實(shí)用天然氣管網(wǎng)雙向計(jì)量系統(tǒng)及其技術(shù)的應(yīng)用

摘 要

摘要：歸屬于不同業(yè)主的兩個(gè)區(qū)域天然氣管網(wǎng)聯(lián)通時(shí)，解決貿(mào)易結(jié)算的“雙向計(jì)量”是一道難題，儀表量程下限以及“微流動(dòng)”工況決定了單從計(jì)量?jī)x表本身入手難以
摘要：歸屬于不同業(yè)主的兩個(gè)區(qū)域天然氣管網(wǎng)聯(lián)通時(shí)，解決貿(mào)易結(jié)算的“雙向計(jì)量”是一道難題，儀表量程下限以及“微流動(dòng)”工況決定了單從計(jì)量?jī)x表本身入手難以很好解決問題，有必要另辟蹊徑。為此，開發(fā)出了一種簡(jiǎn)便的雙向計(jì)量系統(tǒng)，即采用2套常規(guī)的計(jì)量回路，通過設(shè)置相應(yīng)的自動(dòng)控制組件、電動(dòng)閥或手動(dòng)控制閥，對(duì)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制或手動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了2個(gè)獨(dú)立天然氣管網(wǎng)的互聯(lián)互通，在解決管網(wǎng)間雙向聯(lián)通、雙向計(jì)量問題的同時(shí)，又避免了微流量或低流量狀態(tài)下計(jì)量?jī)x表精度失準(zhǔn)的問題。該計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)可靠、工藝簡(jiǎn)單、投資少，是一種很有應(yīng)用前景的計(jì)量模式。
關(guān)鍵詞：天然氣管網(wǎng)；聯(lián)網(wǎng)；雙向計(jì)量；計(jì)量?jī)x表；低流量；低量程限制；計(jì)量精度；計(jì)量回路
    隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，原來分別供應(yīng)各城市或各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、各自獨(dú)立的天然氣供應(yīng)管網(wǎng)如能聯(lián)通起來實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，形成一個(gè)統(tǒng)一的供氣大管網(wǎng)，不僅有利于平衡整個(gè)供氣管網(wǎng)的負(fù)荷，而且能夠極大地提高供氣管網(wǎng)的利用效率，減少輸配管網(wǎng)的投資費(fèi)用，提高供氣的安全性和靈活性。
    但是，這些各自獨(dú)立的區(qū)域天然氣管網(wǎng)的資產(chǎn)產(chǎn)權(quán)和經(jīng)營(yíng)權(quán)往往分屬于不同的業(yè)主，管網(wǎng)聯(lián)通后由于天然氣的流動(dòng)性，勢(shì)必存在天然氣貿(mào)易結(jié)算中的計(jì)量問題。天然氣在管網(wǎng)中的流動(dòng)可能是雙向的，由此帶來了天然氣管網(wǎng)雙向計(jì)量的難題[1]。
解決雙向計(jì)量問題是天然氣管網(wǎng)互聯(lián)互通的前提和基礎(chǔ)。按照目前天然氣計(jì)量的技術(shù)現(xiàn)狀，即便某些具備雙向計(jì)量功能的高精度進(jìn)口計(jì)量?jī)x表，也不可避免地存在著儀表低量程限制問題[2]，即流經(jīng)計(jì)量?jī)x表的天然氣實(shí)際流量較小時(shí)，儀表計(jì)量精度不能得到保證，或者根本就無法進(jìn)行計(jì)量?？梢姡瑔螐挠?jì)量?jī)x表本身的技術(shù)層入手，目前還難以很好地解決天然氣管網(wǎng)雙向計(jì)量這一難題，有必要另辟蹊徑，避開儀表低量程限制這一瓶頸，開發(fā)出一種簡(jiǎn)便、實(shí)用、可靠的新技術(shù)[3～4]。
1 雙向計(jì)量系統(tǒng)基本思路
    圖1是兩個(gè)天然氣管網(wǎng)互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)雙向計(jì)量的工作原理圖。
 

在兩個(gè)天然氣管網(wǎng)(A、B)聯(lián)通處的兩側(cè)分別設(shè)置用于測(cè)量管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行壓力的壓力表(P1、P2)，同時(shí)設(shè)置兩個(gè)方向相反的單向計(jì)量通道：A管網(wǎng)通過計(jì)量?jī)x表a向B管網(wǎng)補(bǔ)充天然氣；B管網(wǎng)通過計(jì)量?jī)x表b向A管網(wǎng)補(bǔ)充天然氣。
當(dāng)兩個(gè)天然氣管網(wǎng)兩側(cè)的壓力差達(dá)到預(yù)定值(M)時(shí)，開啟相應(yīng)的計(jì)量?jī)x表(a或b)通道計(jì)量，壓力高的天然氣管網(wǎng)向壓力低的天然氣管網(wǎng)輸氣，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)天然氣管網(wǎng)的互聯(lián)互通。而當(dāng)計(jì)量?jī)x表流量檢測(cè)值降低到一定值(N，儀表量程下限值)時(shí)，該通道閥門關(guān)閉，兩個(gè)天然氣管網(wǎng)斷開聯(lián)通并停止計(jì)量，避免計(jì)量?jī)x表在其量程下限位置工作而導(dǎo)致計(jì)量失準(zhǔn)。當(dāng)兩個(gè)天然氣管網(wǎng)的壓力差再次大于預(yù)定值(M)時(shí)，則再次開啟計(jì)量通道。
   天然氣管網(wǎng)的聯(lián)通既可由自動(dòng)控制系統(tǒng)依據(jù)檢測(cè)信號(hào)自動(dòng)完成，也可由人工操作實(shí)現(xiàn)，方便實(shí)用，在解央兩個(gè)天然氣管網(wǎng)之間雙向聯(lián)通、雙向計(jì)量問題的同時(shí)，又可避免在微流量或低流量狀態(tài)下計(jì)量?jī)x表精度失準(zhǔn)的問題，是一種有效的雙向計(jì)量方法[5]。
2 雙向計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)方案
   如圖1所示：壓力表P1、P2分別用于檢測(cè)天然氣管網(wǎng)A、B的壓力值p1、p2，(p1-p2)為兩個(gè)天然氣管網(wǎng)的壓力差值；計(jì)量?jī)x表a與閥門Va1、Va2組成A管網(wǎng)向B管網(wǎng)輸氣的通道；計(jì)量?jī)x表b與閥門Vb1、Vb2組成B管網(wǎng)向A管網(wǎng)輸氣的通道。計(jì)量?jī)x表前后閥門是自動(dòng)啟閉的電磁閥，也可以由人工控制。
   M為兩個(gè)天然氣管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙向聯(lián)通的壓力差設(shè)定值，若兩個(gè)天然氣管網(wǎng)間的壓差高于該值，則兩個(gè)天然氣管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)通；N為取消兩個(gè)天然氣管網(wǎng)聯(lián)通的流量設(shè)定值，若管網(wǎng)流量低于該值，則相應(yīng)的閥門關(guān)閉，兩個(gè)天然氣管網(wǎng)處于不聯(lián)通狀態(tài)。
2.1 “自動(dòng)”模式下運(yùn)行的計(jì)量系統(tǒng)
   1) 當(dāng)A、B管網(wǎng)壓力差較小，未達(dá)到聯(lián)網(wǎng)起點(diǎn)壓差時(shí)。即︱p1-p2︱＜M，表明兩個(gè)天然氣管網(wǎng)間壓力差別不大，平衡管網(wǎng)負(fù)荷(管網(wǎng)聯(lián)通)的需求不迫切。若此時(shí)聯(lián)通兩個(gè)天然氣管網(wǎng)，則流經(jīng)計(jì)量?jī)x表的天然氣流量較小，計(jì)量?jī)x表處于低量程范圍(量程下限位置)，不能保證計(jì)量精度。因此，此狀態(tài)下，Va1、Va2、Vb1和Vb2關(guān)閉，切斷兩個(gè)天然氣管網(wǎng)間的聯(lián)系(不聯(lián)通)。兩個(gè)天然氣管網(wǎng)長(zhǎng)期不聯(lián)通時(shí)，應(yīng)關(guān)閉總閥V。
   2) 當(dāng)兩個(gè)天然氣管網(wǎng)間壓力差增大，且(p1-p2)≥M，表明A管網(wǎng)的壓力遠(yuǎn)大于B管網(wǎng)的壓力，此時(shí)B管網(wǎng)迫切需要從A管網(wǎng)得到氣源補(bǔ)充，提高自身管網(wǎng)壓力以滿足用戶的用氣需求。此時(shí)，總閥門V開啟，計(jì)量?jī)x表前閥門V小表后閥門Va1。同時(shí)開啟，計(jì)量?jī)x表a通道聯(lián)通；Vb1、Vb2關(guān)閉，計(jì)量?jī)x表b通道處于斷開狀態(tài)。A管網(wǎng)向B管網(wǎng)補(bǔ)充供氣，并由計(jì)量?jī)x表a進(jìn)行計(jì)量。當(dāng)計(jì)量?jī)x表a的流量檢測(cè)值低于N時(shí)，總閥門V、計(jì)量?jī)x表前閥門Va1同時(shí)關(guān)閉，A管網(wǎng)停止向B管網(wǎng)輸氣，避免計(jì)量?jī)x表a進(jìn)入低量程(量程下限)而導(dǎo)致計(jì)量失準(zhǔn)[6]。
    3) 而當(dāng)(p1-p2)≤-M時(shí)，A管網(wǎng)的壓力遠(yuǎn)小于B管網(wǎng)的壓力，此時(shí)A管網(wǎng)迫切需要從B管網(wǎng)得到氣源補(bǔ)充，提高自身管網(wǎng)壓力以滿足用戶的用氣需求。此時(shí)，總閥門V開啟，計(jì)量?jī)x表前閥門Vb1、表后閥門Vb2同時(shí)開啟，計(jì)量?jī)x表b通道聯(lián)通；Va1、Va2關(guān)閉，計(jì)量?jī)x表a通道處于斷開狀態(tài)。B管網(wǎng)向A管網(wǎng)供氣，并由計(jì)量?jī)x表b進(jìn)行計(jì)量。當(dāng)計(jì)量?jī)x表b的流量檢測(cè)值低于N時(shí)，總閥門V、計(jì)量?jī)x表前閥門Vb1同時(shí)關(guān)閉，B管網(wǎng)停止向A管網(wǎng)輸氣，避免計(jì)量?jī)x表b進(jìn)入低量程(量程下限)而導(dǎo)致計(jì)量失準(zhǔn)。
    4) 為避免流量快速變化而對(duì)計(jì)量?jī)x表造成較大的沖擊，閥門Va1、Va2、Vb1和Vb2選用具有阻尼特性的慢開(關(guān))型電磁閥。
2.2 “手動(dòng)”模式下運(yùn)行的計(jì)量系統(tǒng)
    根據(jù)兩個(gè)天然氣管網(wǎng)壓力的差值，手動(dòng)操作各控制閥門，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)天然氣管網(wǎng)間的聯(lián)通或斷開。聯(lián)網(wǎng)時(shí)，視具體情況分別由計(jì)量?jī)x表a或計(jì)量?jī)x表b進(jìn)行計(jì)量，并避開流量計(jì)的低限流量(量程下限)值，同時(shí)解決貿(mào)易結(jié)算準(zhǔn)確性和管網(wǎng)各點(diǎn)壓力均衡性的難題。
3 結(jié)束語
    天然氣管網(wǎng)雙向計(jì)量系統(tǒng)及其技術(shù)方案，以簡(jiǎn)潔的工藝和較少的投資費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)獨(dú)立天然氣管網(wǎng)的互聯(lián)互通，使管網(wǎng)各點(diǎn)壓力得以均衡，大大提高了管網(wǎng)的利用效率，增強(qiáng)了天然氣管網(wǎng)運(yùn)行的安全性和靈活性，提高了大管網(wǎng)的調(diào)峰儲(chǔ)氣能力，運(yùn)行可靠，既節(jié)省了進(jìn)口昂貴雙向計(jì)量?jī)x表的費(fèi)朋，又避免了低流量狀態(tài)下計(jì)量?jī)x表精度失準(zhǔn)的問題，是一種很有前景的計(jì)量模式。
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(本文作者：羅東曉1，2 1.新奧能源控股有限公司；2.中山大學(xué))