現(xiàn)代化的城市天然氣輸配系統(tǒng)是復(fù)雜的能源綜合設(shè)施，由不同壓力級(jí)制的輸配管網(wǎng)、各類天然氣廠站(門站、調(diào)壓站、加氣站等)和信息采集、管理維護(hù)等軟、硬件系統(tǒng)組成。

    根據(jù)各種類型的城市天然氣廠站如城市天然氣門站、調(diào)壓站和CNG標(biāo)準(zhǔn)加氣站的運(yùn)行和供氣特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)其調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)采取不同的配置和選型，本文對(duì)此進(jìn)行探討。

    天然氣門站是城市天然氣輸配系統(tǒng)的氣源點(diǎn)，應(yīng)具備過濾、調(diào)壓、計(jì)量、安全切斷、運(yùn)行路和備用路自動(dòng)切換等主要功能，確保供氣的連續(xù)性、安全性和穩(wěn)定性。為保證天然氣門站供氣的可靠性，在其計(jì)量單元和調(diào)壓單元均設(shè)有備用路H’。門站調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)工藝流程。

  ①計(jì)量單元

  在進(jìn)站高壓流量計(jì)之間設(shè)計(jì)對(duì)比流程，在兩個(gè)并聯(lián)流量計(jì)之間增加串聯(lián)回路。在流量計(jì)標(biāo)定時(shí)，將其中任一路的流量計(jì)臨時(shí)更換為標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)，即可對(duì)另一路流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。此設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是可使標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)和被檢測的流量計(jì)均在相同的壓力條件下運(yùn)行；缺點(diǎn)是由于標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)的某一組儀表常數(shù)是在與之相應(yīng)的操作條件不變的情況下測得的㈣，在對(duì)串聯(lián)的被檢測流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，運(yùn)行工況會(huì)因天然氣門站對(duì)外供氣而發(fā)生變化，因此需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣體流量計(jì)本身在不同壓力條件下進(jìn)行檢定，以保證其儀表常數(shù)的準(zhǔn)確性和有效性。   

  ②  調(diào)壓單元

    每一調(diào)壓路均采用兩臺(tái)調(diào)壓器串聯(lián)連接而成。監(jiān)控調(diào)壓器給定出口壓力略高于工作調(diào)壓器的出口壓力，正常情況下，監(jiān)控調(diào)壓器的閥口全開，當(dāng)工作調(diào)壓器失靈，出口壓力上升到監(jiān)控調(diào)壓器的出口壓力設(shè)定值時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓器投人運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行路發(fā)生事故，出口壓力仍然上升，運(yùn)行路上的超壓切斷閥發(fā)生作用，將運(yùn)行路關(guān)斷，備用路能自動(dòng)運(yùn)行供氣。運(yùn)行路和備用路的工作調(diào)壓器和監(jiān)控調(diào)壓器的出口壓力應(yīng)為不同的設(shè)置。調(diào)壓器出口壓力的設(shè)定值按從大到小的順序排列依次為：運(yùn)行路監(jiān)控調(diào)壓器、運(yùn)行路工作調(diào)壓器、備用路監(jiān)控調(diào)壓器、備用路工作調(diào)壓器。調(diào)壓器均采用故障開型，即當(dāng)工作調(diào)壓器出現(xiàn)故障時(shí)為開啟狀態(tài)，此時(shí)該調(diào)壓器后壓力上升，從而啟動(dòng)監(jiān)控調(diào)壓器。

    上游供氣方對(duì)門站的供氣計(jì)量為貿(mào)易交接計(jì)量，隨著計(jì)量技術(shù)的不斷發(fā)展，貿(mào)易交接計(jì)量采用的流量計(jì)已由過去的孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)發(fā)展到目前較為認(rèn)同的渦輪流量計(jì)和超聲波流量計(jì)。

    ①  超聲波流量計(jì)

    公稱直徑為80一1 200 mm，適用溫度范圍為一40～180℃，公稱壓力≤25.0 MPa，計(jì)量精度等級(jí)為0.5級(jí)，量程比可達(dá)1：130，可雙向計(jì)量，無壓力損失。流量計(jì)上、下游直管段最小長度要求：當(dāng)無整流器時(shí)上游為10D(D為接管管道外徑，以下同)、下游為3D，有整流器時(shí)上游為5D、下游為3D。

   ②  渦輪流量計(jì)

   公稱直徑為50～600 mm，適用溫度范圍為一10一65℃，公稱壓力≤4．0 MPa(公稱壓力>4．0 MPa時(shí)需進(jìn)口或特殊訂貨)，計(jì)量精度等級(jí)為0.5級(jí)，量程比可達(dá)1：20、1：30、l：50。單向計(jì)量，對(duì)輸送介質(zhì)有最低壓力要求，流量計(jì)本體壓力損失為0.2-1.0kPa。流量計(jì)上游直管段最小長度為2D，有條件時(shí)上游為20D、下游為5D。

   ③   選型建議

   在實(shí)際工程中，不同結(jié)構(gòu)形式的計(jì)量儀表，即使是同等級(jí)計(jì)量精度也會(huì)存在差異。用于貿(mào)易交接時(shí)建議采用計(jì)量精度等級(jí)為0．5級(jí)的計(jì)量儀表。通常情況下，當(dāng)壓力大于4．0 MPa、公稱直徑徑大于600mm時(shí)，建議選用超聲波流量計(jì)。

    目前運(yùn)行的城市天然氣門站多采用截止式調(diào)壓器和軸流式調(diào)壓器，這兩種調(diào)壓器均為間接作用調(diào)壓器，即通過指揮器與主調(diào)壓器聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。

     (1)  截止式調(diào)壓器

    調(diào)壓器的閥口為非全通徑(即閥口全開口徑比調(diào)壓器口徑要小)，閥體采用鑄造，少數(shù)部件鍛造，制造成本比軸流式調(diào)壓器低。氣體下進(jìn)上出，在調(diào)壓器內(nèi)做逆“z”字形流動(dòng)，一方面氣體會(huì)產(chǎn)生氣蝕，沖刷閥體死角；另一方面氣體在閥體內(nèi)2次轉(zhuǎn)彎會(huì)產(chǎn)生一定壓力損失和較大的噪聲。

    ②  軸流式調(diào)壓器

    調(diào)壓器閥體采用鍛鋼制造，與鑄鋼相比鍛鋼的金屬晶粒更細(xì)、更致密，從而具有更高的強(qiáng)度和金屬致密度，鍛鋼閥體在高壓工況下使用安全性更高。

    氣體通過調(diào)壓器時(shí)為直線(軸向)流動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生氣蝕。調(diào)壓器閥口為全通徑(即閥口全開口徑與調(diào)壓器口徑相同)，一方面閥體阻力小、流態(tài)好、同等工況下產(chǎn)生的噪聲比截止式調(diào)壓器小，同等口徑、同等壓力下，軸流式調(diào)壓器的額定流量要高出截止式調(diào)壓器15％以上；另一方面，氣體攜帶的微小固體雜質(zhì)(灰塵等)不易淤積在閥口造成調(diào)壓器關(guān)閉不嚴(yán)等故障，在實(shí)際應(yīng)用中軸流式調(diào)壓器故障率要低于截止式調(diào)壓器。

    ③  選型建議

    同等規(guī)格的軸流式調(diào)壓器價(jià)格要高出截止式調(diào)壓器25％以上，但從調(diào)壓性能、流通能力及運(yùn)行維護(hù)等方面綜合考慮，軸流式調(diào)壓器的整體性能要優(yōu)于截止式調(diào)壓器，尤其是在高壓(壓力>2.5 MPa)工況下，軸流式調(diào)壓器安全性更高。實(shí)際工程證實(shí)，軸流式調(diào)壓器具有噪聲低、流量大、故障率低的優(yōu)點(diǎn)。建議在城市天然氣門站的調(diào)壓器選型時(shí)優(yōu)先考慮采用軸流式調(diào)壓器。

    調(diào)壓站按使用功能可分為區(qū)域調(diào)壓站、專用調(diào)壓站和調(diào)壓箱(柜)。

    區(qū)域調(diào)壓站流程與城市天然氣門站基本相同，為保證供氣的可靠性和穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)采用兩路及以上(除運(yùn)行路、備用路外，可根據(jù)工程具體情況預(yù)留調(diào)壓路)，每一調(diào)壓路均采用兩臺(tái)調(diào)壓器串聯(lián)連接而成。   

    專用調(diào)壓站特定向單一用戶供氣，供應(yīng)對(duì)象多為用氣量較大的工業(yè)用戶，其特點(diǎn)是供氣量大、穩(wěn)定性要求高(一般要求為24 h連續(xù)供氣)，一旦出現(xiàn)停氣事故將給供氣對(duì)象造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于此類調(diào)壓站設(shè)計(jì)時(shí)采用兩路(一用一備)，選用計(jì)量精度等級(jí)為0．5級(jí)的計(jì)量儀表以滿足貿(mào)易計(jì)量要求。

用戶調(diào)壓箱(柜)的功能是接受城市中壓管網(wǎng)來氣，并將天然氣壓力降至2 500—3 000 Pa，輸送至庭院低壓管道供應(yīng)居民用戶使用。 

調(diào)壓單元設(shè)計(jì)為兩路或一路加旁通管，采用截止式調(diào)壓器。采用兩路調(diào)壓的系‘統(tǒng)正常工作時(shí)，一臺(tái)調(diào)壓器工作，另一臺(tái)作為備用(關(guān)閉狀態(tài))。調(diào)壓器均采用故障開型，當(dāng)工作調(diào)壓器發(fā)生故障、出口壓力高于設(shè)定值時(shí)，運(yùn)行路的切斷閥關(guān)閉、出口壓力降低，當(dāng)下降到備用調(diào)壓器的設(shè)定出口壓力時(shí)，備用調(diào)壓器自動(dòng)啟動(dòng)工作。運(yùn)行路切斷閥動(dòng)作壓力應(yīng)小于備用路切斷閥動(dòng)作壓力。此外，當(dāng)用氣異常增大或進(jìn)口壓力降低造成運(yùn)行路出口壓力下降時(shí)，備用路投入運(yùn)行，兩條調(diào)壓路同時(shí)工作，滿足增大的用氣需求。如無特殊要求，可不設(shè)置計(jì)量單元。

    CNG標(biāo)準(zhǔn)加氣站從城市天然氣輸配系統(tǒng)的輸氣管道上取氣，進(jìn)站的原料天然氣先進(jìn)行過濾、調(diào)壓、計(jì)量，再通過脫硫、脫水裝置有效地脫除原料天然氣中所含的H₂s、水分，使其達(dá)到《車用壓縮天然氣》GB 18047--2000的要求，再由緩沖罐緩沖后進(jìn)入天然氣壓縮機(jī)增壓至25.0 MPa，加壓后的成品CNG經(jīng)順序控制盤、儲(chǔ)氣設(shè)施，再通過加氣機(jī)給CNG汽車加氣。

   CNG標(biāo)準(zhǔn)加氣站的核心設(shè)備是天然氣壓縮機(jī)，當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力較高時(shí)，可相應(yīng)減少l～2級(jí)壓縮，單位產(chǎn)氣的壓縮能耗相應(yīng)降低。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)詳細(xì)分析供氣管道的運(yùn)行工況，合理配置加氣站進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)，在保證壓縮機(jī)穩(wěn)定工作的前提下盡可能降低加氣站壓縮能耗。加氣站調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)工藝流程。

 

    節(jié)流截止閩

     加氣站調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)由進(jìn)站緊急切斷閥(電動(dòng)或氣動(dòng))、調(diào)壓單元和計(jì)量單元組成。由于加氣站一般每日運(yùn)行12～16 h，調(diào)壓單元可采用“1+1”結(jié)構(gòu)，即“工作路+手動(dòng)旁路”。計(jì)量單元采用渦輪流量計(jì)，僅作為內(nèi)部經(jīng)營核算時(shí)可采用計(jì)量精度等級(jí)為1．0、1.5級(jí)的流量計(jì)；需與供氣方貿(mào)易結(jié)算時(shí)，采用計(jì)量精度等級(jí)為0.5級(jí)的流量計(jì)。

    CNG標(biāo)準(zhǔn)加氣站所選用的天然氣壓縮機(jī)對(duì)第一級(jí)壓縮的吸氣壓力有較高的要求，如超出其正常工作的吸氣壓力范圍，壓縮機(jī)無法正常啟動(dòng)。

①     進(jìn)站壓力較為穩(wěn)定的條件下調(diào)壓器選擇

    當(dāng)進(jìn)站壓力較為穩(wěn)定時(shí)，調(diào)壓器可選用截止式調(diào)壓器，將進(jìn)加氣站的天然氣壓力調(diào)至壓縮機(jī)正常工作的吸氣壓力范圍內(nèi)即可。

②     進(jìn)站壓力波動(dòng)較大的條件下調(diào)壓器選擇

    以某一實(shí)際工程為例，進(jìn)站天然氣壓力在O.6～1.6 MPa范圍內(nèi)波動(dòng)，可供選擇的天然氣壓縮機(jī)有兩種規(guī)格：第1種進(jìn)氣壓力為(0.8±O.2)MPa，4級(jí)壓縮，排氣量為828 m³／h，排氣壓力為25.0 MPa，電動(dòng)機(jī)功率為132 kW；第2種，壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力為 (0.5±0.1)MPa，4級(jí)壓縮，排氣量為720 m3／h，排氣壓力為25.0 MPa，電動(dòng)機(jī)功率為132 kW。對(duì)應(yīng)以上兩種規(guī)格壓縮機(jī)，有兩套設(shè)計(jì)方案。

    a．方案一

    選用2臺(tái)排氣量為828 m3／h、壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力為(O.8±0.2)MPa的天然氣壓縮機(jī)，單位產(chǎn)氣的壓縮能耗為0.16 kW·h／m³；選用軸流式調(diào)壓器，設(shè)定調(diào)壓器后壓力值為0．8 MPa(進(jìn)氣壓力在0.8 MPa以下時(shí)，調(diào)壓器具備直通功能)。

    b．方案二

    選用2臺(tái)排氣量為720 m³／h、壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力為(05±01)MPa的天然氣壓縮機(jī)，單位產(chǎn)氣的壓縮能耗為018 kW·h／m。；選用截止式調(diào)壓器，設(shè)定調(diào)壓器后壓力值為0.5 MPa。

    c．方案比選

    方案一的造價(jià)與方案二基本相當(dāng)(只是方案一選用的調(diào)壓器造價(jià)略高于方案二)，按標(biāo)孳理氣望1.5×10⁴ms／d的供氣規(guī)模計(jì)算，方案一比方案二在

壓縮能耗方面每年可節(jié)約用電約13×10⁴kw.h／d。故該工程采用方案一作為實(shí)施方案。

    當(dāng)進(jìn)站壓力波動(dòng)較大時(shí)，合理地配置加氣站進(jìn)氣調(diào)壓系統(tǒng)，可以做到盡可能地利用進(jìn)站天然氣壓力能、降低加氣站壓縮能耗、提高工程的經(jīng)濟(jì)性。