門(mén)站調(diào)壓系統(tǒng)的影響因素分析

摘 要

摘要：城市門(mén)站是連接上、下游氣源的重要節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮上、下游的實(shí)際運(yùn)行工況及儲(chǔ)氣方式。本文從流量、壓力對(duì)調(diào)壓系統(tǒng)的影響出發(fā)，分析了不同的儲(chǔ)氣方式對(duì)門(mén)站調(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)
摘要：城市門(mén)站是連接上、下游氣源的重要節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮上、下游的實(shí)際運(yùn)行工況及儲(chǔ)氣方式。本文從流量、壓力對(duì)調(diào)壓系統(tǒng)的影響出發(fā)，分析了不同的儲(chǔ)氣方式對(duì)門(mén)站調(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：調(diào)壓系統(tǒng)；燃?xì)饬髁?；壓力；?chǔ)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?xì)馐聵I(yè)由焦?fàn)t煤氣起步，歷經(jīng)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(jìn)的前期。吉林省發(fā)改委提2020年“氣化吉林”的目標(biāo)。為避免盲目性，需要整體規(guī)劃與精心設(shè)計(jì)。
    天然氣通過(guò)長(zhǎng)輸管道輸送，首先進(jìn)入城市門(mén)站，由門(mén)站降壓、計(jì)量后進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)。門(mén)站是上、下游氣源的聯(lián)接點(diǎn)，設(shè)計(jì)應(yīng)考慮多方面的因素。調(diào)壓系統(tǒng)是城市門(mén)站設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題，調(diào)壓器也是門(mén)站最重要的設(shè)施之一。選擇調(diào)壓器及調(diào)壓系統(tǒng)應(yīng)綜合考慮流量、進(jìn)出口壓力、燃?xì)庑再|(zhì)、調(diào)節(jié)精度等因素。同時(shí)要考慮上、下游實(shí)際運(yùn)行工況、城市儲(chǔ)氣方式。
1 流量對(duì)調(diào)壓系統(tǒng)的影響
調(diào)壓器的流量特性曲線可近似認(rèn)為線性特性，即調(diào)壓器的相對(duì)流量與相對(duì)開(kāi)度為線性關(guān)系[1]。
 
    其中：——相對(duì)流量，即調(diào)壓器在某一開(kāi)度下的流量與閥全開(kāi)時(shí)的流量之比：
        ——相對(duì)開(kāi)度，即調(diào)壓器在某一開(kāi)度下閥芯與閥座的距離與全開(kāi)時(shí)閥芯與閥座的距離之比；
        R——可調(diào)范圍。
    如果調(diào)壓器尺寸選擇過(guò)大，在最小流量通過(guò)時(shí)，調(diào)壓器接近關(guān)閉狀態(tài)，則會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)及不穩(wěn)定氣流，對(duì)下游的用氣工況造成影響。調(diào)壓器的開(kāi)度保持在10%～90%為宜。即最大進(jìn)口壓力下最小流量與調(diào)壓器的流通能力之比不小于10%；同時(shí)，最小進(jìn)口壓力下最大流量與與調(diào)壓器的流通能力之比不大于90%。如果門(mén)站距最近用氣點(diǎn)較遠(yuǎn)，調(diào)壓器出口壓力的波動(dòng)不會(huì)對(duì)下游用氣設(shè)施造成較大的影響，最小開(kāi)度也可適當(dāng)降低至5%。因此，合理確定調(diào)壓器的流量范圍是很重要的。
    通常情況下，城市近期與遠(yuǎn)期用氣規(guī)模變化較大，城市用氣不均衡也使得通過(guò)調(diào)壓器的小時(shí)流量變化較大。解決辦法是調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)置多路并聯(lián)，調(diào)壓器規(guī)格可以相同也可以不同，同時(shí)設(shè)置自動(dòng)選路裝置，根據(jù)下游用氣量變化，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉相應(yīng)流量的調(diào)壓管路。
2 壓力對(duì)調(diào)壓系統(tǒng)的影響
調(diào)壓器全開(kāi)時(shí)的流量計(jì)算公式如下：
 
當(dāng)P2≤0.5P1時(shí)，Q=5.25CgP1
其中：Q——流量，Nm3/h
P1——調(diào)壓器進(jìn)口壓力，bar
P2——調(diào)壓器出口壓力，bar
Cg——流量系數(shù)
C1——尺寸系數(shù)
Cg、C1只與調(diào)壓器的型號(hào)及規(guī)格有關(guān)。
    由以上公式可以看出當(dāng)P2＞0.5P1時(shí)，調(diào)壓器進(jìn)、出口壓力變化都會(huì)引起調(diào)壓器通過(guò)能力的變化；但當(dāng)P2≤0.5P1時(shí)，調(diào)壓器的通過(guò)能力與出口壓力無(wú)關(guān)，僅與進(jìn)口壓力有關(guān)。調(diào)壓器出口壓力一般是定值，為下游城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的最高運(yùn)行壓力。因此，進(jìn)口壓力的變化對(duì)調(diào)壓器通過(guò)能力的影響較大。調(diào)壓器進(jìn)口與長(zhǎng)輸管道相連，其變化不僅與氣源運(yùn)行工況有關(guān)，也與城市儲(chǔ)氣方式有關(guān)。一般情況下進(jìn)入門(mén)站的天然氣壓力會(huì)在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，如果進(jìn)、出壓差過(guò)大，調(diào)壓器的流通能力增大，小流量通過(guò)時(shí)產(chǎn)生脈動(dòng)，因此，需要設(shè)置多級(jí)調(diào)壓系統(tǒng)。
3 儲(chǔ)氣方式對(duì)調(diào)壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求
    長(zhǎng)輸管道末段儲(chǔ)氣、高壓儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)氣及城市高壓管道儲(chǔ)氣是最常用的3種儲(chǔ)氣方式。
3.1 長(zhǎng)輸管道末段儲(chǔ)氣
    影響調(diào)壓系統(tǒng)通過(guò)能力的最大因素為進(jìn)口壓力，而進(jìn)口壓力是受上游氣源壓力限制的，同時(shí)與是否采用長(zhǎng)輸管道末段儲(chǔ)氣有關(guān)。
    如果利用長(zhǎng)輸管道末段儲(chǔ)氣，儲(chǔ)氣容積等于末段管路內(nèi)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(chǔ)氣能力，長(zhǎng)輸管道終點(diǎn)壓力即門(mén)站調(diào)壓器進(jìn)口壓力應(yīng)降低到最小值。通常調(diào)壓器正常工作的進(jìn)口最小壓力應(yīng)高于出口壓力0.05MPa。但同時(shí)調(diào)壓器進(jìn)口壓力降低，其通過(guò)能力隨之降低。為避免調(diào)壓器出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，一般設(shè)計(jì)按照城市高峰小時(shí)流量選調(diào)壓器尺寸，無(wú)疑會(huì)加大規(guī)格或者增加并聯(lián)調(diào)壓器數(shù)量，投資隨之加大。但末端壓力最低時(shí)并不是用氣高峰階段。圖2為某城市用氣量和儲(chǔ)氣量變化曲線圖。
 
    網(wǎng)2中儲(chǔ)氣量曲線在a點(diǎn)達(dá)到最大值，在h點(diǎn)為最低值。在這兩個(gè)時(shí)刻小時(shí)供氣量等于小時(shí)用氣量。從a點(diǎn)到h點(diǎn)為用氣量較大階段，出現(xiàn)2～3個(gè)高峰，長(zhǎng)輸管道末段內(nèi)儲(chǔ)存的燃?xì)庀蜷T(mén)站輸出，管內(nèi)壓力降低，到h點(diǎn)降到最低；從h點(diǎn)到次日a點(diǎn)為用氣量低谷階段，多余的燃?xì)鈨?chǔ)存在長(zhǎng)輸管道末段內(nèi)，管內(nèi)壓力逐漸升高，到a點(diǎn)時(shí)管內(nèi)燃?xì)饬窟_(dá)到最大，平均壓力最高。由此可以看出調(diào)壓器進(jìn)口壓力最低時(shí)，通過(guò)調(diào)壓器的流量為長(zhǎng)輸管道平均小時(shí)供氣量，而不是高峰小時(shí)用氣量。以此選擇調(diào)壓器規(guī)格，更加準(zhǔn)確。
3.2 高壓管道儲(chǔ)氣
    一些大、中型城市，長(zhǎng)輸管道末段儲(chǔ)氣無(wú)法滿(mǎn)足要求，而且來(lái)氣壓力足夠高，可以建設(shè)高壓或次高壓管道作為儲(chǔ)氣設(shè)施。高壓管道設(shè)計(jì)壓力根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》要求不能大于4.OMPa。
    高壓管道儲(chǔ)氣的原理與長(zhǎng)輸管道末段儲(chǔ)氣原理相同，是利用壓力差進(jìn)行儲(chǔ)氣。兩者的連接點(diǎn)處的壓力即是門(mén)站調(diào)壓器的進(jìn)口壓力，同時(shí)也是高壓管道的起點(diǎn)壓力。如果天然氣進(jìn)入門(mén)站壓力高，高壓管道管徑可以減小，城區(qū)管網(wǎng)的投資也越少；但長(zhǎng)輸管道末段的儲(chǔ)氣效率則會(huì)相應(yīng)降低。同時(shí)門(mén)站調(diào)壓器進(jìn)口壓力增大，調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)置復(fù)雜。因此，城區(qū)高壓管道起點(diǎn)設(shè)計(jì)壓力的確定應(yīng)結(jié)合輸氣、儲(chǔ)氣方案綜合比較確定。
 
3.3 高壓球罐儲(chǔ)氣
   高壓球罐最高工作壓力一般為1.6MPa，長(zhǎng)輸管道進(jìn)入門(mén)站壓力若高于1.6MPa，應(yīng)設(shè)置兩級(jí)調(diào)壓系統(tǒng)。
   應(yīng)首先滿(mǎn)足長(zhǎng)輸管道末段的儲(chǔ)氣要求，一級(jí)調(diào)壓器的出口壓力設(shè)定為1.6MPa，進(jìn)口最低壓力為1.65MPa，流量為長(zhǎng)輸管道平均供氣量；二級(jí)調(diào)壓器進(jìn)口最高壓力為1.6MPa，最小壓力應(yīng)高于二級(jí)調(diào)壓器出口壓力0.05MPa，通過(guò)調(diào)壓器的流量隨著下游用氣負(fù)荷的變化而變化，最大流量為高峰小時(shí)用氣量。
4 結(jié)論
    (1) 通常情況下城市近期與遠(yuǎn)期用氣規(guī)模變化較大，不均衡用氣也使通過(guò)門(mén)站調(diào)壓器的小時(shí)流量變化較大?？稍O(shè)置多路并聯(lián)的調(diào)壓器，同時(shí)設(shè)置自動(dòng)選路裝置，根據(jù)下游用氣量變化，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉相應(yīng)流量的調(diào)壓管路。
    (2) 進(jìn)口壓力對(duì)調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響較大，如果調(diào)壓器進(jìn)出口壓差過(guò)大，需要設(shè)置多級(jí)調(diào)壓。
    (3) 門(mén)站調(diào)壓系統(tǒng)與儲(chǔ)氣方式有較大的關(guān)系，應(yīng)根據(jù)不同的儲(chǔ)氣方式，合理選擇調(diào)壓系統(tǒng)的流量及進(jìn)口壓力。
    由于調(diào)壓器進(jìn)口流量與壓力的不穩(wěn)定性，使得門(mén)站調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜化。城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)往往多種儲(chǔ)氣方式并存，不同的儲(chǔ)氣方式對(duì)門(mén)站調(diào)壓系統(tǒng)的要求也不盡相同。在保證可靠供氣的前提下，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，尋找最佳方案，避免浪費(fèi)。
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(本文作者：趙磊1 于立新2 李恩娟2 1.吉林建筑工程學(xué)院 130021；2.長(zhǎng)春燃?xì)鉄崃υO(shè)計(jì)研究院 130021)