天然氣分輸站場適用性改造中計量-調壓系統(tǒng)的選型
天然氣分輸站場適用性改造中計量\調壓系統(tǒng)的選型
摘要：本文結合山東天然氣管網臨朐分輸站適應性改造工程的設計經驗，闡述了大輸量工況下天然氣計量、調壓系統(tǒng)的選型及連接方式，希望能給類似工程提供一些參考和幫助。
關鍵詞：天然氣；計量；調壓
我國在天然氣的利用方面遠低于世界平均水平。天然氣占能源消費總量的比例只有3%。未來幾年內，天然氣市場在全國范圍內將得到發(fā)展。預計2020年，天然氣需求量將達到2000×108Nm3/a，占整個能源構成的10%。山東天然氣管網泰安-青島段自投運以來，下游用戶不斷增加，干線站場幾乎全部需為新增分輸用戶增加分輸設施。
1、工程概況
山東天然氣管網工程泰安—青島段起于泰安站，止于青島分輸清管末站，干線總長354.67km，干線站場6座。臨朐分輸站位于濰坊市臨朐縣，站內已建收發(fā)球系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、放空，排污系統(tǒng)和去臨朐縣天然氣公司的分輸設施。改造中在臨朐分輸站內新增向臨沂管輸、魯潤公司供氣支路。其中臨沂管輸支路設計輸量為5×108Nm3/a，魯潤公司支路設計輸量為16.1×108Nm3/a。本文主要論述魯潤公司分輸的計量、調壓系統(tǒng)設計選型。
2、設計基礎參數
設計壓力：10MPa，臨朐分輸站進站溫度：5.1~14.4℃；進站壓力：4.38~5.61 MPa（遠期增壓至9.0MPa）；魯潤公司供氣的交接壓力為4.38~5.5MPa；起輸量
8.58×108Nm3/a。
下游目標用戶主要為工業(yè)用戶比例約占68%，其余32%為民用及商業(yè)用氣。結合相關部門評估意見，工業(yè)用氣不考慮調峰，民用及商業(yè)用氣取月高峰系數為
1.3，月低峰系數為0.8。
3、調壓系統(tǒng)選型
表3-1 調壓系統(tǒng)選型參數
流量范圍（104Nm3/h） 調壓前壓力（MPa） 調壓后壓力（MPa） 調壓前溫度（℃）
7.7～29.68 4.38～5.61（遠期9.0） 5.0～5.5 5.1～14.4
綜合考慮近期工況及遠期來氣增壓的可能，若按照1用1備選型，調節(jié)閥選型計算適合口徑為DN400，且調壓系統(tǒng)需設置兩級安全裝置。鑒于DN400口徑的自力式調節(jié)閥無法選型，采取兩級截斷的安全保護措施，即采用安全截斷閥+安全截斷閥+電動調節(jié)閥的工作方式。
山東天然氣管網目前均采用安全截斷閥+監(jiān)控調壓閥+電動調節(jié)閥的工作方式，若采用上述DN400口徑1用1備方案，選用的設備將與現有管線其他調壓系統(tǒng)產生差異�；谝陨锨闆r，考慮采用2用1備控制方案。按照2用1備控制方案，調節(jié)閥口徑為DN250，可采用目前山東天然氣管網采用的安全截斷閥+監(jiān)控調壓閥+電動調節(jié)閥的工作方式。
1用1備控制方案，壓力、流量比選控制邏輯簡單，占地面積小。但由于單路口徑較大，對流量范圍的適應性略顯不足，且使用了現有站場未使用的大口徑截斷閥，價格高昂，后期維護不便。
2用1備控制方案，單路口徑小，對流量范圍的適應性較好，單路工作方式與現有站場一致，3路設備的總價格低于1用1備兩路的設備價格。但壓力、流量比選控制邏輯略為復雜，占地面積略大。
結合以上經濟技術分析及現場設備平面布置情況，推薦采用2用1備的調壓控制方案，可根據需要實現壓力/流量選擇性控制。
4、計量系統(tǒng)選型
流量計量系統(tǒng)主要由直管段、整流器、流量計、溫度和壓力檢測儀表、流量計算機等構成。每條流量支路設置流量計算機，完成該支路的流量計算、累計、顯示、數據存貯和數據通信。
國內外天然氣輸氣管道用于貿易交接的流量計量儀表主要有孔板流量計、渦輪流量計、超聲流量計等。
孔板流量計有價格比較低，結構簡單的優(yōu)點。其缺點是：準確度較低，量程比小；直管段較長，占地面積大；在直接對用戶進行分輸計量時，因流量波動大，測量準確度隨之降低；對氣體清潔度要求高，需定期檢查、維護、更換；壓力損失大，噪聲大等。
渦輪流量計的應用歷史較長，技術較為成熟，目前在國際天然氣計量領域應用也較為普遍。特點是準確度較高（0.5級），穩(wěn)定性較好，量程比較寬，所需的直管段較短。由于渦輪流量計具有可動部件，故障率較高，使用中、后期維護量可能較大（近年來各渦輪流量計生產廠的產品，在性能上均有很大程度的改進，產品壽命可長達10年～15年）。此外，渦輪流量計對被測介質的清潔度要求較高，投運操作上也有要求，同時流量計前要求安裝過濾器。
超聲流量計的特點是：準確度高（0.5級），滿足天然氣貿易計量的要求；適用的流量范圍大；無壓力損失，節(jié)省能源；無運動部件，維護量小，可節(jié)省大量的人力和物力。高準確度的超聲流量計為近年發(fā)展的新技術、新產品，但其使用經驗相對較少。
根據技術與經濟比較，流量計口徑在DN100及其以下時宜采用渦輪流量計，流量計口徑在DN100以上時宜采用超聲流量計。綜合考慮現有站場的流量計選型情況，本次改造選用超聲波流量計。
計量系統(tǒng)的相關參數見表4-1。
表4-1 計量系統(tǒng)選型參數
流量范圍（104Nm3/h） 壓力（MPa） 溫度（℃）
7.7～29.68 4.38～5.61 5.1～14.4
鑒于運行初期流量存在不確定性，且運行后期流量較大，針對表4-1中的數據分別核算了1用1備和2用1備兩個計量方案，1用1備的計量方案適合的超聲波流量計口徑為DN300，2用1備的計量方案適合的超聲波流量計口徑為DN250。
1用1備DN300計量方案，占地面積少，設備購置費用略少。但在計量系統(tǒng)運行初期流量過低的不確定工況下，流量計的適應能力不足，計量精度存在不確定性。
2用1備DN250的計量方案，對運行初期的不確定工況和運行后期的大輸量工況均有良好的適應性，運行期間系統(tǒng)穩(wěn)定性高。但占地面積大，設備購置費用略高。
綜合以上經濟技術比較及站場平面布置情況，推薦2用1備DN250的計量方案。
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5、計量、調壓系統(tǒng)連接方式
計量、調壓系統(tǒng)均選用2用1備工作方式，兩個系統(tǒng)之間的連接方式有以下兩種選擇：
方案一：計量系統(tǒng)3路并聯構成計量環(huán)節(jié)，壓力/流量控制回路3路并聯構成調壓環(huán)節(jié)，計量、調壓兩個環(huán)節(jié)各自獨立，其間采用匯管隔離、連接。該方案由于計量、調壓環(huán)節(jié)各自獨立，任一路計量、調壓均可互為備用；但由于計量、
調壓設備沒有確定的對應關系，精確控制下游流量的控制邏輯較復雜，可靠性不足。設備購置費用略高。
方案二：一個計量回路與一個壓力/流量調節(jié)回路串聯構成一個獨立的壓力/流量調節(jié)支路，計量與調壓之間采用π型頭降噪，避免調節(jié)閥噪音影響超聲波流量計的計量精度，三個壓力/流量調節(jié)支路并聯。該方案計量、調壓設備一一對應，每一路調壓設備對下游流量的精確控制均可通過對應的流量計得到驗證，控制邏輯簡單，可靠性高。設備購置費用略低。但由于采用了計量、調壓環(huán)節(jié)一一對應的連接方式，設備的備用選擇相對不足。
綜合以上技術、經濟比較及實際應用情況，考慮到流量精確控制的需求，推薦方案二。該方案的計量精度及可操作性在陜京線各站場的實際應用中得到了充分驗證。
6、結論
對于大輸量的計量、調壓系統(tǒng)選型若采用傳統(tǒng)的一用一備的方式，會導致設備選型口徑較大，投資增加，運行中也會帶來諸多難題。采用多用一備的方式是今后值得研究討論的一個方向。
參考文獻：
[1]葉學禮等．輸氣管道工程設計規(guī)范．北京：中國計劃出版社，2003．
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注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。
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