中滄線小流量分輸運(yùn)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(shí)際硬件條件，從平穩(wěn)供氣、保證計(jì)量精度、提高設(shè)備利用率、減少設(shè)備故障率等幾方面進(jìn)行分析，系統(tǒng)地闡述小流量用戶分輸運(yùn)行方案及其特點(diǎn)，為以后制定分輸運(yùn)行方案提供一定的依據(jù)。

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

前言

隨著城市燃?xì)馐袌?chǎng)的發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的小流量無(wú)管存及無(wú)儲(chǔ)氣調(diào)峰能力的天然氣經(jīng)營(yíng)企業(yè)加入到城市燃?xì)庥脩糁?。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(zhǎng)到如今日最高輸氣量7×104Nm3，下游用戶從一個(gè)到兩個(gè)用戶的轉(zhuǎn)變過(guò)程。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)天然氣輸氣方案進(jìn)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(shí)際硬件條件，從平穩(wěn)供氣、保證計(jì)量精度、提高設(shè)備利用率、減少設(shè)備故障率等幾方面進(jìn)行分析，系統(tǒng)地闡述小流量用戶分輸運(yùn)行方案及其特點(diǎn)，為同類型分輸站制定分輸運(yùn)行方案提供一定的參考。

1 概述

1.1 小流量用戶分輸運(yùn)行方案概述

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

（1）瞬時(shí)流量在1500Nm3/h以下的輸氣運(yùn)行方案。

（2）瞬時(shí)流量在1500Nm3/h以上的輸氣運(yùn)行方案。

（3）早8點(diǎn)后為居民用戶充管存氣的運(yùn)行方案。

在制定小流量用戶分輸運(yùn)行方案時(shí)，通常要考慮以下兩個(gè)方面：

（1）控制分輸量，減少閥門開關(guān)次數(shù)，避免頻繁動(dòng)作。

（2）滿足下游門站對(duì)壓力和流量的要求，提高計(jì)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(jì)壓力4.0MPa，要求進(jìn)站壓力小于等于

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

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

（3）站內(nèi)計(jì)量設(shè)備為丹尼爾四聲道超聲波流量計(jì)，DN100，一用一備。設(shè)計(jì)允許最小流量Qmin：800ft3/h（22.6Nm3/h），設(shè)計(jì)允許最大流量Qmax：31850ft3/h（901Nm3/h），超聲波流量計(jì)對(duì)計(jì)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)）。

（5）出站管徑Φ273mm×7mm。

（6）本站進(jìn)站壓力約在1.7MPa至2.2MPa之間。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積估算方法：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積=實(shí)際狀態(tài)下體積×實(shí)際狀態(tài)的絕對(duì)壓力×10，下面計(jì)算最小壓力與最大壓力的流量范圍值和達(dá)到計(jì)量精度的起始流量值。

在進(jìn)站壓力1.7MPa時(shí)，滿足計(jì)量精度的標(biāo)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(jìn)站壓力2.2MPa時(shí)，滿足計(jì)量精度的標(biāo)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(jì)進(jìn)行計(jì)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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積估算方法：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積=實(shí)際狀態(tài)下體積×實(shí)際狀態(tài)的絕對(duì)壓力×10，下游門站的進(jìn)站壓力在1.0-1.5MPa之間，下面計(jì)算最小壓力與最大壓力的流量范圍。

在進(jìn)站壓力1.0MPa時(shí)，滿足計(jì)量精度的標(biāo)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(jìn)站壓力1.5MPa時(shí)，滿足計(jì)量精度的標(biāo)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(jìn)站壓力越低，保證計(jì)量精度的最小標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量值越小，壓力越高，保證計(jì)量精度的流量值越大。所以對(duì)于小流量用戶分輸，在不考慮其他影響的前提下，進(jìn)站壓力越低，越有利于在分輸過(guò)程中保持計(jì)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?yàn)榫嚯x太近，故可認(rèn)為兩站之間無(wú)管存量。下游門站進(jìn)站管線設(shè)計(jì)壓力2.5MPa，要求進(jìn)站壓力在1.0-1.5MPa之間。

（2）下游門站內(nèi)計(jì)量設(shè)備為氣體渦輪流量計(jì)，DN200，并在現(xiàn)場(chǎng)安裝有流量調(diào)節(jié)閥，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)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(duì)較少。

（4）因吳橋偉業(yè)用氣量少，采用早8點(diǎn)以后充氣的方法供氣，管線Φ219mm，長(zhǎng)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(jì)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(yùn)行方案分析

2.1 瞬時(shí)流量在1500Nm3/h以下的輸氣運(yùn)行方案

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

運(yùn)行方案：進(jìn)站壓力越小，超聲波流量計(jì)對(duì)起始流量精度的要求值越低。例如，在進(jìn)站壓力為1.7MPa時(shí)，對(duì)流量計(jì)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(dá)不到最佳流量計(jì)計(jì)量精度的要求，這時(shí)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(jì)量精度的要求。

而且，流量偏低對(duì)工作調(diào)壓閥也產(chǎn)生影響，自動(dòng)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(duì)計(jì)量精度產(chǎn)生影響。如果瞬時(shí)流量在1500Nm3以下時(shí)，則盡量選擇手動(dòng)控制，以保持出站壓力平穩(wěn)，減少監(jiān)控調(diào)節(jié)閥動(dòng)作的次數(shù)，使計(jì)量精度不至受過(guò)大影響，保證合理平穩(wěn)供氣。

2.2 瞬時(shí)流量在1500Nm3/h以上的輸氣運(yùn)行方案

特點(diǎn)：用氣高峰時(shí)，瞬時(shí)氣量超過(guò)1500Nm3時(shí)，日用氣量控制在7×104m3以下時(shí)，此時(shí)工作調(diào)壓閥自動(dòng)工作狀態(tài)平穩(wěn)，但瞬時(shí)氣量有時(shí)卻不穩(wěn)，因?yàn)橄掠问枪I(yè)用戶，白天生產(chǎn)時(shí)，用氣量會(huì)大些，這時(shí)，可根據(jù)北調(diào)日指定輸氣量對(duì)瞬時(shí)氣量進(jìn)行測(cè)算，如果日指定輸氣量是7×104m3，那么瞬時(shí)流量在2916Nm3時(shí)，完全可以滿足計(jì)量精度的要求，對(duì)下游的壓力控制也較平穩(wěn)。

運(yùn)行方案：將工作調(diào)壓閥設(shè)置在自動(dòng)狀態(tài)下，給定壓力在1.1MPa，根據(jù)北調(diào)日指定輸氣量，計(jì)算每小時(shí)用氣量，鼓勵(lì)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(shí)因精力不集中而出現(xiàn)調(diào)錯(cuò)等問(wèn)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(duì)在出現(xiàn)超量趨勢(shì)的情況下，提前進(jìn)行流量限制，以保證平穩(wěn)合理供氣，減少閥門動(dòng)作，減小計(jì)量偏差。

2.3 早8點(diǎn)后為居民用戶充管存氣的運(yùn)行方案

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

運(yùn)行方案：早8點(diǎn)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(dāng)早8點(diǎn)做完計(jì)量交接，開始加大閥門開度輸氣時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)氣量瞬時(shí)增加的情況。輸氣量增加，出站壓力就會(huì)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(guò)程中達(dá)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(bǔ)充充足的氣量，又可以保證計(jì)量精度。

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

3 平穩(wěn)輸氣運(yùn)行方案改進(jìn)

（1）當(dāng)下游門站用氣量無(wú)法保證日指定量和計(jì)量精度時(shí)，可在我方站內(nèi)增加流量調(diào)節(jié)閥，采用PID控制方式進(jìn)行控制，如果遠(yuǎn)程不能操作時(shí)，也可采用人工手動(dòng)控制，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的準(zhǔn)確控制。

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

4 兩個(gè)與分輸相關(guān)的運(yùn)行問(wèn)題

4.1 超日指定輸氣問(wèn)題

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

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

第二，對(duì)工作調(diào)壓閥進(jìn)行手動(dòng)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(yùn)行問(wèn)題

分輸過(guò)程中控制分輸壓力與分輸流量是關(guān)鍵的指標(biāo)，在冬季遇到用氣高峰時(shí)，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(yùn)行前對(duì)調(diào)壓裝置閥門進(jìn)行入冬前保養(yǎng)，保證設(shè)備的完好性。特殊情況下加強(qiáng)對(duì)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(yǔ)

文章僅針對(duì)中滄線天衢工業(yè)園分輸站運(yùn)行三年多來(lái)的實(shí)際情況，而每個(gè)分輸站情況不盡相同，可能采取的運(yùn)行方式不同。文章講述了個(gè)人在實(shí)際生產(chǎn)工作中所遇到的一些實(shí)際情況以及制定的不同運(yùn)行方案和一些原則，希望能為今后的生產(chǎn)提供一些借鑒?？傊?，輸氣必須以保證計(jì)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(yùn)行方案。

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作者簡(jiǎn)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(yùn)行管理工作。