào)壓器制造工藝軸流式調(diào)壓器閥體采用煅鋼制造，鑄鋼與煅鋼比較，煅鋼的金屬晶粒更細(xì)更致密，從而具有更高的強(qiáng)度和金屬致密度，煅鋼閥體對(duì)于高壓的情況下，更可靠性、安全性更高，這就決定了軸流式調(diào)壓器在高壓條件使用更加適合。截止式調(diào)壓器閥體由于結(jié)構(gòu)上的原因，閥體制造只能采用鑄造制造，只有很少氣體非沖刷的部件用了煅造，所以成本也相對(duì)較低。鑄鋼工藝本身有局限性，閥體鑄造時(shí)內(nèi)部容易產(chǎn)生氣泡、沙眼、縮孔等。同時(shí)截止式閥體有些死角，是檢測(cè)不到的。安全可靠性調(diào)壓器和切斷閥為分體式，相互影響小、安全系素高。高壓氣體沖涮不銹鋼閥口。直線（軸向）流動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生氣蝕。一般為調(diào)壓器和切斷閥為一體式，即調(diào)壓器和切斷閥共用一個(gè)閥體。調(diào)壓器閥體增加一切斷閥其流量減少10%左右。相互影響大，安全性低。高壓氣體沖涮鑄造的閥體及死角，同時(shí)Z型流動(dòng)容易產(chǎn)生氣蝕，從而對(duì)閥體產(chǎn)生更大的危害。流通能力閥口為全通徑，直線（軸向）流動(dòng)，閥體阻力小、流態(tài)好，流通能力大，同口徑的調(diào)壓器、同等壓力下，軸流式的流量大于截止式17%。截止式調(diào)壓器由于氣流需要在調(diào)壓器內(nèi)做作Z字形流動(dòng)，其閥口為非全通徑（既閥口口徑調(diào)壓器口徑要?。?，所以截止式的壓力損失大、流態(tài)差、流通能力小。噪音軸流式調(diào)壓器由直線（軸向）流動(dòng)，流態(tài)好，同樣的工況下產(chǎn)生的噪音更小。對(duì)其閥體出口法蘭變小，流速變二次變高，從而產(chǎn)生更大的噪音。因?yàn)殚y體鍛造，可以閥體出口法蘭變大。由于氣流在截止式調(diào)壓器內(nèi)做Z字形流動(dòng)，氣體在閥體內(nèi)轉(zhuǎn)彎多，產(chǎn)生紊流，同時(shí)內(nèi)部元件對(duì)氣流的阻擋比較多 ，意味著產(chǎn)生更大的噪音。由于閥體整體鑄造，對(duì)其閥體出口法蘭變小，流速變二次變高，從而產(chǎn)生更大的噪音，不能從更本上解決問題。 維修維護(hù)軸流式調(diào)壓器可以在線維修，比較容易就能拆卸閥口?？梢栽诰€維修，拆卸閥口麻煩，不能看到閥口內(nèi)部。經(jīng)濟(jì)性同等規(guī)格的情況下，高出截止式調(diào)壓器25%以上，但其流通能力大于同口徑截止式調(diào)壓器17%，檢修維護(hù)方便，因此單位流通量性價(jià)比略高于截止式調(diào)壓器。同等規(guī)格的情況下，價(jià)格低于軸流式調(diào)壓器。DN150口徑軸流式調(diào)壓器流量表DN150口徑截止閥式調(diào)壓器流量表綜合考慮以上因素，尤其是當(dāng)進(jìn)站天然氣壓力高于2.5MPa時(shí)，門站的調(diào)壓單元設(shè)計(jì)推薦采用軸流式調(diào)壓器。2調(diào)壓站高中壓調(diào)壓站按使用性質(zhì)可分為：區(qū)域調(diào)壓站、專用調(diào)壓站和用戶調(diào)壓箱（柜）。2.1區(qū)域調(diào)壓站區(qū)域調(diào)壓站的功能是接受城市外環(huán)高壓天然氣管道來氣，并將天然氣壓力降至0.20.4MPa，輸送至城市中壓輸氣管網(wǎng)。其流程與城市天然氣門站基本相同，為保證供氣的可靠性和穩(wěn)定性，調(diào)壓單元設(shè)計(jì)采用兩路以上（可預(yù)留遠(yuǎn)期發(fā)展支路），每一路調(diào)壓均采用兩個(gè)調(diào)壓器串聯(lián)連接而成，如無特殊要求可采用自力式截止閥型調(diào)壓器；計(jì)量單元采用兩路（一用一備）設(shè)計(jì)，采用渦輪流量計(jì)以滿足城市燃?xì)庑畔⒉杉到y(tǒng)的需求即可。2.2專用調(diào)壓站專用調(diào)壓站顧名思義為特定向單一用戶供氣的調(diào)壓站，此類用戶多為用氣量較大的工業(yè)用戶，其用氣特點(diǎn)是用氣量大（城市中壓天然氣輸配管網(wǎng)不能滿足其用氣需求）、穩(wěn)定性要求高（一般要求為24小時(shí)連續(xù)供氣），一旦出現(xiàn)停氣事故將給用戶造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于此類調(diào)壓站設(shè)計(jì)時(shí)采用天然氣門站的設(shè)計(jì)方案，調(diào)壓單元設(shè)計(jì)采用兩路以上（可預(yù)留遠(yuǎn)期發(fā)展支路），每一路調(diào)壓均采用兩個(gè)調(diào)壓器串聯(lián)連接而成，如無特殊要求可采用自力式截止閥型調(diào)壓器；計(jì)量單元采用兩路（一用一備）設(shè)計(jì)，采用超聲波流量計(jì)以滿足貿(mào)易計(jì)量需求。2.3用戶調(diào)壓箱（柜）用戶調(diào)壓箱（柜）的功能是接受城市中壓輸氣管網(wǎng)來氣，并將天然氣壓力降至25003000Pa，輸送至庭院低壓輸氣管道供應(yīng)居民用戶使用。典型用戶調(diào)壓箱（柜）工藝流程框圖系統(tǒng)正常工作時(shí)，一臺(tái)調(diào)壓器工作，另一臺(tái)作為監(jiān)視器備用（關(guān)閉狀態(tài)），當(dāng)工作調(diào)壓器發(fā)生故障、出口壓力高于設(shè)定值時(shí)，工作路的切斷閥關(guān)閉、出口壓力降低，當(dāng)下降到并聯(lián)監(jiān)視器的給定出口壓力時(shí)，備用調(diào)壓器自行啟動(dòng)工作。運(yùn)行路和備用路的切斷閥的動(dòng)作壓力應(yīng)為不同的設(shè)置：工作路切斷閥動(dòng)作壓力 備用切斷閥動(dòng)作壓力。調(diào)壓器均采用故障開型。此外，當(dāng)用氣異常增大或進(jìn)口壓力降低造成工作路出口壓力下降時(shí)，并聯(lián)備用路投入運(yùn)行，形成兩條調(diào)壓管路同時(shí)工作，可增加約50%以上流量，滿足增大的用氣需求。調(diào)壓單元設(shè)計(jì)采用兩路（“2+0”結(jié)構(gòu)），多采用自力式截止閥型調(diào)壓器；如無特殊要求可不設(shè)置計(jì)量單元。3 G加氣站3.1加氣站工藝流程管道供氣的加氣站工藝流程框圖管道供氣的加氣站的核心設(shè)備是增壓系統(tǒng)（天然氣壓縮機(jī)），對(duì)不同取氣壓力壓縮機(jī)的選型略有不同，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較如下：型號(hào)規(guī)格排氣量(Nm3/h)進(jìn)氣壓力(MPa)排氣壓力(MPa)主電機(jī)功率(kW)單位產(chǎn)氣壓縮能耗（kW/Nm3）L-8.4/2-2505040.225.01320.262L-11/8-2506600.825.01100.167L-13.5/10-2508101.025.01320.163L-12/25-2507202.525.0750.104注：以上參照國產(chǎn)某廠家G壓縮機(jī)資料。由上表可知，壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力較高時(shí)，可相應(yīng)減少一或兩級(jí)壓縮，單位產(chǎn)氣壓縮能耗相應(yīng)降低。管道供氣的加氣站進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)和天然氣壓縮機(jī)的選擇關(guān)系密切，進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)決定了天然氣壓縮機(jī)型號(hào)的選擇。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)詳細(xì)分析供氣管道的運(yùn)行工況，合理配置加氣站進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)，在保證壓縮機(jī)穩(wěn)定工作的前提下盡可能降低加氣站壓縮能耗。3.2加氣站進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)工藝流程框圖加氣站進(jìn)氣計(jì)量調(diào)壓系統(tǒng)由進(jìn)站緊急切斷閥（電動(dòng)或氣動(dòng)）、調(diào)壓單元和計(jì)量單元組成。由于加氣站一般每日運(yùn)行1216小時(shí)，無特殊要求時(shí)，進(jìn)站調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)不設(shè)置備用旁路或采用手動(dòng)調(diào)節(jié)旁路。調(diào)壓單元：采用“1+1”結(jié)構(gòu)，即“工作路+手動(dòng)旁路”，可選擇調(diào)壓器自帶超壓切斷閥或另行獨(dú)立配置超壓切斷閥。計(jì)量單元：多采用渦輪流量計(jì)，作為加氣站經(jīng)營核算計(jì)量時(shí)可采用計(jì)量精度1.0級(jí)、1.5級(jí)的流量計(jì)；與供氣方的結(jié)算計(jì)量時(shí)可采用計(jì)量精度0.5級(jí)的流量計(jì)。3.3調(diào)壓器選型管道供氣的加氣站所選用的天然氣壓縮機(jī)對(duì)第一級(jí)壓縮的吸氣壓力有較高的要求，如超出其正常工作的吸氣壓力范圍時(shí)，壓縮機(jī)無法正常啟動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)詳細(xì)分析供氣管道的運(yùn)行工況，合理配置加氣站進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)。（1）調(diào)壓器額定流量的確定調(diào)壓器不宜在全開啟狀態(tài)下工作，如果調(diào)壓器長時(shí)間在全開啟狀態(tài)下工作，會(huì)影響薄膜的彈性和調(diào)壓精度，一般以閥芯的位移不超過最大行程的90%為宜。Q0=(1.381.44)QJQ0調(diào)壓器額定流量（m3/h）QJ加氣站計(jì)算集中流量（m3/h）（2）進(jìn)站壓力較為穩(wěn)定的條件下調(diào)壓器選擇當(dāng)進(jìn)站壓力較為穩(wěn)定時(shí)，調(diào)壓單元可選用自力式截止閥型調(diào)壓器。 P0P1-P2P0壓縮機(jī)額定進(jìn)氣（MPa）P1進(jìn)站天然氣壓力（MPa）P2調(diào)壓器正常工作前后端最小允許壓差（MPa）（3）進(jìn)站壓力波動(dòng)較大的條件下調(diào)壓器選擇以某一工程案例為例，進(jìn)站天然氣壓力在3.24.8MPa范圍內(nèi)波動(dòng)，可供選擇的天然氣壓縮機(jī)有兩種規(guī)格：額定進(jìn)氣壓力3.50.5MPa，兩級(jí)壓縮，排氣量3700Nm3/h，主電機(jī)功率315kW；額定進(jìn)氣壓力2.40.3MPa，三級(jí)壓縮，排氣量2900Nm3/h，主電機(jī)功率315kW。對(duì)應(yīng)以上兩種規(guī)格壓縮機(jī)，有兩套設(shè)計(jì)方案，其經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較如下：對(duì)比項(xiàng)目方案一方案二壓縮機(jī)配置選用3臺(tái)排氣量3700Nm3/h，額定進(jìn)氣壓力3.50.5MPa的天然氣壓縮機(jī)。選用4臺(tái)排氣量2900Nm3/h，額定進(jìn)氣壓力2.40.3MPa的天然氣壓縮機(jī)。單位產(chǎn)氣壓縮能耗0.085kW/Nm30.109kW/Nm3調(diào)壓器配置選用軸流式調(diào)壓器，調(diào)壓閥工作壓力設(shè)定值為3.8MPa（進(jìn)氣壓力3.8 MPa以下時(shí)，調(diào)壓器直通）。選用自力式截止閥型調(diào)壓器，調(diào)壓閥工作壓力設(shè)定值為2