門站調(diào)壓系統(tǒng)的影響因素分析

摘 要

摘要：城市門站是連接上、下游氣源的重要節(jié)點，設(shè)計時要考慮上、下游的實際運行工況及儲氣方式。本文從流量、壓力對調(diào)壓系統(tǒng)的影響出發(fā)，分析了不同的儲氣方式對門站調(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)
摘要：城市門站是連接上、下游氣源的重要節(jié)點，設(shè)計時要考慮上、下游的實際運行工況及儲氣方式。本文從流量、壓力對調(diào)壓系統(tǒng)的影響出發(fā)，分析了不同的儲氣方式對門站調(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：調(diào)壓系統(tǒng)；燃?xì)饬髁浚粔毫?；儲氣方?/span>
Analyzing the Influencing Factors for Pressure Regulating System at City Gate Station
Jilin Institute of Architecture and Civil Engineering Zhao Lei
    Chang Chnn Gas Hearing Design and Research lnstitute Yu Lixin Li Enjuan
Abstract：City gate station is all important node that connected tbe upstream and downstream gas source.The design of city gate station should be eonsirtered the actual operating conditions and storage way.In this paper，based on the flow rate and pressure affection for pressure regulating system，analyzes the design requirements for the different storage way.
Keywords：pressure regulating system；gas flow rate；pressure；storage way
    吉林省燃?xì)馐聵I(yè)由焦?fàn)t煤氣起步，歷經(jīng)80余年的發(fā)展，已形成多種氣源并存的格局，目前正處于天然氣大規(guī)模引進的前期。吉林省發(fā)改委提2020年“氣化吉林”的目標(biāo)。為避免盲目性，需要整體規(guī)劃與精心設(shè)計。
    天然氣通過長輸管道輸送，首先進入城市門站，由門站降壓、計量后進入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。門站是上、下游氣源的聯(lián)接點，設(shè)計應(yīng)考慮多方面的因素。調(diào)壓系統(tǒng)是城市門站設(shè)計中的核心問題，調(diào)壓器也是門站最重要的設(shè)施之一。選擇調(diào)壓器及調(diào)壓系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮流量、進出口壓力、燃?xì)庑再|(zhì)、調(diào)節(jié)精度等因素。同時要考慮上、下游實際運行工況、城市儲氣方式。
1 流量對調(diào)壓系統(tǒng)的影響
調(diào)壓器的流量特性曲線可近似認(rèn)為線性特性，即調(diào)壓器的相對流量與相對開度為線性關(guān)系[1]。
 
    其中：——相對流量，即調(diào)壓器在某一開度下的流量與閥全開時的流量之比：
        ——相對開度，即調(diào)壓器在某一開度下閥芯與閥座的距離與全開時閥芯與閥座的距離之比；
        R——可調(diào)范圍。
    如果調(diào)壓器尺寸選擇過大，在最小流量通過時，調(diào)壓器接近關(guān)閉狀態(tài)，則會產(chǎn)生脈動及不穩(wěn)定氣流，對下游的用氣工況造成影響。調(diào)壓器的開度保持在10%～90%為宜。即最大進口壓力下最小流量與調(diào)壓器的流通能力之比不小于10%；同時，最小進口壓力下最大流量與與調(diào)壓器的流通能力之比不大于90%。如果門站距最近用氣點較遠(yuǎn)，調(diào)壓器出口壓力的波動不會對下游用氣設(shè)施造成較大的影響，最小開度也可適當(dāng)降低至5%。因此，合理確定調(diào)壓器的流量范圍是很重要的。
    通常情況下，城市近期與遠(yuǎn)期用氣規(guī)模變化較大，城市用氣不均衡也使得通過調(diào)壓器的小時流量變化較大。解決辦法是調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)置多路并聯(lián)，調(diào)壓器規(guī)格可以相同也可以不同，同時設(shè)置自動選路裝置，根據(jù)下游用氣量變化，自動開啟或關(guān)閉相應(yīng)流量的調(diào)壓管路。
2 壓力對調(diào)壓系統(tǒng)的影響
調(diào)壓器全開時的流量計算公式如下：
 
當(dāng)P2≤0.5P1時，Q=5.25CgP1
其中：Q——流量，Nm3/h
P1——調(diào)壓器進口壓力，bar
P2——調(diào)壓器出口壓力，bar
Cg——流量系數(shù)
C1——尺寸系數(shù)
Cg、C1只與調(diào)壓器的型號及規(guī)格有關(guān)。
    由以上公式可以看出當(dāng)P2＞0.5P1時，調(diào)壓器進、出口壓力變化都會引起調(diào)壓器通過能力的變化；但當(dāng)P2≤0.5P1時，調(diào)壓器的通過能力與出口壓力無關(guān)，僅與進口壓力有關(guān)。調(diào)壓器出口壓力一般是定值，為下游城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的最高運行壓力。因此，進口壓力的變化對調(diào)壓器通過能力的影響較大。調(diào)壓器進口與長輸管道相連，其變化不僅與氣源運行工況有關(guān)，也與城市儲氣方式有關(guān)。一般情況下進入門站的天然氣壓力會在一定的范圍內(nèi)波動，如果進、出壓差過大，調(diào)壓器的流通能力增大，小流量通過時產(chǎn)生脈動，因此，需要設(shè)置多級調(diào)壓系統(tǒng)。
3 儲氣方式對調(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計要求
    長輸管道末段儲氣、高壓儲氣罐儲氣及城市高壓管道儲氣是最常用的3種儲氣方式。
3.1 長輸管道末段儲氣
    影響調(diào)壓系統(tǒng)通過能力的最大因素為進口壓力，而進口壓力是受上游氣源壓力限制的，同時與是否采用長輸管道末段儲氣有關(guān)。
    如果利用長輸管道末段儲氣，儲氣容積等于末段管路內(nèi)最高平均壓力和最低平均壓力下的氣體容積差。為保證最大的儲氣能力，長輸管道終點壓力即門站調(diào)壓器進口壓力應(yīng)降低到最小值。通常調(diào)壓器正常工作的進口最小壓力應(yīng)高于出口壓力0.05MPa。但同時調(diào)壓器進口壓力降低，其通過能力隨之降低。為避免調(diào)壓器出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，一般設(shè)計按照城市高峰小時流量選調(diào)壓器尺寸，無疑會加大規(guī)格或者增加并聯(lián)調(diào)壓器數(shù)量，投資隨之加大。但末端壓力最低時并不是用氣高峰階段。圖2為某城市用氣量和儲氣量變化曲線圖。
 
    網(wǎng)2中儲氣量曲線在a點達到最大值，在h點為最低值。在這兩個時刻小時供氣量等于小時用氣量。從a點到h點為用氣量較大階段，出現(xiàn)2～3個高峰，長輸管道末段內(nèi)儲存的燃?xì)庀蜷T站輸出，管內(nèi)壓力降低，到h點降到最低；從h點到次日a點為用氣量低谷階段，多余的燃?xì)鈨Υ嬖陂L輸管道末段內(nèi)，管內(nèi)壓力逐漸升高，到a點時管內(nèi)燃?xì)饬窟_到最大，平均壓力最高。由此可以看出調(diào)壓器進口壓力最低時，通過調(diào)壓器的流量為長輸管道平均小時供氣量，而不是高峰小時用氣量。以此選擇調(diào)壓器規(guī)格，更加準(zhǔn)確。
3.2 高壓管道儲氣
    一些大、中型城市，長輸管道末段儲氣無法滿足要求，而且來氣壓力足夠高，可以建設(shè)高壓或次高壓管道作為儲氣設(shè)施。高壓管道設(shè)計壓力根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范》要求不能大于4.OMPa。
    高壓管道儲氣的原理與長輸管道末段儲氣原理相同，是利用壓力差進行儲氣。兩者的連接點處的壓力即是門站調(diào)壓器的進口壓力，同時也是高壓管道的起點壓力。如果天然氣進入門站壓力高，高壓管道管徑可以減小，城區(qū)管網(wǎng)的投資也越少；但長輸管道末段的儲氣效率則會相應(yīng)降低。同時門站調(diào)壓器進口壓力增大，調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)置復(fù)雜。因此，城區(qū)高壓管道起點設(shè)計壓力的確定應(yīng)結(jié)合輸氣、儲氣方案綜合比較確定。
 
3.3 高壓球罐儲氣
   高壓球罐最高工作壓力一般為1.6MPa，長輸管道進入門站壓力若高于1.6MPa，應(yīng)設(shè)置兩級調(diào)壓系統(tǒng)。
   應(yīng)首先滿足長輸管道末段的儲氣要求，一級調(diào)壓器的出口壓力設(shè)定為1.6MPa，進口最低壓力為1.65MPa，流量為長輸管道平均供氣量；二級調(diào)壓器進口最高壓力為1.6MPa，最小壓力應(yīng)高于二級調(diào)壓器出口壓力0.05MPa，通過調(diào)壓器的流量隨著下游用氣負(fù)荷的變化而變化，最大流量為高峰小時用氣量。
4 結(jié)論
    (1) 通常情況下城市近期與遠(yuǎn)期用氣規(guī)模變化較大，不均衡用氣也使通過門站調(diào)壓器的小時流量變化較大。可設(shè)置多路并聯(lián)的調(diào)壓器，同時設(shè)置自動選路裝置，根據(jù)下游用氣量變化，自動開啟或關(guān)閉相應(yīng)流量的調(diào)壓管路。
    (2) 進口壓力對調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計的影響較大，如果調(diào)壓器進出口壓差過大，需要設(shè)置多級調(diào)壓。
    (3) 門站調(diào)壓系統(tǒng)與儲氣方式有較大的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)不同的儲氣方式，合理選擇調(diào)壓系統(tǒng)的流量及進口壓力。
    由于調(diào)壓器進口流量與壓力的不穩(wěn)定性，使得門站調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜化。城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)往往多種儲氣方式并存，不同的儲氣方式對門站調(diào)壓系統(tǒng)的要求也不盡相同。在保證可靠供氣的前提下，應(yīng)進行技術(shù)經(jīng)濟分析，尋找最佳方案，避免浪費。
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(本文作者：趙磊1 于立新2 李恩娟2 1.吉林建筑工程學(xué)院 130021；2.長春燃?xì)鉄崃υO(shè)計研究院 130021)