中滄線小流量分輸運行研究

摘 要：以中滄線天衢工業(yè)園分輸站為例，結(jié)合此分輸站和下游門站實際硬件條件，從平穩(wěn)供氣、保證計量精度、提高設(shè)備利用率、減少設(shè)備故障率等幾方面進行分析，系統(tǒng)地闡述小流量用戶分輸運行方案及其特點，為以后制定分輸運行方案提供一定的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：小流量用戶；分輸運行方案；提高計量精度；合理平穩(wěn)供氣

前言

隨著城市燃氣市場的發(fā)展，會有越來越多的小流量無管存及無儲氣調(diào)峰能力的天然氣經(jīng)營企業(yè)加入到城市燃氣用戶之中。中滄線所轄的天衢工業(yè)園分輸站就是屬于為小用氣量工業(yè)用戶和居民用戶供氣的分輸站。天衢工業(yè)園分輸站于2010年12月11日投產(chǎn)，經(jīng)歷了輸氣量由日輸量1×104Nm3增長到如今日最高輸氣量7×104Nm3，下游用戶從一個到兩個用戶的轉(zhuǎn)變過程。

近年來，國內(nèi)學(xué)者對天然氣輸氣方案進行了廣泛的研究。文章以天衢工業(yè)園分輸站為例，結(jié)合此分輸站和下游門站實際硬件條件，從平穩(wěn)供氣、保證計量精度、提高設(shè)備利用率、減少設(shè)備故障率等幾方面進行分析，系統(tǒng)地闡述小流量用戶分輸運行方案及其特點，為同類型分輸站制定分輸運行方案提供一定的參考。

1 概述

1.1 小流量用戶分輸運行方案概述

根據(jù)此站投產(chǎn)以后的實踐運行情況和生產(chǎn)實際，將小流量用戶分輸運行方案的編制總結(jié)為以下幾種：

（1）瞬時流量在1500Nm3/h以下的輸氣運行方案。

（2）瞬時流量在1500Nm3/h以上的輸氣運行方案。

（3）早8點后為居民用戶充管存氣的運行方案。

在制定小流量用戶分輸運行方案時，通常要考慮以下兩個方面：

（1）控制分輸量，減少閥門開關(guān)次數(shù)，避免頻繁動作。

（2）滿足下游門站對壓力和流量的要求，提高計量精度，保證平穩(wěn)合理供氣。

1.2 天衢工業(yè)園分輸站概況

（1）站內(nèi)管線設(shè)計壓力4.0MPa，要求進站壓力小于等于

2.6MPa，出站壓力控制在1.0-1.5MPa；設(shè)計輸氣能力約30×104m3/d。

（2）站內(nèi)兩臺旋風(fēng)分離器，設(shè)計壓力4.0MPa，一用一備。

（3）站內(nèi)計量設(shè)備為丹尼爾四聲道超聲波流量計，DN100，一用一備。設(shè)計允許最小流量Qmin：800ft3/h（22.6Nm3/h），設(shè)計允許最大流量Qmax：31850ft3/h（901Nm3/h），超聲波流量計對計量精度的起始流量：3200ft3/h（90.6Nm3/h）。

（4）兩路調(diào)壓橇，一用一備，每路包括安全切斷閥，監(jiān)控調(diào)壓閥，工作調(diào)壓閥（歐瑪電動執(zhí)行機構(gòu)）。

（5）出站管徑Φ273mm×7mm。

（6）本站進站壓力約在1.7MPa至2.2MPa之間。根據(jù)標準狀態(tài)體積估算方法：標準狀態(tài)下的體積=實際狀態(tài)下體積×實際狀態(tài)的絕對壓力×10，下面計算最小壓力與最大壓力的流量范圍值和達到計量精度的起始流量值。

在進站壓力1.7MPa時，滿足計量精度的標況流量范圍。

Qmin=22.6×（1.7+0.1）×10=406.8Nm3/h

Q起=90.6×（1.7+0.1）×10=1630.8Nm3/h

Qmax=901×（1.7+0.1）×10=16218Nm3/h

在進站壓力2.2MPa時，滿足計量精度的標況流量范圍。

Qmin=22.6×（2.2+0.1）×10=519.8Nm3/h

Q起=90.6×（2.2+0.1）×10=2083.8Nm3/h

Qmax=901×（2.2+0.1）×10=20723Nm3/h

下游門站用戶采用DN200渦輪流量計進行計量，工作狀態(tài)下的理想流量范圍為100-2000Nm3/h，滿足流量最小精度值為20Nm3/h，根據(jù)標準狀態(tài)體積估算方法：標準狀態(tài)下的體積=實際狀態(tài)下體積×實際狀態(tài)的絕對壓力×10，下游門站的進站壓力在1.0-1.5MPa之間，下面計算最小壓力與最大壓力的流量范圍。

在進站壓力1.0MPa時，滿足計量精度的標況流量范圍。

Qmin=100×（1.0+0.1）×10=1100Nm3/h

Q精=20×（1.0+0.1）×10=220Nm3/h

Qmax=2000×（1.0+0.1）×10=22000Nm3/h

在進站壓力1.5MPa時，滿足計量精度的標況流量范圍。

Qmin=100×（1.5+0.1）×10=1600Nm3/h

Q精=20×（1.5+0.1）×10=320Nm3/h

Qmax=2000×（1.5+0.1）×10=32000Nm3/h

從以上不難看出，進站壓力越低，保證計量精度的最小標準狀況下的流量值越小，壓力越高，保證計量精度的流量值越大。所以對于小流量用戶分輸，在不考慮其他影響的前提下，進站壓力越低，越有利于在分輸過程中保持計量精度。

1.3 天衢工業(yè)園分輸站下游門站概況

（1）此分輸站到下游門站僅一墻之隔，因為距離太近，故可認為兩站之間無管存量。下游門站進站管線設(shè)計壓力2.5MPa，要求進站壓力在1.0-1.5MPa之間。

（2）下游門站內(nèi)計量設(shè)備為氣體渦輪流量計，DN200，并在現(xiàn)場安裝有流量調(diào)節(jié)閥，可進行現(xiàn)場手動調(diào)節(jié)。

（3）起初，門站用戶主要為工業(yè)用戶，出站壓力為0.40MPa左右，自2013年1月新增吳橋偉業(yè)用戶，主要為居民用戶，用氣量每天約2000Nm3，相對較少。

（4）因吳橋偉業(yè)用氣量少，采用早8點以后充氣的方法供氣，管線Φ219mm，長約14公里，管存氣即可滿足用氣要求。

用氣體狀態(tài)方程式V=TP1V1/PT1Z計量管存量。

V1=3.14×[（0.219-0.007×2）/2]2×14000=2252.95m3

T=273.15+20=293.15℃ p1=1.1+0.1=1.2MPa p=0.1MPa

T1=273.15+15=288.15℃ Z≈0.95

V=（293.15×1.2×2252.95）/（0.1×288.15×0.95）=28952Nm3

吳橋偉業(yè)用戶管存量為28952Nm3。

2 小流量用戶分輸運行方案分析

2.1 瞬時流量在1500Nm3/h以下的輸氣運行方案

特點：下游用戶用氣量小，工作調(diào)壓閥在自動狀態(tài)下不能滿足調(diào)節(jié)要求。

運行方案：進站壓力越小，超聲波流量計對起始流量精度的要求值越低。例如，在進站壓力為1.7MPa時，對流量計起始流量精度的流量值為1630.8Nm3/h，最小流量值為406.8Nm3/h。即，如果流量值為1500Nm3/h，則達不到最佳流量計計量精度的要求，這時可要求下游用戶將本站的流量調(diào)節(jié)閥開大，增加輸氣量，以滿足計量精度的要求。

而且，流量偏低對工作調(diào)壓閥也產(chǎn)生影響，自動控制狀態(tài)下，調(diào)壓閥的開度設(shè)定值不能滿足小流量的壓力調(diào)節(jié)，從而使工作調(diào)壓閥失去作用，轉(zhuǎn)而使監(jiān)控調(diào)壓閥起作用，引起出站壓力變化，從而對計量精度產(chǎn)生影響。如果瞬時流量在1500Nm3以下時，則盡量選擇手動控制，以保持出站壓力平穩(wěn)，減少監(jiān)控調(diào)節(jié)閥動作的次數(shù)，使計量精度不至受過大影響，保證合理平穩(wěn)供氣。

2.2 瞬時流量在1500Nm3/h以上的輸氣運行方案

特點：用氣高峰時，瞬時氣量超過1500Nm3時，日用氣量控制在7×104m3以下時，此時工作調(diào)壓閥自動工作狀態(tài)平穩(wěn)，但瞬時氣量有時卻不穩(wěn)，因為下游是工業(yè)用戶，白天生產(chǎn)時，用氣量會大些，這時，可根據(jù)北調(diào)日指定輸氣量對瞬時氣量進行測算，如果日指定輸氣量是7×104m3，那么瞬時流量在2916Nm3時，完全可以滿足計量精度的要求，對下游的壓力控制也較平穩(wěn)。

運行方案：將工作調(diào)壓閥設(shè)置在自動狀態(tài)下，給定壓力在1.1MPa，根據(jù)北調(diào)日指定輸氣量，計算每小時用氣量，鼓勵下游門站的用戶盡量在白天用足氣量，以免值班人員在夜間調(diào)節(jié)壓力和流量時因精力不集中而出現(xiàn)調(diào)錯等問題，要與下游門站協(xié)商，盡量讓他們使用自己站內(nèi)的流量調(diào)節(jié)閥和壓力調(diào)節(jié)閥對在出現(xiàn)超量趨勢的情況下，提前進行流量限制，以保證平穩(wěn)合理供氣，減少閥門動作，減小計量偏差。

2.3 早8點后為居民用戶充管存氣的運行方案

特點：對于2013年1月后新增的吳橋偉業(yè)居民用戶，每天早8點后加大閥門開度對輸氣管線增壓輸氣，增加管存量，但輸氣量小。

運行方案：早8點以后是用氣高峰期，如果由于一直在控制氣量導(dǎo)致昨天的出站壓力較低，那么當早8點做完計量交接，開始加大閥門開度輸氣時，將會出現(xiàn)氣量瞬時增加的情況。輸氣量增加，出站壓力就會減小，為了避免壓力盡一步下降，導(dǎo)致用戶在充管存氣的過程中達不到量，可以將出站壓力設(shè)定到最小值1.0MPa，這樣既可以保證下游用戶補充充足的氣量，又可以保證計量精度。

根據(jù)以上分析，我們可以針對不同的實際情況來制定所需要的小流量用戶分輸運行方案，以滿足下游門站對壓力和流量的要求，提高計量精度，保證平穩(wěn)合理供氣，同時嚴格控制日指定輸氣量，減少閥門開關(guān)次數(shù)，避免頻繁動作。

3 平穩(wěn)輸氣運行方案改進

（1）當下游門站用氣量無法保證日指定量和計量精度時，可在我方站內(nèi)增加流量調(diào)節(jié)閥，采用PID控制方式進行控制，如果遠程不能操作時，也可采用人工手動控制，即可實現(xiàn)對流量的準確控制。

（2）下游門站增設(shè)儲氣設(shè)施，用以調(diào)峰和保障不間斷供氣，同時也可在我方流量計最大瞬時流量不能滿足下游用戶用氣量時，進行應(yīng)急供氣。

4 兩個與分輸相關(guān)的運行問題

4.1 超日指定輸氣問題

當有超日指定輸氣量輸氣的趨勢時，可利用本站和下游門站共同控制壓力和流量的方法來控制氣量，既保證不超過日指定輸氣量，又滿足用戶的最大用氣量。如下游用戶到達日指定輸氣量，則應(yīng)停輸，停輸時可采用以下兩種方法。

第一，全關(guān)電動工作調(diào)壓閥，關(guān)調(diào)壓裝置區(qū)進口電動球閥代替關(guān)出站電動球閥，這樣調(diào)壓撬安全切斷閥就不會因壓力過高而切斷。

第二，對工作調(diào)壓閥進行手動控制，控制流量，監(jiān)督下游用戶自行控制氣量，到日指定輸氣量后自行關(guān)閉相關(guān)閥門，使得分輸量控制在指定范圍內(nèi)。

4.2 調(diào)壓裝置運行問題

分輸過程中控制分輸壓力與分輸流量是關(guān)鍵的指標，在冬季遇到用氣高峰時，調(diào)壓裝置頻繁調(diào)節(jié)壓力以控制下游門站用氣量，為保證調(diào)壓精度和控制氣量，在冬季高峰運行前對調(diào)壓裝置閥門進行入冬前保養(yǎng)，保證設(shè)備的完好性。特殊情況下加強對調(diào)壓裝置的監(jiān)控，在有電伴熱的情況下，可根據(jù)天氣情況調(diào)節(jié)電伴熱的溫度，預(yù)防冰堵的發(fā)生。

5 結(jié)束語

文章僅針對中滄線天衢工業(yè)園分輸站運行三年多來的實際情況，而每個分輸站情況不盡相同，可能采取的運行方式不同。文章講述了個人在實際生產(chǎn)工作中所遇到的一些實際情況以及制定的不同運行方案和一些原則，希望能為今后的生產(chǎn)提供一些借鑒。總之，輸氣必須以保證計量精度、平衡調(diào)配分輸氣量、減少閥門調(diào)節(jié)次數(shù)、合理利用本站和下游門站的設(shè)備以滿足高峰用氣為前提，綜合考慮制定分輸運行方案。

參考文獻

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作者簡介：任福建（1978-），男，漢族，山東德州人，工程師，工程碩士，主要從事天然氣輸送運行管理工作。