對天然氣管網(wǎng)地區(qū)調(diào)壓器配備的優(yōu)化簡析

上海大眾燃?xì)庥邢薰?王海華

對天然氣管網(wǎng)地區(qū)調(diào)壓器配備的優(yōu)化簡析

上海大眾燃?xì)庥邢薰?王海華

以市南地區(qū)調(diào)壓器總裝機(jī)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際需求量為問題的切入點(diǎn)，分析了目前中低壓管網(wǎng)的地區(qū)調(diào)壓器配備，闡述了可優(yōu)化的目標(biāo)，并給出了實(shí)施建議。

燃?xì)夤芫W(wǎng) 地區(qū)調(diào)壓器 優(yōu)化

為滿足經(jīng)濟(jì)投入的合理性和運(yùn)行的安全性，燃?xì)馔ㄟ^管網(wǎng)系統(tǒng)從氣源點(diǎn)輸送至終端用戶，通常采用多級(jí)的壓力輸送級(jí)制，調(diào)壓器則是連接不同壓力級(jí)制燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的重要設(shè)施，因此，管網(wǎng)系統(tǒng)中的地區(qū)調(diào)壓器的配置(主要包括調(diào)壓能力、數(shù)量和位置)合理與否將直接影響到管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)的投入、管網(wǎng)供應(yīng)的安全性以及用戶用氣體驗(yàn)的舒適程度，尤其是在完成管道燃?xì)馊烊粴饣?，如何使得管網(wǎng)系統(tǒng)中地區(qū)調(diào)壓器的配備日趨合理，并使其與天然氣管網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)更加的匹配，將是一項(xiàng)長期的工作，本文將著重對市南中低壓地區(qū)調(diào)壓器的合理配置做簡要的分析與建議。

1 中低壓地區(qū)調(diào)壓器配備現(xiàn)狀

目前市南地區(qū)擁有中低壓地區(qū)和街坊調(diào)壓器數(shù)量合計(jì)870臺(tái)，最大供應(yīng)能力約為100萬m3/hr，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 市南地區(qū)中低壓調(diào)壓器統(tǒng)計(jì)

然而，2015年初底冬高峰期間，市南地區(qū)燃?xì)馑杏脩敉砀叻遄畲笮r(shí)流量僅28萬m3/h，根據(jù)地區(qū)和街坊調(diào)壓器與專用調(diào)壓器總裝機(jī)容量占比推算，其中通過地區(qū)和街坊調(diào)壓器高峰期間流入低壓管網(wǎng)的最大小時(shí)流量占總量的60%。參照表1數(shù)據(jù)，也意味著地區(qū)調(diào)壓器高峰期間最大小時(shí)流量約占總量的36%，即：高峰期間，地區(qū)調(diào)壓器實(shí)際合計(jì)最大小時(shí)流量約為10萬m3/h，僅占其最大供應(yīng)能力的16.7%，也就是說，地區(qū)調(diào)壓器的供應(yīng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際需求量。

雖然總體上供大于求，但局部地區(qū)低壓管網(wǎng)仍存在供應(yīng)不良的情況。自 2010年開始，公司恢復(fù)了高峰期間低壓管網(wǎng)的壓力監(jiān)測工作，通過連續(xù)幾年低壓管網(wǎng)的壓力測試，發(fā)現(xiàn)局部地區(qū)低壓管網(wǎng)仍存在供應(yīng)壓力過低的情況，個(gè)別樓前立管壓力還不足1 500 Pa，已嚴(yán)重影響到低壓用戶的正常用氣。

通過上述簡單的數(shù)據(jù)比對，目前市南地區(qū)中低壓地區(qū)調(diào)壓器的配置反應(yīng)出兩個(gè)比較突出的問題，一是總體供應(yīng)能力富余量偏大，這將增加平時(shí)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用及更新改造投入資金，另一方面在局部存在地區(qū)調(diào)壓器偏少的情況，低壓管網(wǎng)仍存在供應(yīng)緊缺的問題(當(dāng)然局部供應(yīng)不良與低壓管網(wǎng)的口徑也可能存在一定的關(guān)系，本文對此暫不予以分析)，使部分用戶無法正常用氣。合理調(diào)整調(diào)壓器的數(shù)量、單體容量，優(yōu)化整體的布局將是今后相當(dāng)長一段時(shí)間不得不面對的問題。

2 地區(qū)調(diào)壓器理配備優(yōu)化目標(biāo)

地區(qū)調(diào)壓器配備優(yōu)化的最終目標(biāo)就是逐步降低調(diào)壓器總體裝機(jī)容量，使調(diào)壓器在燃?xì)夤芫W(wǎng)上布局更合理，從而以最小的投入，來實(shí)現(xiàn)地區(qū)低壓管網(wǎng)的安全運(yùn)行和穩(wěn)定供氣。

對一個(gè)中低壓二級(jí)制的燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)，在用氣負(fù)荷為定值的情況下，中低壓調(diào)壓器配備的數(shù)量越多，其互補(bǔ)性越強(qiáng)，從而使得低壓管網(wǎng)系統(tǒng)供應(yīng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力越強(qiáng)，當(dāng)然低壓管網(wǎng)口徑可配置的越小，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致調(diào)壓器上游的中壓管網(wǎng)配置數(shù)量(口徑、長度)增加，從而增加調(diào)壓器、中壓管網(wǎng)建設(shè)及維護(hù)成本；相反，調(diào)壓器配置數(shù)量越少，其互補(bǔ)性越差，低壓管網(wǎng)配置口徑將越大，低壓管網(wǎng)系統(tǒng)供應(yīng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力越差，但調(diào)壓器上游中壓管網(wǎng)(口徑、長度)的配置可大大縮減。如何解決上述矛盾，通常在滿足既定的用氣負(fù)荷的情況下，同時(shí)兼顧一定管網(wǎng)供應(yīng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，通過建設(shè)投入和運(yùn)行維護(hù)成本測算，在最小的成本(包括人、財(cái)、物)投入的情況下，換算出理想情況下調(diào)壓器配置數(shù)量、規(guī)格及管網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)。

市南地區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)，通過一個(gè)半世紀(jì)的發(fā)展，尤其是經(jīng)歷了上世紀(jì)九十年代的燃?xì)獯蟀l(fā)展及本世紀(jì)初大規(guī)模的天然氣轉(zhuǎn)換，除了管網(wǎng)局部的改造及周邊地區(qū)管網(wǎng)延伸外，中低壓管網(wǎng)已經(jīng)基本定型，由此，在管網(wǎng)基本固定的情況下，僅圍繞地區(qū)調(diào)壓器本身變量來進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，將使得整個(gè)問題變得相對簡單易行。

根據(jù)現(xiàn)狀的分析，針對目前地區(qū)調(diào)壓器所面臨的兩大主要問題，認(rèn)為地區(qū)調(diào)壓器配備要實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的目標(biāo)主要應(yīng)完善兩方面。

(1)首先應(yīng)解決因地區(qū)調(diào)壓器布局的不合理而導(dǎo)致的局部地區(qū)供應(yīng)不良等問題。

(2)縮減地區(qū)調(diào)壓器的綜合供應(yīng)能力，使得地區(qū)調(diào)壓器的配置日趨合理，從而實(shí)現(xiàn)大幅度降低地區(qū)調(diào)壓器改造及運(yùn)行維護(hù)成本的目標(biāo)。

3 地區(qū)調(diào)壓器配備優(yōu)化工作實(shí)施建議

針對燃?xì)夤芫W(wǎng)各類運(yùn)行參數(shù)的收集和積累，是此項(xiàng)工作的前提，只有通過大量的數(shù)據(jù)積累和分析，才能為優(yōu)化工作提供科學(xué)的依據(jù)。

3.1 管網(wǎng)壓力監(jiān)測

保證燃?xì)庥脩粽Ｓ脷馐堑貐^(qū)調(diào)壓器配備優(yōu)化的前提，因此，檢測冬高峰期間低壓管網(wǎng)的壓力監(jiān)測，是一項(xiàng)首要的工作，由于低壓管網(wǎng)用戶的性質(zhì)和用氣結(jié)構(gòu)是在不斷變化的，所以低壓管網(wǎng)壓力監(jiān)測工作是一項(xiàng)長期工作，應(yīng)不間斷持續(xù)下去。

低壓管網(wǎng)的壓力監(jiān)測應(yīng)堅(jiān)持理論測算與實(shí)際運(yùn)行和報(bào)修數(shù)據(jù)相結(jié)合的原則，對管網(wǎng)供應(yīng)薄弱地區(qū)重點(diǎn)監(jiān)測，因目前壓力監(jiān)測手段的局限性，對局部測點(diǎn)壓力偏低的情況，應(yīng)及時(shí)擴(kuò)大監(jiān)測范圍，分清測點(diǎn)壓力偏低的原因是否是因?yàn)橄到y(tǒng)性問題導(dǎo)致。對系統(tǒng)性因素導(dǎo)致的壓力偏低情況，應(yīng)從地區(qū)調(diào)壓器布局優(yōu)化及局部管網(wǎng)改造進(jìn)行綜合考慮，予以解決。通過長期低壓管網(wǎng)壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累，為今后調(diào)壓器調(diào)整布局及整體優(yōu)化提供重要依據(jù)。

3.2 運(yùn)行工況分析

現(xiàn)有中低壓地區(qū)調(diào)壓器運(yùn)行工況分析；尤其是在用氣高峰期間的工況分析將是地區(qū)調(diào)壓器配備(或布局)優(yōu)化的重點(diǎn)工作之一。對高峰期間長期處于高位運(yùn)行的地區(qū)調(diào)壓器所處地區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加地區(qū)調(diào)壓器數(shù)量；對高峰期間長期處于低位運(yùn)行地區(qū)調(diào)壓器所處地區(qū)應(yīng)適當(dāng)減少調(diào)壓器數(shù)量(或適當(dāng)縮減單體調(diào)壓器的供應(yīng)能力)。只有結(jié)合中低壓地區(qū)調(diào)壓器運(yùn)行工況與低壓管網(wǎng)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，才能為其整體配備(或布局)優(yōu)化提供科學(xué)、合理的依據(jù)。

對一區(qū)域內(nèi)多臺(tái)中低壓地區(qū)調(diào)壓器的運(yùn)行工況，理想狀態(tài)運(yùn)行工況應(yīng)如圖1所示：

圖1 地區(qū)調(diào)壓器理想運(yùn)行工況

理想狀態(tài)下，同一區(qū)域內(nèi)聯(lián)網(wǎng)的多臺(tái)地區(qū)調(diào)壓器運(yùn)行曲線應(yīng)同步波動(dòng)，且運(yùn)行曲線應(yīng)基本趨于重合。但實(shí)際情況下，由于管網(wǎng)口徑、長度、用戶分布、及調(diào)壓器出口壓力不同等因素影響，往往可能導(dǎo)致一部分調(diào)壓器長期處于滿負(fù)荷運(yùn)行，而另一部分則長期維持低水平運(yùn)行狀態(tài)，從而將進(jìn)一步加大部分調(diào)壓器運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)及運(yùn)行維護(hù)成本，只有通過工況的分析，逐步對其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，才能使調(diào)壓器運(yùn)行日趨理想化。

因此，中低壓地區(qū)調(diào)壓器工況檢測和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析將顯得尤為重要，對運(yùn)行工況的檢測主要應(yīng)從調(diào)壓器出口壓力及負(fù)荷(即流量)兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。目前調(diào)壓器出口壓力監(jiān)測技術(shù)相對成熟，已逐步推廣應(yīng)用，對監(jiān)測調(diào)壓器運(yùn)行工況起到了一定的作用，但僅通過壓力檢測，并不能完全反應(yīng)調(diào)壓器負(fù)荷的變化情況。由于尚無較為經(jīng)濟(jì)合理且可推廣應(yīng)用的負(fù)荷監(jiān)測手段，對調(diào)壓器負(fù)荷的檢測往往通過現(xiàn)場查看調(diào)壓器閥口開啟度、或聽調(diào)壓器的流速聲音等辦法憑經(jīng)驗(yàn)加以研判，因此對單臺(tái)中低壓地區(qū)調(diào)壓器負(fù)荷變化的監(jiān)測，仍需要投入大量人力、物力，通過現(xiàn)場調(diào)壓器不同時(shí)段的運(yùn)行情況加以分析和判斷。

通過對地區(qū)調(diào)壓器運(yùn)行工況的分析，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目的。

(1)眾所周知，燃?xì)夤芫W(wǎng)用氣負(fù)荷存在季節(jié)不均性的特點(diǎn)，通過工況分析，可在用氣負(fù)荷小的季節(jié)，尤其是在目前調(diào)壓器總的供給能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際需求的情況下，可適當(dāng)關(guān)閉部分的地區(qū)調(diào)壓器，以降低日常的運(yùn)行維護(hù)各類成本投入。

(2)經(jīng)過長期的數(shù)據(jù)積累，結(jié)合每年調(diào)壓器的改造，逐步降底中低壓地區(qū)調(diào)壓器的裝機(jī)容量，同時(shí)調(diào)整調(diào)壓器在整個(gè)管網(wǎng)的分布情況，使得地區(qū)調(diào)壓器配備和布局逐步趨于理想化水平。

3.3 運(yùn)行工況監(jiān)控

隨著科技進(jìn)步和信息化水平的發(fā)展，應(yīng)積極尋找、開發(fā)適用于調(diào)壓器工況監(jiān)測，尤其是負(fù)荷變化監(jiān)測的新手段、新技術(shù)。通過新技術(shù)的推廣和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓器負(fù)荷變化監(jiān)控的數(shù)字化和實(shí)時(shí)性，逐步擺脫人為的各類不確定因素。通過對實(shí)時(shí)變化的數(shù)據(jù)分析，為市南地區(qū)中低壓地區(qū)調(diào)壓器配備的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)語

綜上所述，整個(gè)市南地區(qū)中低壓地區(qū)調(diào)壓器配備的優(yōu)化將是一項(xiàng)長期而系統(tǒng)的工作，當(dāng)然，調(diào)壓器作為燃?xì)夤芫W(wǎng)輸送系統(tǒng)中的一部分，其優(yōu)化不可避免應(yīng)與管網(wǎng)系統(tǒng)的整體優(yōu)化結(jié)合起來統(tǒng)籌考慮，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化。

Brief Analysis on Optimization of Regional Gas Regulators in Natural Gas Pipeline Network

Shanghai Dazhong Gas Co., Ltd. Wang Haihua

Taking the problem as a base,that is to say, gas regulators’s total installed capacity is much larger than the actual demandsin the southern area of Shanghai, this paper analyses the distribution of regional gas regulators in MP& LP gas pipeline network, expounds the goal of optimization, and gives some suggestions for implementation.

gas pipeline network, regionalgas regulator, optimization