天然气分输站场适用性改造中计量-调压系统的选型
天然气分输站场适用性改造中计量\调压系统的选型
摘要：本文结合山东天然气管网临朐分输站适应性改造工程的设计经验，阐述了大输量工况下天然气计量、调压系统的选型及连接方式，希望能给类似工程提供一些参考和帮助。
关键词：天然气；计量；调压
我国在天然气的利用方面远低于世界平均水平。天然气占能源消费总量的比例只有3%。未来几年内，天然气市场在全国范围内将得到发展。预计2020年，天然气需求量将达到2000×108Nm3/a，占整个能源构成的10%。山东天然气管网泰安-青岛段自投运以来，下游用户不断增加，干线站场几乎全部需为新增分输用户增加分输设施。
1、工程概况
山东天然气管网工程泰安—青岛段起于泰安站，止于青岛分输清管末站，干线总长354.67km，干线站场6座。临朐分输站位于潍坊市临朐县，站内已建收发球系统、过滤系统、放空，排污系统和去临朐县天然气公司的分输设施。改造中在临朐分输站内新增向临沂管输、鲁润公司供气支路。其中临沂管输支路设计输量为5×108Nm3/a，鲁润公司支路设计输量为16.1×108Nm3/a。本文主要论述鲁润公司分输的计量、调压系统设计选型。
2、设计基础参数
设计压力：10MPa，临朐分输站进站温度：5.1~14.4℃；进站压力：4.38~5.61 MPa（远期增压至9.0MPa）；鲁润公司供气的交接压力为4.38~5.5MPa；起输量
8.58×108Nm3/a。
下游目标用户主要为工业用户比例约占68%，其余32%为民用及商业用气。结合相关部门评估意见，工业用气不考虑调峰，民用及商业用气取月高峰系数为
1.3，月低峰系数为0.8。
3、调压系统选型
表3-1 调压系统选型参数
流量范围（104Nm3/h） 调压前压力（MPa） 调压后压力（MPa） 调压前温度（℃）
7.7～29.68 4.38～5.61（远期9.0） 5.0～5.5 5.1～14.4
综合考虑近期工况及远期来气增压的可能，若按照1用1备选型，调节阀选型计算适合口径为DN400，且调压系统需设置两级安全装置。鉴于DN400口径的自力式调节阀无法选型，采取两级截断的安全保护措施，即采用安全截断阀+安全截断阀+电动调节阀的工作方式。
山东天然气管网目前均采用安全截断阀+监控调压阀+电动调节阀的工作方式，若采用上述DN400口径1用1备方案，选用的设备将与现有管线其他调压系统产生差异。基于以上情况，考虑采用2用1备控制方案。按照2用1备控制方案，调节阀口径为DN250，可采用目前山东天然气管网采用的安全截断阀+监控调压阀+电动调节阀的工作方式。
1用1备控制方案，压力、流量比选控制逻辑简单，占地面积小。但由于单路口径较大，对流量范围的适应性略显不足，且使用了现有站场未使用的大口径截断阀，价格高昂，后期维护不便。
2用1备控制方案，单路口径小，对流量范围的适应性较好，单路工作方式与现有站场一致，3路设备的总价格低于1用1备两路的设备价格。但压力、流量比选控制逻辑略为复杂，占地面积略大。
结合以上经济技术分析及现场设备平面布置情况，推荐采用2用1备的调压控制方案，可根据需要实现压力/流量选择性控制。
4、计量系统选型
流量计量系统主要由直管段、整流器、流量计、温度和压力检测仪表、流量计算机等构成。每条流量支路设置流量计算机，完成该支路的流量计算、累计、显示、数据存贮和数据通信。
国内外天然气输气管道用于贸易交接的流量计量仪表主要有孔板流量计、涡轮流量计、超声流量计等。
孔板流量计有价格比较低，结构简单的优点。其缺点是：准确度较低，量程比小；直管段较长，占地面积大；在直接对用户进行分输计量时，因流量波动大，测量准确度随之降低；对气体清洁度要求高，需定期检查、维护、更换；压力损失大，噪声大等。
涡轮流量计的应用历史较长，技术较为成熟，目前在国际天然气计量领域应用也较为普遍。特点是准确度较高（0.5级），稳定性较好，量程比较宽，所需的直管段较短。由于涡轮流量计具有可动部件，故障率较高，使用中、后期维护量可能较大（近年来各涡轮流量计生产厂的产品，在性能上均有很大程度的改进，产品寿命可长达10年～15年）。此外，涡轮流量计对被测介质的清洁度要求较高，投运操作上也有要求，同时流量计前要求安装过滤器。
超声流量计的特点是：准确度高（0.5级），满足天然气贸易计量的要求；适用的流量范围大；无压力损失，节省能源；无运动部件，维护量小，可节省大量的人力和物力。高准确度的超声流量计为近年发展的新技术、新产品，但其使用经验相对较少。
根据技术与经济比较，流量计口径在DN100及其以下时宜采用涡轮流量计，流量计口径在DN100以上时宜采用超声流量计。综合考虑现有站场的流量计选型情况，本次改造选用超声波流量计。
计量系统的相关参数见表4-1。
表4-1 计量系统选型参数
流量范围（104Nm3/h） 压力（MPa） 温度（℃）
7.7～29.68 4.38～5.61 5.1～14.4
鉴于运行初期流量存在不确定性，且运行后期流量较大，针对表4-1中的数据分别核算了1用1备和2用1备两个计量方案，1用1备的计量方案适合的超声波流量计口径为DN300，2用1备的计量方案适合的超声波流量计口径为DN250。
1用1备DN300计量方案，占地面积少，设备购置费用略少。但在计量系统运行初期流量过低的不确定工况下，流量计的适应能力不足，计量精度存在不确定性。
2用1备DN250的计量方案，对运行初期的不确定工况和运行后期的大输量工况均有良好的适应性，运行期间系统稳定性高。但占地面积大，设备购置费用略高。
综合以上经济技术比较及站场平面布置情况，推荐2用1备DN250的计量方案。
更多内容请访问久久建筑网
5、计量、调压系统连接方式
计量、调压系统均选用2用1备工作方式，两个系统之间的连接方式有以下两种选择：
方案一：计量系统3路并联构成计量环节，压力/流量控制回路3路并联构成调压环节，计量、调压两个环节各自独立，其间采用汇管隔离、连接。该方案由于计量、调压环节各自独立，任一路计量、调压均可互为备用；但由于计量、
调压设备没有确定的对应关系，精确控制下游流量的控制逻辑较复杂，可靠性不足。设备购置费用略高。
方案二：一个计量回路与一个压力/流量调节回路串联构成一个独立的压力/流量调节支路，计量与调压之间采用π型头降噪，避免调节阀噪音影响超声波流量计的计量精度，三个压力/流量调节支路并联。该方案计量、调压设备一一对应，每一路调压设备对下游流量的精确控制均可通过对应的流量计得到验证，控制逻辑简单，可靠性高。设备购置费用略低。但由于采用了计量、调压环节一一对应的连接方式，设备的备用选择相对不足。
综合以上技术、经济比较及实际应用情况，考虑到流量精确控制的需求，推荐方案二。该方案的计量精度及可操作性在陕京线各站场的实际应用中得到了充分验证。
6、结论
对于大输量的计量、调压系统选型若采用传统的一用一备的方式，会导致设备选型口径较大，投资增加，运行中也会带来诸多难题。采用多用一备的方式是今后值得研究讨论的一个方向。
参考文献：
[1]叶学礼等．输气管道工程设计规范．北京：中国计划出版社，2003．
[2]陈赓良等．天然气．北京：中国计划出版社，1999．
[3]金石坚等．城市燃气设计规范．北京：中国建筑工业出版社，2006．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
辽公网安备 21020302000024号工信部备案号: 辽ICP备15011726号-5
