調(diào)兵山市區(qū)煤氣管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工

王 博

（鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司煤層氣開(kāi)發(fā)利用分公司， 遼寧 鐵嶺 112700）

1 調(diào)兵山市區(qū)煤層氣用戶現(xiàn)有的供氣方式及現(xiàn)狀

1.1 儲(chǔ)氣罐靜壓供氣方式

低壓濕式螺旋儲(chǔ)氣罐是最簡(jiǎn)單常見(jiàn)的一種氣柜，通常用于煤氣貯存。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，低壓濕式氣柜屬于可變?nèi)莘e金屬柜，它由水封槽和鐘罩兩部分組成。鐘罩沒(méi)有底，是可以上下活動(dòng)的圓筒形容器，貯氣量大時(shí)，鐘罩可以由單層改成多層套筒式，各節(jié)之間以水封環(huán)形槽密封。寒冷地區(qū)為防冬季水封槽結(jié)冰，需用蒸汽加熱水槽中的水。儲(chǔ)氣罐靜壓供氣方式主要依靠?jī)?chǔ)氣罐自然壓力直接供應(yīng)給燃?xì)庥脩簦瑑?yōu)點(diǎn)為供氣壓力較為均衡、壓降較小，缺點(diǎn)為只適用于燃?xì)庥脩糨^少地區(qū)的小范圍供氣。

1.2 機(jī)械動(dòng)壓供氣方式

機(jī)械動(dòng)壓供氣方式是采用儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存燃?xì)?，開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓的供氣方式。羅茨鼓風(fēng)機(jī)屬固定容積式風(fēng)機(jī)，葉輪端面、風(fēng)機(jī)前后端蓋。這種鼓風(fēng)機(jī)是利用兩個(gè)葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮和輸送氣體的回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便的特點(diǎn)，適用于低壓力場(chǎng)合的氣體輸送和加壓系統(tǒng)。

1.3 現(xiàn)采用的供氣方式

目前公司采用的是靜壓、動(dòng)壓聯(lián)合供氣方式，即用氣高峰時(shí)采取羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓方式供氣，平時(shí)與谷時(shí)采取儲(chǔ)氣罐自然壓力方式供氣。

2 管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造

2.1 低壓管線的設(shè)計(jì)與布置

煤層氣公司中心站施荒地所1 號(hào)風(fēng)機(jī)室內(nèi)原有2 臺(tái)60 m3/min 羅茨鼓風(fēng)機(jī)，使用方式為1 臺(tái)開(kāi)啟1臺(tái)備用，早、中、晚供氣高峰時(shí)段開(kāi)機(jī)進(jìn)行加壓供氣。鼓風(fēng)機(jī)室內(nèi)空間有限，無(wú)法滿足《GB 50028—2006城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中調(diào)壓器的安裝空間、尺寸、使用標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，需將其中一臺(tái)60 m3/min 羅茨鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組和混凝土基礎(chǔ)全部拆除，重新敷設(shè)配套管線及其附屬設(shè)施，管線的設(shè)計(jì)、施工嚴(yán)格按各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。根據(jù)計(jì)算的管道流量和科學(xué)確定的允許阻力損失[2-4]，將原總出氣管線管徑由Φ250 mm 更換為Φ400 mm，風(fēng)機(jī)室內(nèi)新敷設(shè)的主管線管徑增至Φ400 mm，以保證改造后的供氣質(zhì)量和效率。

根據(jù)調(diào)兵山市區(qū)住宅煤氣用量情況（表1）、市區(qū)住宅流量計(jì)統(tǒng)計(jì)情況（表2）的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和相關(guān)公式，計(jì)算得出市區(qū)燃?xì)夤艿赖淖畲笥脷饬繛? 193 m3/h，惠安小區(qū)末端用戶的管道允許阻力損失為2.4 kPa。

表1 煤層氣公司2019 年調(diào)兵山市區(qū)住宅煤氣用量表萬(wàn)m3

表2 煤層氣公司2019 年1 月27 日調(diào)兵山市區(qū)住宅流量計(jì)統(tǒng)計(jì)表m3

2.2 中壓燃?xì)夤芫€的設(shè)計(jì)與施工

羅茨鼓風(fēng)機(jī)室內(nèi)燃?xì)夤芫€有羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)、出氣管線，調(diào)兵山、新區(qū)、裕安小區(qū)供氣管線，均為低壓供氣管線（P＜0.01 MPa），室內(nèi)無(wú)中壓管線，需從室外接引新的中壓燃?xì)夤芫€。廠區(qū)西院墻外通往南嶺小區(qū)的中壓供氣管線（0.2 MPa）與羅茨鼓風(fēng)機(jī)室距離最近，適合作為該項(xiàng)目的中壓取氣點(diǎn)。新敷設(shè)埋地聚乙烯管材(Φ200 mm），并嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)施工標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 燃?xì)庹{(diào)壓器的安裝

安裝3 臺(tái)燃?xì)庹{(diào)壓器，其中1 號(hào)和2 號(hào)為RTZ系列的DN150 調(diào)壓器，設(shè)為常用，3 號(hào)RTJ 系列的DN150 調(diào)壓器設(shè)為備用。

將RTZ 系列的DN150 調(diào)壓器供氣壓力設(shè)定為500 mmH2O，切斷閥的壓力設(shè)定為峰時(shí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓時(shí)的最大供氣壓力（12 kPa），這樣可以實(shí)現(xiàn)峰時(shí)羅茨風(fēng)機(jī)加壓時(shí)，調(diào)壓器不運(yùn)行，切斷閥也不動(dòng)作；羅茨鼓風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)，調(diào)壓器馬上投入運(yùn)行，解決了峰時(shí)和平時(shí)交接時(shí)間段壓力過(guò)低的問(wèn)題。

安裝RTJ-150/1.6ZA 調(diào)壓器可節(jié)省備用供電系統(tǒng)投資，如遇到停電無(wú)法開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行加壓時(shí)，可將調(diào)壓器出口壓力調(diào)高到滿足用戶需求的壓力值，以保證下游用戶煤氣正常使用。

3 改造后的供氣方式

改造后的供氣系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 改造后供氣系統(tǒng)示意圖

3.1 常規(guī)供氣方式

平時(shí)、谷時(shí)非供氣高峰時(shí)段采取運(yùn)行中壓燃?xì)? 號(hào)、2 號(hào)調(diào)壓器，峰時(shí)開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓的供氣方式。操作流程：平時(shí)、谷時(shí)運(yùn)行中壓調(diào)壓器→關(guān)閉3 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器進(jìn)口閥門→開(kāi)啟中壓管線調(diào)壓器總進(jìn)口閥門（DN200mm 球閥）→開(kāi)啟1 號(hào)、2 號(hào)調(diào)壓器進(jìn)口、出口控制閥門→燃?xì)庹{(diào)壓器投入運(yùn)行，出口壓力為500 mmH2O→關(guān)閉60 風(fēng)機(jī)總進(jìn)口閥門→關(guān)閉壓力調(diào)節(jié)閥門（原有閘板閥）。

高峰時(shí)段開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓，操作流程：關(guān)閉1 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器回壓管閥門→開(kāi)啟100 風(fēng)機(jī)時(shí)關(guān)閉60 風(fēng)機(jī)總進(jìn)口閥門、開(kāi)60 風(fēng)機(jī)時(shí)開(kāi)啟60 風(fēng)機(jī)總進(jìn)口閥門→開(kāi)啟壓力調(diào)節(jié)閥門（原有閘板閥）→啟動(dòng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)水泵，正常開(kāi)啟風(fēng)機(jī)→觀察U 型壓力計(jì)，使用壓力調(diào)節(jié)閥（原有閘板閥）將出口壓力調(diào)整至7 kPa→根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整出口壓力。

停機(jī)恢復(fù)調(diào)壓器運(yùn)行，操作流程：運(yùn)轉(zhuǎn)工觀測(cè)并確認(rèn)住宅線出口壓力等于5 kPa→開(kāi)啟壓力調(diào)節(jié)閥門（原有閘板閥）→停止羅茨鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行→1 號(hào)、2 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器投入運(yùn)行，出口壓力5 kPa（確認(rèn)有氣流過(guò)氣聲音）→關(guān)閉壓力調(diào)節(jié)閥門（原有閘板閥）→關(guān)閉60 風(fēng)機(jī)總進(jìn)口閥門→開(kāi)啟1 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器回壓管閥門。

3.2 非常規(guī)供氣方式

非常規(guī)供氣方式指供電線路出現(xiàn)停電時(shí)應(yīng)急供氣方式。在高峰供氣時(shí)段，當(dāng)施荒地所供電線路因停電故障或設(shè)備檢修等原因?qū)е峦ｋ姇r(shí)，無(wú)法開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)向住宅區(qū)送氣，需立即啟用3 號(hào)備用調(diào)壓器進(jìn)行供氣。操作流程：關(guān)閉1 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器回壓管閥門→打開(kāi)3 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器進(jìn)口閥門→打開(kāi)3 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器出口閥門→觀察3 號(hào)調(diào)壓器出口壓力表，出口壓力為12 kPa，根據(jù)壓力要求控制3 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器出口閥門，調(diào)整出口壓力，運(yùn)轉(zhuǎn)人員現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)供氣壓力并及時(shí)做出調(diào)整，以保證住宅供氣安全→運(yùn)轉(zhuǎn)工觀測(cè)并確認(rèn)出口壓力等于5 kPa→關(guān)閉3 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器出口閥門→關(guān)閉3 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器進(jìn)口閥門→開(kāi)啟1 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器回壓管閥門→恢復(fù)1號(hào)、2 號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器常規(guī)供氣方式。

4 實(shí)施效果

4.1 技術(shù)效果

改造完成后，通過(guò)燃?xì)庹{(diào)壓器將中壓氣源供給住宅煤氣用戶，改造前平谷時(shí)段供氣首端壓力為3kPa，改造后平谷時(shí)段供氣首端壓力為5 kPa，供氣質(zhì)量顯著提升，全天供氣壓力更加平穩(wěn)，波動(dòng)較小，住宅供氣管線末端供氣壓力更加充足。

中壓燃?xì)庹{(diào)壓器供氣改造前后效果對(duì)比情況如表3、圖2 及圖3 所示。

圖2 改造前后首端出口壓力曲線圖

圖3 改造前后末端用戶使用壓力曲線圖

表3 中壓燃?xì)庹{(diào)壓器供氣改造前后效果對(duì)比表 kPa

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

4.2.1 減少羅茨鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)間的經(jīng)濟(jì)效益

原供氣方式早、中、晚間用氣高峰時(shí)段末端供氣壓力不足2 kPa，必須開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行加壓供氣，每天最少開(kāi)機(jī)3 次，年開(kāi)機(jī)時(shí)間約為3 800 h。

新改造項(xiàng)目投入使用后，平時(shí)、谷時(shí)通過(guò)1 號(hào)、2號(hào)燃?xì)庹{(diào)壓器將壓力調(diào)整為5 kPa 供給燃?xì)庥脩羰褂?。高峰用氣時(shí)段按照原運(yùn)行方式開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)加壓供氣，年開(kāi)機(jī)時(shí)間為1 095 h，較改造前減少開(kāi)機(jī)時(shí)間2 705 h，每年節(jié)約電費(fèi)31 萬(wàn)多元。

4.2.2 不設(shè)置雙回路供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)《GB 50028—2006 城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》、《GB 50052—2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]，要求城市燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)設(shè)置雙回路供電，而目前施荒地所只有機(jī)廠24 號(hào)一條供電線路，當(dāng)該供電線路出現(xiàn)停電時(shí)，無(wú)法開(kāi)啟羅茨鼓風(fēng)機(jī)向住宅區(qū)送氣，單獨(dú)靠1萬(wàn)m3儲(chǔ)氣罐的供氣壓力無(wú)法滿足市區(qū)居民的日常用氣。3 號(hào)RTJDN150 型燃?xì)庹{(diào)壓器的投入使用，保證了下游煤氣用戶正常使用，并節(jié)省了約100 萬(wàn)元的雙電源安裝采購(gòu)費(fèi)用。

5 應(yīng)用前景

對(duì)住宅區(qū)供氣系統(tǒng)進(jìn)行改造后，提高了調(diào)兵山市區(qū)供氣質(zhì)量，解決了調(diào)兵山市區(qū)自1998 年大規(guī)模利用煤礦瓦斯以來(lái)不能為用戶提供穩(wěn)定供氣壓力的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了市區(qū)供氣質(zhì)量的階段性飛躍和歷史性突破；改造后的供氣壓力大大提升，解決了部分商業(yè)用戶因?yàn)楣鈮毫Φ投艞壥褂玫膯?wèn)題；開(kāi)機(jī)時(shí)間的減少，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能提效的目的。此外，管網(wǎng)的優(yōu)化、調(diào)壓和計(jì)量設(shè)備的投入使用，提高了公司機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化和智能化水平，為抓增收、促節(jié)支、降成本、強(qiáng)安全的生產(chǎn)理念實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)全國(guó)煤層氣企業(yè)聯(lián)合供氣方式有很好的推廣作用。