多氣源混供技術(shù)在?？诠艿廊?xì)夤?yīng)中的應(yīng)用

摘 要

摘要：近10年以來，天然氣被廣泛使用，也使得天然氣資源愈發(fā)緊缺，有些城市管道燃?xì)夤?yīng)不得不采用多種氣源混合供應(yīng)(即“多氣源混供”)的方式來解決單一氣源供應(yīng)不足的問
摘要：近10年以來，天然氣被廣泛使用，也使得天然氣資源愈發(fā)緊缺，有些城市管道燃?xì)夤?yīng)不得不采用多種氣源混合供應(yīng)(即“多氣源混供”)的方式來解決單一氣源供應(yīng)不足的問題。本文以海口市管道燃?xì)獾亩鄽庠椿旃┠Ｊ綖閷?shí)例，全面分析并解決了多氣源混供在實(shí)際應(yīng)用中的諸多技術(shù)問題，是多氣源混供技術(shù)成功應(yīng)用的案例之一。
關(guān)鍵詞：多氣源；混供技術(shù)；管道燃?xì)?；?yīng)用
1 概述
?？谑械墓艿廊?xì)庥?993年開始供氣時(shí)就選擇采用了液化石油氣(LPG)混合空氣(仿天然氣)供應(yīng)模式，是為了迎接計(jì)劃于1995年投產(chǎn)上島的“崖13-1”氣田的天然氣，為確保兩種氣源具有互換性，當(dāng)時(shí)仿天然氣所仿的就是“崖13-1”天然氣的高熱值華白指數(shù)。后來隨著海南省天然氣資源不斷被開發(fā)利用，加上歷史的原因，先后形成了有“崖13-1”壓縮天然氣、福山管輸天然氣、中海油管輸天然氣等多種氣源供應(yīng)?？诠艿廊?xì)獾那闆r。上述氣源中，除“崖13-1”壓縮天然氣與仿天然氣具有互換性可直接利用外，其它兩種管輸天然氣與在供的管道燃?xì)獾娜A白指數(shù)存在較大差異，需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理達(dá)到預(yù)定華白指數(shù)后方能供應(yīng)。通過對(duì)各種氣源的特性及供應(yīng)充足性分析，確定了多種氣源混合供應(yīng)方案：由于華白指數(shù)高的福山天然氣供應(yīng)量很小，而華白指數(shù)低的中海油天然氣供應(yīng)量較為充足，若僅將兩種天然氣按比例混合，在符合氣質(zhì)要求后供應(yīng)?？?，則供應(yīng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，因此應(yīng)加大中海油天然氣的投入量，前端先讓“崖13-1”CNG天然氣、福山天然氣、中海油天然氣3種氣源混合，然后對(duì)華白指數(shù)仍然偏低的混合天然氣通過摻混高熱值的LPG來解決，即采用4種氣源混合供應(yīng)的技術(shù)方案。
2 技術(shù)要求
表1 各種氣源的氣質(zhì)情況
氣源種類
高熱值(MJ/Nm3)
低熱值(MJ/Nm3)
比重
華白數(shù)(MJ/Nm3)
中海油天然氣
27.0
26.5
0.68
32.8
福山天然氣
41.4
38.9
0.73
48.5
崖13-1天然氣
33,5
33.O
0.68
40.7
    “崖13-1”天然氣的華白指數(shù)為40.7MJ/Nm3，因此，3種天然氣混合并經(jīng)LPG調(diào)質(zhì)后，其華白指數(shù)應(yīng)控制在40.7MJ/Nm3±5%的范圍之內(nèi)(10T標(biāo)準(zhǔn))。
    海口管道燃?xì)廨斉湔驹O(shè)計(jì)的最大供氣能力為20000Nm3/h，因此，摻混裝置的最大供氣流量應(yīng)達(dá)到20000Nm3/h。
    考慮到當(dāng)發(fā)生中海油天然氣或福山天然氣停供的極端情況時(shí)，進(jìn)站混合天然氣的熱值范圍在26.5MJ/Nm3～40.7MJ/Nm3。據(jù)此計(jì)算，在上游福山天然氣停供，僅供中海油天然氣時(shí)，為保證氣質(zhì)滿足需求，中海油天然氣摻混LPG比例約為9%，因此，LPG(氣態(tài))的最大供應(yīng)量按2000Nm3/h來設(shè)計(jì)。
3 摻混裝置、摻混工藝、工藝參數(shù)及工作原理
3.1 摻混裝置
   采用流量隨動(dòng)摻混裝置。該裝置主要由流量測(cè)量、流量調(diào)控、熱值檢測(cè)和PLC控制4部分組成，其工作原理是以其中一種介質(zhì)的流量為基準(zhǔn)，通過調(diào)節(jié)閥門開度，調(diào)節(jié)另一種介質(zhì)的流量，使摻混后的混合氣中的兩種介質(zhì)的體積比或某一組份的含量、熱值、華白指數(shù)達(dá)到設(shè)定的要求。
3.2 摻混裝置供氣系統(tǒng)見圖2
 

    中海油天然氣和福山天然氣在中海油的長(zhǎng)輸管線前端老城分輸站混合后，通過后端長(zhǎng)輸管線輸送至?？诠艿廊?xì)廨斉湔?，進(jìn)站后再混進(jìn)“崖13-1”CNG天然氣，但該混合天然氣的氣質(zhì)不符合?？诠艿廊?xì)獾臍赓|(zhì)要求，因此，需利用LPG調(diào)質(zhì)處理。混合天然氣在摻混裝置內(nèi)，與LPG按一定比例混合達(dá)到氣質(zhì)要求后，最后進(jìn)入城市供氣管網(wǎng)。
3.3 摻混流程見圖3

3.4 工藝參數(shù)
    (1) 天然氣進(jìn)口壓力：0.4MPa～0.7MPa；
    (2) LPG進(jìn)口壓力：0.4MPa；
    (3) 混合器最大混合能力：20000Nm3/h；
    (4) 混合氣熱值及華白指數(shù)要求：熱值35.5MJ/Nm3、華白指數(shù)40.7MJ/Nm3 (可在計(jì)算機(jī)上設(shè)定)；
    (5) 天然氣熱值低限：26.5MJ/Nm3；
    (6) LPG熱值(國(guó)產(chǎn)LPG)：按100.4MJ/Nm3；
    (7) 混合氣中天然氣與LPG比例：90：10～100：0；
    (8) 天然氣最大流量：20000Nm3/h；
    (9) LPG(氣態(tài))最大流量：2000Nm3/h；
    (10) 混合氣出站壓力：0.2MPa～0.35MPa；
    (11) 混合精度：2%。
3.5 工作原理
    混合天然氣和LPG分別經(jīng)計(jì)量調(diào)壓后同時(shí)進(jìn)入混合器，混合器中設(shè)置了折流板和旋轉(zhuǎn)板，兩種氣體在混合器中經(jīng)過多次折返、旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，最后達(dá)到95%以上的混合效率。調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由一臺(tái)設(shè)在LPG回路的氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥和相關(guān)控制部件組成，由控制系統(tǒng)根據(jù)天然氣的流量或混合氣的熱值自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥的開度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LPG進(jìn)入混合器流量的調(diào)控，達(dá)到設(shè)定的華白指數(shù)。
4 中央控制系統(tǒng)
    整個(gè)控制系統(tǒng)由PLC系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)兩部分組成，控制系統(tǒng)是摻混裝置的指揮中心，有3種控制模式。
4.1 流量隨動(dòng)比例調(diào)節(jié)
    系統(tǒng)根據(jù)所測(cè)量的天然氣的流量，按設(shè)定的混合比例計(jì)算出對(duì)應(yīng)的LPG的流量，通過控制調(diào)節(jié)閥的通過量，使LPG的流量與計(jì)算流量相等，從而達(dá)到天然氣和LPG的比例混合。
4.2 熱值或華白指數(shù)定值調(diào)節(jié)
    系統(tǒng)根據(jù)混合氣的熱值或華白指數(shù)，與設(shè)定的熱值或華白指數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)其差值大時(shí)，采用大調(diào)節(jié)值控制調(diào)節(jié)閥的開度；當(dāng)其差值小時(shí)，采用小調(diào)節(jié)值控制調(diào)節(jié)閥的開度；調(diào)節(jié)值是根據(jù)檢測(cè)熱值或華白指數(shù)和設(shè)定熱值或華白指數(shù)的差以及調(diào)節(jié)閥的閥口大小計(jì)算得到的。為了達(dá)到熱值快速穩(wěn)定，采用快速無波紋數(shù)學(xué)模型依靠PLC實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)過程。
4.3 混合控制模式
    由于兩種控制模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，多采用混合控制模式，即根據(jù)混合過程的不同工況，采用上述的不同控制模式：一般情況下，當(dāng)天然氣流量和LPG流量處于流量計(jì)的小誤差測(cè)量范圍值時(shí)，流量計(jì)的測(cè)量值是準(zhǔn)確的，宜采用流量隨動(dòng)比例調(diào)節(jié)模式，熱值作為混合氣的氣質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)，當(dāng)檢測(cè)的熱值小于或高于第一報(bào)警設(shè)定值時(shí)，立即報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)的熱值小于或高于第二報(bào)警設(shè)定值時(shí)，立即關(guān)閉系統(tǒng)，停止摻混LPG；當(dāng)天然氣流量和LPG流量超出流量計(jì)能夠精確測(cè)量的范圍時(shí)，流量計(jì)的測(cè)量值存在較大的誤差，應(yīng)采用熱值定值調(diào)節(jié)模式。
    混合控制模式，既克服了兩種獨(dú)立控制模式自身的缺點(diǎn)，又發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能互相監(jiān)控，只要一種儀表(流量計(jì)或熱值儀)發(fā)生故障，傳輸出錯(cuò)誤的信號(hào)，另一種儀表(流量計(jì)或熱值儀)立即就可發(fā)現(xiàn)并報(bào)警，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。
5 結(jié)語(yǔ)
    該套多氣源摻混設(shè)備自投產(chǎn)運(yùn)行以來，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均達(dá)到預(yù)期的效果，具有安全可靠性強(qiáng)、控制精度高(±1%范圍之內(nèi))、操作簡(jiǎn)便并可按實(shí)際使用情況設(shè)定或調(diào)整華白指數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)天然氣的應(yīng)用越來越廣泛，在天然氣供應(yīng)種類多樣化的地區(qū)或大型工廠，在單一氣源供應(yīng)不足時(shí)，在不改變?nèi)计骶叩那闆r下，可考慮使用該氣源混供模式，以達(dá)到節(jié)省投資、降低氣源成本的目的。
 
(本文作者：王奮 劉才佳 符海濤 海南民生管道燃?xì)庥邢薰?570208)