上海滬工閥門廠（集團(tuán)）有限公司

一、前言

天然氣長輸管道場站調(diào)壓計量系統(tǒng)主要用于計量、設(shè)定、調(diào)節(jié)下游用戶用氣流量及供氣壓力，以保證平穩(wěn)供氣。根據(jù)用戶用氣情況，一般設(shè)計有 2~3 條計量支線（2 條主要支線一備一用），通過切換支線來滿足不同的流量需求。這種調(diào)壓計量區(qū)的典型設(shè)計雖然可以保證連續(xù)平穩(wěn)用氣，但下游用戶得不到持續(xù)穩(wěn)定的供氣流量，存在較大峰谷差的工況，而且這種設(shè)計難以及時有效地調(diào)控氣量發(fā)展的全過程，對于氣量調(diào)配、計量漏失、峰谷差等日益突出的生產(chǎn)問題缺乏有力的調(diào)控手段。

二、流量調(diào)節(jié)閥的技術(shù)改造

1、存在的問題

靖西輸氣管道在分輸站調(diào)壓計量區(qū)加裝流量調(diào)節(jié)閥，通過更換孔板來控制流量。流量調(diào)節(jié)閥為固定模式，其調(diào)節(jié)開度的設(shè)計范圍以當(dāng)時流量的極值進(jìn)行估算。但是當(dāng)下游用戶冬、夏季用氣峰谷差系數(shù)差別很大時，流量調(diào)節(jié)閥不能真正發(fā)揮作用。

圖 1 為 2007 年臨撞分輸站冬、夏季日小時波動曲線，用戶用氣最大流量值在冬季，約 7800m³/h，夏季的用氣最大流量值僅為 2600m³/h，冬、夏季用氣峰谷差在 3 倍以上。

圖 1 臨潼區(qū)冬夏季日小時流量波動曲線

在冬季，原計量二支線 DN100 管道孔板孔徑為 60.583mm，流量調(diào)節(jié)閥閥芯為 100mm，計量支線的流量僅能在 0~70% 開度的調(diào)控范圍內(nèi)發(fā)生相應(yīng)變化，當(dāng)開度超過 70% 時，流量不再發(fā)生變化；在夏季，由于用戶用氣量較少，計量支線的流量僅能在 0~50% 開度的調(diào)控范圍內(nèi)發(fā)生相應(yīng)變化，當(dāng)開度超過 50% 時，流量不再發(fā)生變化。當(dāng)流量調(diào)節(jié)閥冬季的開度調(diào)節(jié)范圍為 50%~70%、夏季的開度調(diào)節(jié)范圍為 40%~50% 時，流量會突然增大，容易引起計量超限。

2、原因分析

出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因是，場站計量支線流量調(diào)節(jié)閥的閥芯過大，流通面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計量支線上最大孔板開孔孔徑的流通面積。在實(shí)際供氣過程中，調(diào)節(jié)閥僅能滿足高峰用氣時的流量調(diào)節(jié)，且在高峰用氣時閥門開度無法實(shí)現(xiàn)在 0~100% 范圍內(nèi)的調(diào)控；當(dāng)生產(chǎn)處于非滿負(fù)荷狀態(tài)時，計量支路上孔板開口孔徑較小，流量調(diào)節(jié)閥工作在小開度范圍內(nèi)，無法實(shí)現(xiàn)流量開度控制，計量支線實(shí)際流量調(diào)節(jié)僅能靠孔板開口孔徑控制。流量調(diào)節(jié)閥不能真正發(fā)揮作用，會使流量超限，產(chǎn)生計量損失。

3、改造方案

配備可更換閥芯的流量調(diào)節(jié)閥，在隨下游用氣量變化更換孔板的同時，更換與之匹配的流量調(diào)節(jié)閥閥芯，確保閥芯的流通面積小于孔板孔徑流通面積，實(shí)現(xiàn)對流量的百分比控制。

在設(shè)計改造方案時，從控制改造成本，充分利用現(xiàn)有場站工藝設(shè)備的角度出發(fā)，利用天然氣場站原 Rotork 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，重新設(shè)置其靈敏度，配備可更換閥芯的流量調(diào)節(jié)閥，并且加工制作與調(diào)節(jié)閥匹配的連接桿。

4、應(yīng)用效果

2007 年臨撞站在冬季高峰供氣過程中，將原計量二支線流量調(diào)節(jié)閥更換為套筒導(dǎo)向型單座調(diào)節(jié)閥，并根據(jù)二支線全年供氣過程中孔板孔徑在 30~70mm 之間的變化規(guī)律，配備了三塊通徑分別為 100、50 和 25mm 的閥芯，以備在孔板孔徑更換時相應(yīng)地更換閥芯。

因改造時管道正處于高峰用氣工況，現(xiàn)場孔板孔徑為 60.583mm，因此配置通徑尺寸為 50mm 的閥芯，并設(shè)定不同閥門開度對其流量進(jìn)行調(diào)節(jié)（試點(diǎn)數(shù)據(jù)見圖 2，圖中曲線上的數(shù)字為閥門實(shí)際開度），發(fā)現(xiàn)當(dāng)流量調(diào)節(jié)閥開度在 0~100% 范圍內(nèi)進(jìn)行等百分比調(diào)節(jié)時，計量支線流量會同時呈現(xiàn)相應(yīng)的等百分比變化，有效地起到了控制流量、防止流量計量超限及消峰填谷的作用。

圖 2 閥門開度及流量對比

三、流量調(diào)節(jié)閥技術(shù)改造的意義

1、控制流量

由于改造后流量調(diào)節(jié)閥的開度和流量呈等百分比變化，因此無論遠(yuǎn)控、站控和現(xiàn)場控制，均能有效控制流量，操作方便、快捷、安全。

2、減少計量漏失

靖西線各分輸站主要采用標(biāo)準(zhǔn)孔板計量裝置進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算，流量調(diào)節(jié)閥開度和流量呈非線性關(guān)系，易引起流量超量程，導(dǎo)致計量漏失。改造后可根據(jù)工況調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥開度，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)流量，避免流量超量程。

3、抑制喘流

在小流量段調(diào)節(jié)時，如果流量調(diào)節(jié)閥開度過大，易發(fā)生調(diào)節(jié)瞬時滯后或瞬時過量的問題而導(dǎo)致喘流。流量調(diào)節(jié)閥開度范圍擴(kuò)大，可以有效抑制瞬時過量，實(shí)現(xiàn)對喘流的抑制。

4、保障平穩(wěn)供氣

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)供氣次數(shù)大于 6 次/h，日均供氣量大于流量計最小計量能力時，可考慮改間斷供氣為連續(xù)供氣方式。用流量調(diào)節(jié)閥精確限流，拉長供氣時間，可使間斷供氣平穩(wěn)過渡至連續(xù)供氣。

5、緩解日峰谷差對主管道的影響

受用氣結(jié)構(gòu)影響，不同的下游公司用氣規(guī)律、日用氣峰谷差異很大。采用流量調(diào)節(jié)閥可遏制高峰，削峰填谷，使有儲氣能力的用戶自行消化日峰谷差，緩解甚至消除其對主管道的影響，減小長輸管道氣量調(diào)整的工作量和難度，為氣量的統(tǒng)一調(diào)配贏得更大的操作空間。

6、緩解輸氣能力不足帶來的壓力

隨著下游用氣量的增加，季節(jié)性峰谷差所帶來的問題日益嚴(yán)重．設(shè)計工藝已遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，合理調(diào)整各支線調(diào)壓閥壓力及流量調(diào)節(jié)閥開度，可以確保安全、平穩(wěn)渡過冬季的高峰期。

以 2002 年西安市用氣為例。末站設(shè)計供氣能力為 2.8×10⁸m³/a（約為 77×10⁴m³/d）。西安市夏季的實(shí)際需求量為 30×10⁴~40×10⁴m³/d，冬季的實(shí)際需求量約為 210×10⁴m³/d，季節(jié)性峰谷差約為 5 倍，冬季口需求量約為設(shè)計供氣能力的 3 倍。為滿足冬季高峰用氣，現(xiàn)場采用擴(kuò)大單支路計量能力、合理調(diào)節(jié)各支線調(diào)壓閥壓力及流量調(diào)節(jié)閥開度的方案，使兩支線或三支線可以同時供氣。

四、結(jié)束語

在分輸站調(diào)壓計量支線中采取增設(shè)流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量控制方式，雖然可以有效地滿足氣量調(diào)配、保護(hù)相關(guān)工藝設(shè)備、抑制喘流等工藝要求，并能緩解峰谷差對分輸站的壓力，但在下游用戶用量無法滿足持續(xù)穩(wěn)定流量、存在峰谷差較大的現(xiàn)實(shí)工況條件下，流量調(diào)節(jié)閥未必真正發(fā)揮作用。

配備可更換閥芯的流量調(diào)竹閥，在用氣過程中根據(jù)需要在裝孔板孔徑配備相應(yīng)閥芯，可以使流量調(diào)節(jié)閥真正發(fā)揮流量控制作用。臨撞站流量調(diào)節(jié)閥的技術(shù)改造，為現(xiàn)場整合工藝設(shè)施，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜供氣需求提供了一種方法，在流量控制、氣量調(diào)配等方面取得了良好的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，值得推廣。