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燃氣調壓站設計有關問題的探討


關鍵詞: 燃氣調壓站,調壓流程,調壓器,單臺調壓器,監控調壓器,切斷閥,切斷式調壓器,切斷式監控調壓器

引 言
  調壓站設計規模不僅決定了本身的投資,也對輸配系統的投資產生較大影響,因而調壓站的設計工作必須給予高度重視[1—4]。下面主要從燃氣調壓站的設計規模、調壓流程、調壓器選擇及降低投資的途徑等幾方面進行探討。

1 設計規模的確定
  要確定燃氣調壓站的設計規模,必須首先了解和確定以下3方面情況:①下游近期和遠期的用氣負荷;②上游和下游近期和遠期管網的設計壓力及運行壓力;③上游和下游管網建設情況。
  (1)用氣負荷
  用氣負荷是確定調壓站設計規模的基本參數。如果調壓站的下游管網自成體系,應合理劃分調壓站的供氣區域。如果調壓站的下游管網是環網中的一部分,則應合理分配調壓站的供氣量。用氣負荷的確定應具有“發展的眼光、遠近結合的思路、以近期為主的觀念”[5]。調壓站的建設不是短期行為,在確定用氣負荷時應考慮到隨著城市建設的進展、人民生活水平的提高和燃氣應用領域的擴展,將近期和遠期、現實和潛在的各類負荷進行認真的分析和篩選,以期得到準確的負荷數據。
  (2)設計壓力及運行壓力
  設計壓力及運行壓力是確定調壓站設計規模的必要參數。設計壓力應與輸配系統保持一致,運行壓力則可以根據用氣負荷發展和管網工況定期做相應調整。對于某個確定的調壓站,在不同的上下游管網運行壓力下,可以得到調壓站不同的輸出能力。當調壓站出口壓力不變時,其人口壓力的增加必然引起調壓站輸出能力的提高。當調壓站人口絕對壓力不變且出口絕對壓力高于人口絕對壓力的0.5倍時(0.5為燃氣的臨界壓力比),其出口壓力的增加一般會引起調壓站輸出能力的降低;出口絕對壓力不大于人口絕對壓力的0.5倍時,出口壓力升高時調壓站的輸出我能力基本不變。那么,當調壓站入口、出口壓力同時發生變化時,就應當慎重考慮調壓站輸出能力的變化情況。一般情況下,管網的建設是具有超前性的。隨著用戶的發展,可能提高各級管網的運行壓力,其具體的參數則取決于管網水力計算的結果。
  在確定管網運行壓力時,也應特別注意區分新舊管網的不同情況。在由人工燃氣轉換為天然氣的過程中,該問題尤為突出。過去,中壓人工燃氣管道的設計壓力一般為0.1 MPa以下,而新建天然氣中壓管道的設計壓力一般為0.2~0.4 MPa。為了減少工程投資,希望管網有一個較高的運行壓力,而為了保證管網的供氣可靠性,又無法將新舊管道完全分開運行。因此,在對舊管道進行改造的同時,新建管道和設施也必須充分考慮到現實的情況。
  (3)管網建設情況
  管網建設情況是確定調壓站設計規模的制約條件。一個全新的燃氣輸配系統,可以解決好調壓站與管網之間的協調問題。但是,在既有的管網中,隨著用氣負荷的增加增建調壓站時,應特別注意現狀管網的管徑和運行壓力等實際情況對新建調壓站設計規模的制約問題。
  如北京市現狀的中壓干管和次高壓干管基本以DN 500mm及以下口徑的管道為基礎,這些管道在建設之初本身已留有較大的發展余量。然而隨著北京市申辦2008年奧運會的成功,北京市燃氣輸配系統的供氣規模也有很大增長,供氣規模的擴大必然需要建設大量的供氣設施。隨著城市建設的發展,要在建筑群中和道路旁安排滿足安全凈距要求的燃氣調壓站用地,實在不是一件易事。為了減少調壓設施的數量,只能擴大每個調壓站的設計規模。而事實上,如果擴大一個調壓站的設計規模,又必然要求有相應配套的下游管網。例如, 1座7×104m3/h的高—中壓調壓站,其出口管道燃氣流速為20m/s,壓力為0.1MPa,那么,至少需要DN 800mm的出口管道;如果出口管道燃氣壓力為0.2 MPa(對于現狀管網,這只是一個理想工況,因為部分中壓管道為原來的人丁燃氣管道,設計壓力為0.1MPa),至少需要DN 700mm的出口管道。對于DN 500mm的出口管道,當燃氣流速為20m/s,壓力為0.1MPa時,流量為3×104m3/h以下,壓力為0.2MPa時,流量為4.5×104m3/h以下。即使認為調壓站出口就存在等徑分流管道,那么,對應0.1MPa壓力時的最大流量也不會超過6×104m3/h。何況20m/s的燃氣流速,在正常的管網系統中基本上是一個流速上限[6],在這樣的流速下,能否保證管網末端用戶的供氣壓力,仍然需要進行深入的計算和分析。
  通過以上分析可以看出,下游用氣負荷、管網運行壓力、管網建設情況均對調壓站設計規模產生影響,下游用氣負荷不是確定調壓站設計規模的唯一因素,管網運行壓力和管網建設情況可能會影響調壓站供氣區域的大小或影響調壓站的供氣量。只有綜合考慮各方面因素的影響,才能準確、合理地確定調壓站設計規模。

2 調壓流程的選擇
  在文獻[5]中,已經對調壓站流程的選擇進行了原則性論述。在具體的調壓站調壓流程設計中,有多種方案:①單臺調壓器;②兩臺調壓器串聯組成的工作監控調壓器;③單臺調壓器+切斷閥(或雙切斷閥);④工作監控調壓器+切斷閥;⑤切斷式調壓器;⑥工作調壓器+切斷式監控調壓器。
  第①種方案適用于出口壓力低、流量小、調壓器出現問題時影響面小、長期有運行人員值守或定期巡檢的情況。該方案的優點是調壓流程結構簡單,節省占地和投資,缺點是供氣可靠性不高,調壓器出現問題時會影響用戶的使用。
  第③,⑤兩種方案適用的場所比較廣泛,相對而言,可節省占地和投資,并且對用戶不會造成安全隱患。雙切斷適用于必須確保安全供氣的重要用戶。這兩種方案的主要缺點是,一旦調壓器工作失靈,將迅速切斷下游用戶燃氣供應。運行人員必須隨時了解調壓器工作情況,一旦發現切斷裝置動作,必須盡快查明原因,檢修故障,使切斷裝置復位。
  第②種方案兼顧了上述3種方案的優點,適用的場所更加廣泛,只要監控系統正;蜻\行人員定期巡檢,發現問題及時解決,既可保證下游用戶的供氣安全可靠性,也不會影響用戶的使用。
  第④,⑥兩種方案調壓流程相對復雜,投資也較高,但與第②種方案相比,供氣安全可靠性更高,適合于高壓力、大流量、重要用戶和重要場所的情況。如果監控系統正;蜻\行人員巡檢到位,處理問題及時,這兩種方案是可靠性較高的方案。
  為了保證管網供氣的可靠性,一般采取調壓站出口管道聯網運行的方式。但是,聯網運行只能在非用氣高峰對下游用戶提供一定程度的供氣保障,在用氣高峰,除非每座調壓站都存在足夠的富裕能力,否則,一旦某座調壓站出現故障,就會對下游用戶造成一定的影響。

3 調壓器的選型
  在調壓站的設計規模和調壓流程方案確定后,應根據需要確定調壓流程個數和每道流程調壓器的規格。根據需要確定調壓流程個數是指滿足用戶分期發展的需要、工程分期建設的需要和氣量調度的需要。如果五分期要求,則應該主要從運行方便、供氣可靠、經濟合理的角度去考慮流程多少和設備規格的大小。
  目前,調壓器生產廠家通常能提供詳細的選型樣本或選型軟件。但由于提供的選型資料深度不一,如某些廠家只有單臺調壓器的技術參數而無兩臺調壓器串聯工作時的技術參數等,給設計選型帶來一定程度的困難。同時,在進行調壓器選型時,用于選型的基礎數據不合理,也造成了較大的偏差。下面對調壓器選擇過程中的一些問題進行分析。
  (1)近、遠期壓力和用氣負荷的影響
  一般調壓站的設計規模是按照中、遠期的用氣需求確定的,而調壓站的進出口壓力設計值(即上下游管網的運行壓力)是一個范圍。為了保證調壓站設計的合理性,在選擇調壓器時往往采用各調壓流程的流量、最低的上游壓力、最高的下游壓力來計算調壓器的口徑。問題是,最低的上游壓力一般對應的是現狀輸配規;蛟缙谳斉湟幠r上游管網的最低運行壓力,達到調壓站設計規模時,上游管網的最低運行壓力一般應高于現在所給定的最低的上游壓力,除非所給的設計條件是遠期的管網水力計算的結果。最高的下游壓力也存在類似的問題。正確的計算方法應該是分別采用近期的流量、壓力參數和遠期的流量、壓力參數進行計算,取其較大的規格作為最終結果。如果存在中期工況,也應按照上述原則一并考慮。
  另外一個問題也應給予重視。如果調壓器出口絕對壓力在其波動范圍內不會超過人口絕對壓力的0.5倍(0.5為燃氣的臨界壓力比),比如入口壓力2.5~1.1 MPa,出口壓力0.1~0.4 MPa,那么,入口壓力不變時,無論調壓器出口壓力在0.1~0.4 MPa范圍內如何變化,選型計算時該調壓器的最大輸出能力幾乎是不發生變化的。這種情況下,如果要增加調壓站的輸出能力,要么增加調壓流程的個數,要么提高調壓站的人口壓力。
  (2)調壓流程方案的影響
  在進行調壓器選擇計算時,單臺調壓器的通過能力與兩臺調壓器串聯連接的工作監控式調壓器的通過能力是不同的。一般情況下,工作監控式調壓器的通過能力是單臺調壓器通過能力的75%左右。也就是說,給定調壓流程流量后,某一口徑的單臺調壓器能夠滿足流程流量的要求,但是,當選用工作監控調壓方案后,同一調壓流程所選用的調壓器的口徑可能會大于所選單臺調壓器的口徑。如果在調壓器選型中,只注意了流量,而忽略了調壓流程方案,可能會選出錯誤的結果。
  同調壓流程為工作監控調壓方案一樣,只要調壓流程不是單臺調壓器調壓方案,不同程度地存在相似的問題。
  (3)降低噪聲的影響
  國標《工業企業廠界噪聲標準》對不同區域的廠界噪聲制定了嚴格的標準。對于噪聲,一般認為在80dB以下,對聽覺和人身沒什么影響;在85 dB以下,對90%的人沒有影響;在90dB以下,對85%的人沒有影響。在室內,最高60 dB開始對語言和思考有干擾,40 dB則毫無干擾。國際標準化組織1971年提出的聽力保護標準為:連續8 h為85dB[7]。
  在以往的設計中,已經注意到了調壓站內的環境噪聲問題,一般要求距設備1 m處的噪聲水平不能高于80~85 dB。在調壓器選擇計算中,為使噪聲達標,采取各種降噪手段,基本需降低調壓器15%左右的通過能力。但是,還應充分考慮到這種噪聲水平對居民的影響,尤其是靠近居民小區的大型供熱廠或連續生產的工業用戶專用調壓站。對于民用區域調壓站,主要應考慮白天設備噪聲對周圍的影響,夜晚隨著用氣量的下降,設備噪聲減弱。
  降低噪聲應從設備本體或出口管路上解決。一般情況下,靠增加調壓器出口管道的壁厚,降噪(實際上是隔噪)效果不明顯(可降低2~3 dB)。如果從設備本體上解決,或者從設備出口管路上采取降噪措施,可能會對調壓器的流通能力產生影響。如果要達到廠界噪聲要求,那么,調壓器通過能力的損失可能會高于15%。
  (4)結構型式的影響
  由于調壓器結構型式的不同,同一口徑、不同廠家的調壓器,其流通能力差別較大。即使是同一廠家,由于結構型式的不同,同一口徑調壓器的流通能力差別也較大。通過選型資料或軟件計算可以看出,同一口徑調壓器的流通能力有時相差1倍以上。在滿足工藝和技術要求的前提下,進行設備招標時,應給予投標商足夠的余地和靈活性,避免將所有的設計條件定死。比如在調壓器招標時,應給出調壓器的通過能力和進出口壓力等條件,而不能指定調壓器的公稱口徑,使各投標商在滿足標書技術要求的前提下,提供適合條件的調壓器。

4 降低投資的途徑
  要降低調壓站的投資,除了采取工程招投標方式,在設計階段還應該從以下幾方面著手:①合理確定調壓站的設計規模;②合理確定調壓流程數量;③合理確定設備選型參數。
  (1)設計規模
  在實際工作中,由于各方面原因,需要從宏觀上對調壓站的設計規模給予修正。然而,如果這種修正與實際偏差太遠,將造成浪費。北京申辦2008年奧運會成功后,北京市的燃氣供應規劃也相應作了大幅度的調整。根據調整規劃,到2008年,北京市年天然氣供應量將達到40×108~50×108m3,對應的高峰流量將達到200×104m3/h 以上。目前已建的同一壓力級調壓站和已規劃待建的同一壓力級調壓站,總的設計規模(高峰小時流量)已基本滿足要求,但還有必要對現在已建的和規劃待建的調壓站的設計規模進行分析和調整。如三環路由人工燃氣改造為天然氣的高—中壓調壓站,其設計規模(高峰小時流量)分別確定為5×104m3/h,6×104m3/h,7×104m3/h,為使每座調壓站充分發揮作用,應對每座調壓站下游的用氣負荷進行詳細的調查分析,并結合調壓站進出口管道的管徑現狀,按其所能達到的運行壓力,對每座調壓站的設計規模進行核定和調整。
  (2)調壓流程數量
  根據對多年來調壓站的投資組成的分析,在調壓站的工程費用中,僅閥門一項就約占工程費用的20%~40%,上限是在直接采購情況下的數據,下限是在招標采購情況下的數據。如果在保證工藝和技術要求的前提下,設法降低閥門的投資,將會對降低整個調壓站的投資起到積極的作用。招標是一個很重要的途徑,除此之外,還可以通過減少閥門的數量、減小閥門的公稱口徑來達到目的。減少閥門的數量就是要合理確定調壓流程個數,減少1個流程,至少可以減少2個閥門。有效地進行流程的合并或拆分,也可以達到減少閥門數量和減小閥門口徑的目的。比如,高壓調壓站,只有中壓出口時,可合并高壓—次高壓、次高壓—中壓流程,直接由高壓減壓至中壓,既減少了流程個數,又可能同時減小設備的公稱口徑。再比如,高壓調壓站,既有次高壓出口又有中壓出口時,采用流程拆分的方法,中壓部分直接由高壓減壓。減小閥門的公稱口徑就是要合理確定工藝參數。比如調壓器按照流程流量的1.2倍進行選擇計算,調壓器前后的直管段則應該按照實際的流量參數來確定。
  (3)設備選型參數
  合理確定設備選型參數可減小設備的規格,從而降低調壓站的投資。從閥門的投標價格看,其公稱直徑增大1號,其價格有可能增加1倍以上。

參考文獻:
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最后更新時間:2007-11-07 23:00:35