門站調壓系統的影響因素分析

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、壓力對調壓系統的影響出發(fā)，分析了不同的儲氣方式對門站調壓系統的設
摘要：城市門站是連接上、下游氣源的重要節(jié)點，設計時要考慮上、下游的實際運行工況及儲氣方式。本文從流量、壓力對調壓系統的影響出發(fā)，分析了不同的儲氣方式對門站調壓系統的設計要求。
關鍵詞：調壓系統；燃氣流量；壓力；儲氣方式
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
    吉林省燃氣事業(yè)由焦爐煤氣起步，歷經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。為避免盲目性，需要整體規(guī)劃與精心設計。
    天然氣通過長輸管道輸送，首先進入城市門站，由門站降壓、計量后進入城市燃氣管網。門站是上、下游氣源的聯接點，設計應考慮多方面的因素。調壓系統是城市門站設計中的核心問題，調壓器也是門站最重要的設施之一。選擇調壓器及調壓系統應綜合考慮流量、進出口壓力、燃氣性質、調節(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 流量對調壓系統的影響
調壓器的流量特性曲線可近似認為線性特性，即調壓器的相對流量與相對開度為線性關系[1]。
 
    其中：——相對流量，即調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——可調范圍。
    如果調壓器尺寸選擇過大，在最小流量通過時，調壓器接近關閉狀態(tài)，則會產生脈動及不穩(wěn)定氣流，對下游的用氣工況造成影響。調壓器的開度保持在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，調壓器出口壓力的波動不會對下游用氣設施造成較大的影響，最小開度也可適當降低至5%。因此，合理確定調壓器的流量范圍是很重要的。
    通常情況下，城市近期與遠期用氣規(guī)模變化較大，城市用氣不均衡也使得通過調壓器的小時流量變化較大。解決辦法是調壓系統設置多路并聯，調壓器規(guī)格可以相同也可以不同，同時設置自動選路裝置，根據下游用氣量變化，自動開啟或關閉相應流量的調壓管路。
2 壓力對調壓系統的影響
調壓器全開時的流量計算公式如下：
 
當P2≤0.5P1時，Q=5.25CgP1
其中：Q——流量，Nm3/h
P1——調壓器進口壓力，bar
P2——調壓器出口壓力，bar
Cg——流量系數
C1——尺寸系數
Cg、C1只與調壓器的型號及規(guī)格有關。
    由以上公式可以看出當P2＞0.5P1時，調壓器進、出口壓力變化都會引起調壓器通過能力的變化；但當P2≤0.5P1時，調壓器的通過能力與出口壓力無關，僅與進口壓力有關。調壓器出口壓力一般是定值，為下游城市燃氣管網的最高運行壓力。因此，進口壓力的變化對調壓器通過能力的影響較大。調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，也與城市儲氣方式有關。一般情況下進入門站的天然氣壓力會在一定的范圍內波動，如果進、出壓差過大，調壓器的流通能力增大，小流量通過時產生脈動，因此，需要設置多級調壓系統。
3 儲氣方式對調壓系統的設計要求
    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
    影響調壓系統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。
    如果利用長輸管道末段儲氣，儲氣容積等于末段管路內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壓器進口壓力應降低到最小值。通常調壓器正常工作的進口最小壓力應高于出口壓力0.05MPa。但同時調壓器進口壓力降低，其通過能力隨之降低。為避免調壓器出現不穩(wěn)定的情況，一般設計按照城市高峰小時流量選調壓器尺寸，無疑會加大規(guī)格或者增加并聯調壓器數量，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2～3個高峰，長輸管道末段內儲存的燃氣向門站輸出，管內壓力降低，到h點降到最低；從h點到次日a點為用氣量低谷階段，多余的燃氣儲存在長輸管道末段內，管內壓力逐漸升高，到a點時管內燃氣量達到最大，平均壓力最高。由此可以看出調壓器進口壓力最低時，通過調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。以此選擇調壓器規(guī)格，更加準確。
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，可以建設高壓或次高壓管道作為儲氣設施。高壓管道設計壓力根據《城鎮(zhèn)燃氣設計規(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)管網的投資也越少；但長輸管道末段的儲氣效率則會相應降低。同時門站調壓器進口壓力增大，調壓系統設置復雜。因此，城區(qū)高壓管道起點設計壓力的確定應結合輸氣、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，應設置兩級調壓系統。
   應首先滿足長輸管道末段的儲氣要求，一級調壓器的出口壓力設定為1.6MPa，進口最低壓力為1.65MPa，流量為長輸管道平均供氣量；二級調壓器進口最高壓力為1.6MPa，最小壓力應高于二級調壓器出口壓力0.05MPa，通過調壓器的流量隨著下游用氣負荷的變化而變化，最大流量為高峰小時用氣量。
4 結論
    (1) 通常情況下城市近期與遠期用氣規(guī)模變化較大，不均衡用氣也使通過門站調壓器的小時流量變化較大?？稍O置多路并聯的調壓器，同時設置自動選路裝置，根據下游用氣量變化，自動開啟或關閉相應流量的調壓管路。
    (2) 進口壓力對調壓系統設計的影響較大，如果調壓器進出口壓差過大，需要設置多級調壓。
    (3) 門站調壓系統與儲氣方式有較大的關系，應根據不同的儲氣方式，合理選擇調壓系統的流量及進口壓力。
    由于調壓器進口流量與壓力的不穩(wěn)定性，使得門站調壓系統設計復雜化。城市燃氣輸配系統往往多種儲氣方式并存，不同的儲氣方式對門站調壓系統的要求也不盡相同。在保證可靠供氣的前提下，應進行技術經濟分析，尋找最佳方案，避免浪費。
參考文獻：
1 趙楊文，梁曉龍.調壓器在天然氣行業(yè)中的應用[J].油氣儲運，2003，22(12)：44-46
2 韶華.燃氣調壓站安全裝置及其安全性分析[J].燃氣與熱力，2009，29(06):01-04
3 楊永威等.燃氣調壓站設計有關問題的探討[J].燃氣與熱力，2004，24(09)：01-04
 
(本文作者：趙磊1 于立新2 李恩娟2 1.吉林建筑工程學院 130021；2.長春燃氣熱力設計研究院 130021)