天然氣高-中壓計(jì)量調(diào)壓站工藝流程的標(biāo)準(zhǔn)化

摘 要

摘要：以實(shí)際工程為例，預(yù)測了天然氣高-中壓計(jì)量調(diào)壓站小時(shí)流量，根據(jù)工藝參數(shù)合理選定設(shè)備規(guī)格，提出了工藝流程標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊，建議計(jì)量橇和調(diào)壓橇單獨(dú)成橇。關(guān)鍵詞：計(jì)量調(diào)壓站；工藝
摘要：以實(shí)際工程為例，預(yù)測了天然氣高-中壓計(jì)量調(diào)壓站小時(shí)流量，根據(jù)工藝參數(shù)合理選定設(shè)備規(guī)格，提出了工藝流程標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊，建議計(jì)量橇和調(diào)壓橇單獨(dú)成橇。
關(guān)鍵詞：計(jì)量調(diào)壓站；工藝流程；標(biāo)準(zhǔn)化
Process Flow Standardization of Natural Gas High-and Middle-pressure Metering and Pressure Regulation Station
LI Jian-jun
Abstract：The hourly flow rate at natural gas high-and middle-pressure metering and pressure regulation station is predicted with an engineering example. The equipment specifications are reasonably selected according to the process parameters. The function module for process flow standardization is proposed. It is suggested that the metering skid and pressure regulation skid are separated.
Key words：metering and pressure regulation station；process flow；standardization
   佛山市天然氣高壓管網(wǎng)統(tǒng)一接收所有進(jìn)入佛山市域范圍內(nèi)的管道天然氣，向佛山市各區(qū)城市燃?xì)鈽I(yè)主及大型燃?xì)庥脩翡N售天然氣。項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為25×108m3/a，規(guī)劃建設(shè)城市門站4座、LNG氣化站2座，CNG母站1座、計(jì)量調(diào)壓站15座、高壓管道近200km，現(xiàn)已建成計(jì)量調(diào)壓站7座。
   高-中壓計(jì)量調(diào)壓站是接收高壓管網(wǎng)來氣，經(jīng)過濾、計(jì)量、流量調(diào)節(jié)、調(diào)壓后向下游中壓管網(wǎng)安全、穩(wěn)定供應(yīng)天然氣的關(guān)鍵設(shè)施。本文針對佛山市待建計(jì)量調(diào)壓站工藝流程標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行有益的探討，以期實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備規(guī)格統(tǒng)一，功能模塊合理分組成橇。這對于工程物資集中采購、節(jié)約工程建設(shè)成本、降低現(xiàn)場安裝質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、安全運(yùn)行、方便管理具有現(xiàn)實(shí)意義。
1 各計(jì)量調(diào)壓站供氣流量現(xiàn)狀與預(yù)測
1.1 已建各計(jì)量調(diào)壓站供氣流量現(xiàn)狀
    已建計(jì)量調(diào)壓站的2009年供氣流量統(tǒng)計(jì)見表1，其中北滘站小時(shí)流量為O，原因是下游中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)尚未接通。
表1 已建計(jì)量調(diào)壓站2009年供氣流量統(tǒng)計(jì)
站名
小時(shí)流量/(m3·h-1)
最小值
最大值
南莊站
6767.4
13161.9
新城站
111.2
7249.4
北溜站
0.0
0.0
桂城站
628.4
4656.8
羅村站
1236.1
3900.6
獅山站
364.8
6540.1
官窯站
1312.9
2631.8
    從表1可以看出：2009年，除去下游中壓管網(wǎng)尚未接通供氣的北滘站，新城站小時(shí)流量最小值最小，為111.2m3/h；南莊站小時(shí)流量最大值最大，為13161.9m3/h。
1.2 已建各計(jì)量調(diào)壓站供氣流量預(yù)測
    已建各計(jì)量調(diào)壓站的2010年和2020年供氣流量預(yù)測見表2。
表2 已建計(jì)量調(diào)壓站供氣流量預(yù)測
站名
2010年小時(shí)流量/(m3·h-1)
2020年小時(shí)流量/(m3·h-1)
最小值
最大值
最小值
最大值
南莊站
22300
47200
30800
76700
新城站
3800
7400
6500
21680
北滘站
2500
6000
2700
8770
桂城站
11600
29400
16290
50530
羅村站
2200
4900
3460
8240
獅山站
17600
35400
21900
52700
官窯站
5400
9390
6270
19600
    從表2可以看出：2010年，羅村站小時(shí)流量最小為2200m3/h，南莊站小時(shí)流量最大為47200m3/h。2020年，北滘站小時(shí)流量最小為2700m3/h，南莊站小時(shí)流量最大為76700m3/h。
1.3 待建各計(jì)量調(diào)壓站供氣流量預(yù)測
    待建計(jì)量調(diào)壓站的2010年和2020年供氣流量預(yù)測見表3。
表3 待建計(jì)量調(diào)壓站供氣流量預(yù)測
站名
2010年小時(shí)流量/(m3·h-1)
2020年小時(shí)流量/(m3·h-1)
最小值
最大值
最小值
最大值
均安站
1100
2900
2100
5800
大良站
5600
19100
7800
39300
明城站
6900
11400
9700
17600
西樵站
15900
27120
25400
31700
西江站
7900
16300
5000
19000
蘆苞站
750
1200
4300
5500
西南站
3370
8300
3920
13700
大塘站
2600
2700
6000
8600
    從表3可以看出：2010年，蘆苞站小時(shí)流量最小為750m3/h，西樵站小時(shí)流量最大為27120m3/h。2020年，均安站小時(shí)流量最小為2100m3/h，大良站小時(shí)流量最大為39300m3/h。
2 待建計(jì)量調(diào)壓站工藝參數(shù)初步確定
2.1 壓力
    進(jìn)計(jì)量調(diào)壓站天然氣管道設(shè)計(jì)壓力為4.4MPa，運(yùn)行壓力為1.6～4.0MPa。出計(jì)量調(diào)壓站天然氣管道設(shè)計(jì)壓力為0.4MPa，運(yùn)行壓力為0.2～0.4MPa。
2.2 溫度
    進(jìn)計(jì)量調(diào)壓站天然氣溫度為18～20℃，出計(jì)量調(diào)壓站溫度為0℃以上。
2.3 供氣流量確定原則
    ① 供氣流量以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃、101325Pa)計(jì)算。
    ② 結(jié)合佛山市天然氣高壓管網(wǎng)工程初步設(shè)計(jì)文件中各類用戶煤、重油、柴油、液化石油氣等多種能源利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)，充分考慮天然氣替代其他能源的可能性來預(yù)測天然氣利用市場發(fā)展前景，初步確定各計(jì)量調(diào)壓站供氣規(guī)模，主要考慮2020年預(yù)測數(shù)據(jù)，兼顧2010年預(yù)測數(shù)據(jù)。
2.4 流量計(jì)量參數(shù)的分析與初步確定
    ① 因南莊、新城、北滘、羅村等站已經(jīng)建成，且為非標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，故其實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可供標(biāo)準(zhǔn)工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)參考。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，新城、獅山、桂城站在壓力為1.6～4.0MPa、流量小于1000m3/h時(shí)，計(jì)量準(zhǔn)確度不能保證，其余站都能準(zhǔn)確計(jì)量。
    ② 根據(jù)2010年和2020年待建計(jì)量調(diào)壓站供氣流量預(yù)測數(shù)據(jù)，期望的狀況是：流量在750～39300m3/h范圍時(shí)，選定的流量計(jì)應(yīng)能夠準(zhǔn)確可靠計(jì)量。
3 待建計(jì)量調(diào)壓站主要設(shè)備的確定
3.1 主要設(shè)備的確定原則
    計(jì)量調(diào)壓站主要功能之一是對通過的天然氣流量進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確計(jì)量。因此，探討待建計(jì)量調(diào)壓站工藝流程的標(biāo)準(zhǔn)化，關(guān)鍵就是根據(jù)預(yù)測的小時(shí)流量范圍來確定流量計(jì)的性能、規(guī)格，再根據(jù)流量計(jì)的性能規(guī)格確定與之配套的調(diào)壓器、過濾器、專用球閥等設(shè)備[1]。
3.2 超聲波流量計(jì)規(guī)格的確定
    ① 因超聲波流量計(jì)計(jì)量精度高，相對誤差為±1%，且能長期穩(wěn)定運(yùn)行，故用于貿(mào)易計(jì)量的流量計(jì)常優(yōu)先選擇超聲波流量計(jì)[2]。
   ② 鑒于佛山市天然氣高壓管網(wǎng)工程已建計(jì)量調(diào)壓站的流量計(jì)均采用國外某廠超聲波流量計(jì)，兩年的運(yùn)行狀況基本良好，故認(rèn)為以該流量計(jì)為例進(jìn)行流量計(jì)性能計(jì)算具有一定的代表性。
    ③ 該流量計(jì)推薦工況流速為0.9～30m/s，可保證測量精度且長期穩(wěn)定運(yùn)行。最小流速可達(dá)0.3m/s，此時(shí)能計(jì)量，但不能保證精度。
   ④ 超聲波流量計(jì)性能參數(shù)計(jì)算
   進(jìn)站天然氣管道運(yùn)行壓力為1.6～4.0MPa，天然氣溫度為18～20℃。由于18℃和20℃二者相差只有2℃，對流量計(jì)的流量計(jì)算影響不大，因此選定在18℃下，1.6MPa和4.0MPa兩種條件，來計(jì)算超聲波流量計(jì)性能參數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表4。計(jì)算依據(jù)為該超聲波流量計(jì)廠家提供的選型計(jì)算公式。
表4 國外某廠超聲波流量計(jì)參數(shù)
超聲波流量計(jì)公稱直徑/mm
工況流速/(m·s-1)
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)小時(shí)流量/(m3·h-1)
1.6MPa工況
4.0MPa工況
100
0.9
463
1141
100
30.0
15400
38026
150
0.9
1050
2596
150
30.0
34960
86526
    由表4可知，相同的壓力工況下，對于該品牌的超聲波流量計(jì)，DN 150mm規(guī)格比DN 100mm規(guī)格有更大的小時(shí)流量準(zhǔn)確計(jì)量范圍。
   ⑤ 超聲波流量計(jì)的選定
   當(dāng)工作狀態(tài)為18℃、1.6MPa時(shí)，折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的單路小時(shí)流量在1050～34960m3/h范圍內(nèi)，DN 150mm規(guī)格的超聲波流量計(jì)可以準(zhǔn)確計(jì)量；折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的單路小時(shí)流量在463～15400m3/h范圍內(nèi)，DN 100mm規(guī)格的超聲波流量計(jì)可準(zhǔn)確計(jì)量。
   當(dāng)工作狀態(tài)為18℃、4.0MPa時(shí)，折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的單路小時(shí)流量在2596～86526m3/h范圍內(nèi)，DN 150mm規(guī)格的超聲波流量計(jì)可準(zhǔn)確計(jì)量；折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的單路小時(shí)流量在1141～38026m3/h范圍內(nèi)，DN 100mm規(guī)格的超聲波流量計(jì)可準(zhǔn)確計(jì)量。
   由此可知，工作狀態(tài)為18℃、1.6～4.0MPa時(shí)，折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的單路小時(shí)流量在2596～34960m3/h范圍內(nèi)，DN 150mm規(guī)格的超聲波流量計(jì)可準(zhǔn)確計(jì)量；折算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的單路小時(shí)流量在1141～15400m3/h范圍內(nèi)，DN 100mm規(guī)格的超聲波流量計(jì)可準(zhǔn)確計(jì)量。
    預(yù)測的待建各計(jì)量調(diào)壓站最小小時(shí)流量，蘆苞站為750m3/h，均安站為1100m3/h，最大小時(shí)流量只有大良站為39300m3/h，其余各計(jì)量調(diào)壓站的小時(shí)流量均在2596～34960m3/h范圍內(nèi)?？紤]到流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的范圍，且預(yù)留一定的市場發(fā)展彈性，故選定超聲波流量計(jì)規(guī)格為DN 150mm。除蘆苞站和均安站最小小時(shí)流量、大良站最大小時(shí)流量不能準(zhǔn)確測量外，其余站最大和最小小時(shí)流量都在準(zhǔn)確計(jì)量范圍內(nèi)。對于不能準(zhǔn)確計(jì)量的小流量和超大流量的計(jì)量問題，留待以后再作進(jìn)一步探討。
3.3 其他主要設(shè)備的選定
    ① 為適應(yīng)各計(jì)量調(diào)壓站供氣能力要求，經(jīng)咨詢專業(yè)廠家，規(guī)格為DN 80mm和DN 100mm的高-中壓調(diào)壓器都能滿足要求，但價(jià)格接近，故調(diào)壓器統(tǒng)一選擇規(guī)格為DN 100mm產(chǎn)品。為安全起見，調(diào)壓器本身帶超壓切斷閥。
    ② 為與流量計(jì)性能匹配，要求過濾器的過濾精度為20μm。選定過濾器接口規(guī)格為DN 200mm。
    ③ 為適應(yīng)遠(yuǎn)期流量控制需要，預(yù)留流量調(diào)節(jié)閥位置，現(xiàn)用直管段代替。
3.4 連接管道規(guī)格的確定
    根據(jù)工藝流程、供氣能力及選定的設(shè)備性能、規(guī)格，確定連接管道規(guī)格為：過濾器前為DN 200mm，過濾器后、調(diào)壓器前為DN 150mm，調(diào)壓器后為DN 300mm。
4 計(jì)量調(diào)壓站功能模塊的確定
4.1 計(jì)量調(diào)壓站工藝流程
    計(jì)量調(diào)壓站工藝流程是：接收高壓管網(wǎng)來氣，經(jīng)過濾、計(jì)量、流量調(diào)節(jié)、調(diào)壓后向下游中壓管網(wǎng)供應(yīng)天然氣。計(jì)量調(diào)壓站工藝流程見圖1。
 
4.2 分組成橇
   過濾器、流量計(jì)、調(diào)壓器按1開1備考慮，保證一路故障，另一路自動識別啟用[3]。計(jì)量調(diào)壓站工藝流程標(biāo)準(zhǔn)功能模塊由計(jì)量橇(橇1)和調(diào)壓橇(橇2)組成。計(jì)量橇具有過濾和計(jì)量功能，調(diào)壓橇具有流量調(diào)節(jié)和調(diào)壓功能。計(jì)量橇和調(diào)壓橇單獨(dú)成橇，利于組裝和運(yùn)輸，也方便供氣設(shè)施的管理與運(yùn)營維護(hù)，從而保證計(jì)量調(diào)壓站實(shí)現(xiàn)安全、平穩(wěn)供氣。
5 結(jié)語
    工藝流程標(biāo)準(zhǔn)化模塊確定后，可對關(guān)鍵設(shè)備如流量計(jì)、過濾器、調(diào)壓器、專用球閥集中采購，計(jì)量橇和調(diào)壓橇可分別按標(biāo)準(zhǔn)化要求由成橇廠家完成，可縮短現(xiàn)場施工的時(shí)間、降低安全風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約建設(shè)成本、降低安裝質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 史安民.門站調(diào)壓系統(tǒng)自動識別選路裝置的設(shè)計(jì)[J]煤氣與熱力，2007，27(10)：4-6.
 
(本文作者：李劍軍 佛山市天然氣高壓管網(wǎng)有限公司 廣東佛山 528000)