動力分布式技術在燃氣輸配系統中應用探討

翟夢嫻

摘要：基于動力分布式技術，與燃氣輸配系統相結合，對兩者進行了介紹，根據其特點提出了動力分布式燃氣輸配系統，并對動力分布式技術在燃氣輸配系統的應用做了可行性分析。

關鍵詞：動力分布式技術；燃氣輸配系統；調壓設備

中圖分類號：TU996

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）18017803

1引言

21世紀以來，隨著我國經濟的快速發展以及工業化、城鎮化的加快，促進了我國能源事業的不斷發展壯大。城市燃氣是城市的重要能源之一，經過全行業的努力，截至2014年底，我國城市燃氣供氣總量達到1254億m3，其中，天然氣為1057億m3，占供氣總量的84%，天然氣逐漸成為主導氣源。我國城市燃氣行業處于快速成長期，形成了以五大跨區經營的燃氣公司為主導市場格局，天然氣成為燃氣行業里的主導能源＼[1＼]。針對調壓設備耗能、達不到資用壓頭，通過相關學者的不斷鉆研和研究，一些新型節能措施和系統方案也油然而生。

其中，動力分布式技術因其顯著的節能、環保、經濟和低碳的優勢在我國廣泛推廣，進入逐步應用狀態。本文結合動力分布式技術和燃氣輸配系統特性提出動力分布式燃氣輸配系統理念，希望能為我國能源行業的低炭環保出一份力。

2動力分布式技術

2.1動力分布式系統的定義

動力分布式技術是指在輸配系統中，用戶處分別設置與用氣設備相串聯的用戶二級調壓器的系統被稱為動力分布式輸配系統，為了保證下游用氣量的不間斷和降低水力失調、水力耦合發生概率，氣源處，用戶處均采用一用一備并聯監控調壓工作方式。

2.2動力分布式系統的原理

傳統系統的動力設備安裝在近用戶端，為整個系統流動提供了動力。隨著時代的變遷，社會的發展，城市供氣規模越來越大，長輸管線閥門節流能耗逐步增大，為達到節能目的降低這部分能耗，越來越多的專家學者們致力于對動力分布式系統的研究。動力分布式系統是將整個系統的動力裝置分別設置于氣源處和近用戶處，兩部分循環動力串聯運行，使得兩方共同承擔系統壓力＼[2＼]。

2.3動力分布式系統的優點

動力分布式理念是國家鼓勵的節能改造項目之一，并且具有很高的示范和應用價值，符合《中華人民共和國節能法》和“十三五”等重點節能工程項目的精神，對于推進我國建設資源節約型社會起到了積極的促進作用，其優點如下。

（1）顯著的節能性。由于動力分布式系統將集中的動力由主調壓器和多個分調壓器共同承擔，氣源處、用戶處均采用一用一備并聯監控調壓工作方式，管網提供的能量正好滿足用戶需求，減少了系統的無效能耗，尤其在非滿負荷運行時，節能優勢更顯著。

（2）精確地按需供應。動力分布式系統是在用戶處設置了用戶分循環調壓器并采用一用一備并聯監控調壓工作方式，取代了傳統系統的流量調節閥，系統根據用戶用氣需求、室外氣溫變化等通過變頻控制設備來調節調壓器的運行。以改變流量，使用戶實現按需供氣，從而達到節能，便于運行調節的目的。

（3）提高遠端用戶的供氣質量。傳統燃氣輸配系統隨著供氣半徑的增大，輸送管道長，阻力大，流速降低，會出現遠端用戶流量不足的情況而造成氣量損失，最為明顯的現象就是用氣設備無法點燃。然而在動力分布式系統中，調壓器以接力的形式來輸送動力，克服管道的阻力，加快流量的輸送，減少了氣量損失。

（4）經濟效益好。動力分布式系統運行較靈活，從一定程度上避免了由于局部加壓而將整個管網的流量及壓力增大。從而降低輸配能耗和運行成本，提高經濟效益。

（5）系統穩定性高。傳統燃氣輸配系統運行時，當減少用戶側氣量，氣壓增加效率降低，調壓器的工作點的偏移會造成系統的不穩定，管網總氣量變化導致用戶側氣量發生劇烈變化，易發生水力耦合、水力失調。而動力分布式系統采用零壓差點調節，能有效改善系統穩定性。

（6）增強了管網運行的安全性。動力分布式系統的主循環調壓器只承擔氣源內部到零壓差點之前的循環動力，主循環調壓器的壓力降低，從而降低了氣源管道所承擔的壓力，提高了其運行的安全性。

3燃氣輸配系統

3.1燃氣輸配系統的供需平衡

由于城市燃氣系統較為復雜，受到用戶使用時間、頻率等因素限制，其特殊性決定了需用工況的不均勻性。但是，一般情況下，燃氣氣源的供應量是均勻的，不可能完全依據需用工況而發生調整。為了解決均勻供氣和不均勻耗氣之間的矛盾，達到按需供氣，保證各類燃氣用戶有足夠流量和正常壓力，必須采取合適的方法使燃氣輸配系統供需平衡。

3.1.1調整氣源的生產能力和引入機動氣源

通過調整氣源的生產能力和引入機動氣源，須將氣源運轉能力、停止和調整難易程度、氣源生產能力負荷變化的可能性和變化幅度考慮其中。同時，應將供氣的安全可靠和技術經濟合理性加入研究之內。

3.1.2發揮調度和設置緩沖用戶

城市燃氣供應的緩沖用戶可以是一些大型的工業企業、鍋爐房等。用氣低峰時，把余氣供給它們利用，而高峰時，改燒固體燃料或液體燃料作為這些緩沖用戶的主要依靠體。用此方法平衡季節不均勻用氣及一部分日不均勻用氣。

除此之外，還可以采納計劃調配用氣的方法。根據掌握的工業企業、居民用戶以及公共建筑的用氣情況，來制定調度計劃，通過調度計劃來調整供氣量＼[3＼]。

3.1.3利用儲氣設施

針對用氣高峰期，常常出現供不應求，可利用儲氣設施增加輸配氣量。針對用氣低谷期，常常出現供大于求，可通過利用儲氣設施增加儲氣氣量。

3.2燃氣管網系統的壓力分類

燃氣管道之所以要根據輸氣壓力來分級，主要原因如下：

與其他流體管道相比，燃氣易燃易爆的特殊性決定了管道的氣密性有特別嚴格的要求；endprint

漏氣可能導致火災、爆炸、中毒甚至更為嚴重事故；

管道接頭脫開或管道本身出現裂縫的可能性和危險性隨著燃氣管道中的壓力升高而增加；

當管道內燃氣的壓力不同時，管道材質、安裝質量、檢驗標準和運行管理的要求也隨之變化。

3.3燃氣管網系統的水力工況

相比于液態流體輸配管網，燃由于燃氣介質密度低，輸配管道為壓力管道，其特殊性決定了其水力特性。動力分布式燃氣輸配系統水力計算與傳統燃氣輸配系統水力計算區別如表1。

4動力分布式燃氣輸配系統

4.1動力分布式燃氣輸配系統理念

社會經濟依賴能源發展，同時能源也是制約社會發展的主要因素之一。近期，我國能源生產總量和能源消費總量同比呈現迅猛增長的趨勢，然而能源消耗遠遠大于能源生產，而導致我國能源結構形勢面臨著嚴峻的挑戰。而燃氣是不可再生能源，因此對燃氣輸配系統進行系統優化設計或改善是必要的。目前我國城鎮燃氣輸配系統缺乏分布式動力輸配系統，無法實現按需供氣，導致系統能耗增加，不利于節能減排。下面對這種系統進行詳細介紹。

4.2動力分布式燃氣輸配系統

動力分布式燃氣輸配系統可以理解為將動力分布式技術和燃氣輸配系統相互結合起來，可理解為將動力分布式技術應用在燃氣輸配系統中。因此，動力分布式燃氣輸配系統可以看作是由兩個重要部分組成，二者缺一不可。基于燃氣輸配系統的幾種主要應用形式，可將動力分布式燃氣輸配系統分為一次網系統和二次網系統。傳統的燃氣輸配系統中調壓器選擇是根據最不利環路的末端用戶壓力來確定的，需要且僅需要滿足最不利環路的壓力降，其他支路如存在壓力富裕則通常采用增加閥門阻力的方式來消耗，最常見方法就是通過閥門節流來調節，以達到目的。在傳統燃氣輸配系統中，由于一次管網輸送距離遠，在末端缺乏有力的調節手段，極易出現近端用戶流量過大，遠端用戶流量不足＼[4＼]。通常調壓設備采用集中控制方式，極易出現各用戶氣量壓力不均衡，且不論用戶是否需要節流控制，調壓設備只要開啟，每個支路用戶就會有滿管流燃氣沖入，這就造成能量不必要的浪費。

傳統的燃氣輸配系統普遍存在“大馬拉小車”問題。為了保證按需供氣和減少能量損失，引入動力分布式燃氣輸配系統。此系統以調壓器代替閥門，通過主調壓器和支路的二次調壓器來克服系統總阻力，這種系統不僅使動力分布式系統的能耗降低且可調性好＼[5＼]。主調壓器只承擔氣源到零壓差點之間的動力。二次調壓設備僅用來克服各個支路的能量損失。需要注意的是主調壓設備和二次調壓設備均采用變頻控制的形式。圖1為動力分布式燃氣輸配系統示意圖。

4.3動力分布式燃氣輸配系統優勢

（1）節能效益更為顯著。節能、低炭和環保主要可以體現在兩個方面：①各類調壓設備機組節能。與傳統燃氣輸配系統相比由于調壓設備只承擔管網系統中部分能耗，所以節能效果很顯著。②由于動力分布式系統將集中的動力由主調壓設備和多個分調壓設備共同承擔，調壓設備采用變頻控制，管網提供的能量正好滿足用戶需求，減少了系統的無效能耗，尤其在非滿負荷運行時，節能優勢更顯著。

（2）精確地按需供氣。動力分布式燃氣輸配系統在用戶處分別設置用戶調壓設備和二次調壓設備并全部采用變頻控制，取代了傳統系統的流量調節閥控制，系統根據室外氣溫變化或用戶需求等通過變頻控制來調節調壓設備的運行，以改變氣量，使用戶實現按需供氣，從而達到節能，便于運行調節的目的。

（3）保護調壓設備。動力分布式燃氣輸配系統的主調壓設備只承擔氣源內部到零壓差點之前的循環動力，主調壓設備的壓力降低，從而大幅度地降低了氣源設備所承擔的壓力。

5結語

本文基于對動力分布式技術，結合燃氣輸配系統的特點進行了描述討論。提出了動力分布式技術新的應用形式——動力分布式燃氣輸配系統，希望此系統的提出能夠為社會提供高效的服務。

參考文獻：

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劉勇，趙忠德.我國燃氣行業天然氣利用現狀與展望＼[J＼].天然氣，2014.

＼[2＼]袁麗娟.不同形式的動力分布式系統的適用性研究＼[D＼]. 西安：西安工程大學，2016.

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＼[4＼]趙鵬飛，吳志湘，韓惠奇，等.基于某地熱供暖工程結合動力分布式系統的分析研究＼[J＼].住宅與房地產，2016（11）.

＼[5＼]江億.用變速泵和變速風機代替調節用風閥水閥＼[J＼].暖通空調，1997，27（2）.

Discussion on Application of Power Distribution Technology in Gas Transmission and Distribution System

Zhai Mengxian

（Xian Design and Research Institute of Non-ferrous Metallurgy， Xian 710001， China）

Abstract： The paper introduced the power distributed technology and gas transmission system. According to characteristics， it put forward power distributed gas transmission system. It also analyzed the power distributed technology and gas transmission system.

Key words： power distributed technology； gas transmission system； pressure regulating equipmentendprint