天然氣站場的計量調壓設計分析

摘 要：天然氣作為一種城市生產生活重要的能源，在進入用戶終端前需要經過城市門站的調壓、計量等功能操作。要提高天然氣管網運行的經濟收益和能源利用效率，科學配置天然氣門站的計量和調壓系統極為關鍵。分別從天然氣門站計量、調壓及流量控制方面提出了工藝設計要點。

關鍵詞：天然氣計量；調壓系統；流量控制

隨著城市天然氣需求的不斷增長，天然氣站場調壓計量的穩定性和可靠性越來越受到人們的關注。城市天然氣供應的氣源點通常要具備天然氣過濾、調壓、計量、安全切斷、運行路和備用路自動切換等功能，而調壓與計量系統是氣源穩定、安全運行的關鍵，同時也是保證天然氣管理部門經濟效益的重要環節。

1 計量系統

天然氣流量的計量是保證天然氣供應管理的經濟效益和流量輸配穩定的關鍵，因此，科學地設計和配置天然氣城市門站計量系統，盡量提高其準確性和可靠性是計量系統設計的關鍵。在進站高壓流量計之間設計對比流程，在兩個并聯流量計之間增加串聯回路。在流量計標定門站調壓計量系統工藝流程時，將其中任一路的流量計臨時更換為標準氣體流量計，即可對另一路流量計進行標定。此設計方案的優點是可使標準氣體流量計和被檢測的流量計均在相同的壓力條件下運行；缺點是由于標準氣體流量計的某一組儀表常數是在與之相應的操作條件不變的情況下測得的，在對串聯的被檢測流量計進行標定時，運行工況會因天然氣門站對外供氣而發生變化，因此需對標準氣體流量計本身在不同壓力條件下進行檢定，以保證其儀表常數的準確性和有效性。調壓單元每一調壓路均采用兩臺調壓器串聯連接而成。監控調壓器給定出口壓力略高于工作調壓器的出口壓力，正常情況下，監控調壓器的閥口全開，當工作調壓器失靈，出口壓力上升到監控調壓器的出口壓力設定值時，監控調壓器投入運行。當運行路發生事故，出口壓力仍然上升，運行路上的超壓切斷閥發生作用，將運行路關斷，備用路能自動運行供氣。運行路和備用路的工作調壓器和監控調壓器的出口壓力應為不同的設置。調壓器出口壓力的設定值按從大到小的順序排列依次為：運行路監控調壓器、運行路工作調壓器、備用路監控調壓器、備用路工作調壓器。調壓器均采用故障開型，即當工作調壓器出現故障時為開啟狀態，此時該調壓器后壓力上升，從而啟動監控調壓器。

2 調壓流程方案的確定

調壓和超壓保護裝置是保證計量調壓站功能和安全性的重要系統。目前輸氣管道常用的調壓流程方案主要有5種：單臺工作調節閥；單臺工作調壓閥+串聯一個監控調壓閥；單臺工作調節閥+串聯一個安全切斷閥；工作監控調壓閥+安全切斷閥；工作調節閥+監控調壓閥+安全切斷閥。單臺工作調節閥方案流程簡單，操作方便，量程比小，但需要運行人員隨時調整，安全性較差，氣量波動時人員調整不及時將導致下游壓力波動。單臺工作調壓閥+串聯一個監控調壓閥方案是通過兩個調壓閥串聯，分級調節和監控，實現對下游壓力的監控；其安全性較好，流程簡單，操作方便，但需要運行人員隨時調整，兩臺調壓器的壓力設定要合理。單臺工作調節閥+串聯一個安全切斷閥和工作監控調壓閥+安全切斷閥這兩種方案均采用了安全切斷閥設置，安全性較高，能確保下游壓力不超壓，且占地和投資均不高。正常情況下，安全切斷閥和監控調壓閥處于全開位置，由工作調節閥對下游壓力進行控制。當控制器接收到站控系統的信號，供氣流量超過設定值時，控制器和工作調節閥則切換到流量控制狀態，此時控制器輸出控制信號，限制分輸流量；當工作調節閥出現故障，無法控制下游壓力時，監控調壓閥開始工作，以維持下游壓力的安全范圍；若監控調壓閥也出現故障，不能控制下游壓力時，安全切斷閥則自動切斷氣源，同時控制器開啟備用回路，以保證下游管道和設備的安全。

3 壓力流量控制系統

天然氣在管道中運行流通，這種工況環境下，天然氣的壓力與流量之間存在著正比的對應關系：在供氣條件一樣的情況下，相同的管道中氣流量越大，壓力也越大。在天然氣站中的壓力預留量控制不可能同時達到控制壓力和流量，一般在實際的設計中會在不同的工況中來分別設定相應的參數進行控制。天然氣站場中常用的壓力控制系統為串聯監控，增加流量控制功能只是在調節閥程序控制上增加控制環節，因此一般壓力流量控制系統包括：安全切斷閥、監控調壓器、調節閥、專用壓力流量控制器、壓力變送器、壓力表及相關設備、大小頭、管路附件等。安全切斷閥、監控調壓器、調節閥為相互獨立的設備，按照從上游至下游的順序，串聯在一起組成的安全、監控式控制系統。壓力流量控制系統為無人操作設計，采用以PLC（帶PID調節模塊）為基礎組成獨立的壓力流量控制器，對站場出站壓力、流量進行控制：

（1）當供氣流量低于流量上限設定值時，安全切斷閥和監控調壓器處于全開位置，控制器和調節閥處于壓力調節狀態。此時，控制器和調節閥的作用是控制對下游的供氣壓力在規定的范圍內，即在允許的波動范圍內、按照壓力上限設定值對下游用戶供氣。

（2）當供氣流量增加到接近或超過流量上限值時，安全截斷閥和監控調壓閥處于全開位置，控制器和調節閥處于流量控制狀態。控制器輸出控制信號，減小調節閥開度，控制供氣流量不超過流量上限值；此時，對下游供氣壓力將低于設定的壓力值。

（3）在對下游供氣壓力低于壓力上限值的情況下，如果供氣流量出現波動，則控制器根據站控系統反饋的供氣流量和壓力參數輸出控制信號，控制供氣流量已設定的流量上限值、在允許的波動范圍內穩定供氣。

（4）當供氣流量從設定的流量上限值減少時，壓力流量控制系統增加調節閥開度以穩定供氣流量；當供氣流量繼續減小，調節閥開度繼續增加導致對下游供氣壓力達到設定的出口壓力值后，壓力流量控制系統進入上述：1）所述的壓力調節狀態；當供氣流量增加到接近或超過流量上限值時，壓力流量控制系統進入上述2），3）所述的流量控制狀態。

（5）當調節器出現故障導致供氣壓力超過壓力上限值達到一定范圍時，監控調壓器自動（或由專用控制器啟動）投入工作，以維持下游供氣壓力在一個安全、合理范圍。此時，系統處于自力式壓力調節狀態，不能控制供氣流量。

（6）若調節閥出現故障后，監控調壓器也出現故障，不能控制下游壓力時，安全切斷閥則自動（或由專用控制器/站控系統）切斷該回路氣源，并由站控系統開啟備用回路，關閉故障回路，以確保連續供氣及下游管道、設備和系統的安全。

4 結束語

在現代化的城市天然氣輸配系統中，調壓與計量都是較為關鍵和復雜的設施，在其工藝設計中必須綜合考慮各方面的影響，保證天然氣在生產運行中可以靈活調配以實現不同的供氣要求。在天然氣站場的計量調壓工藝中，通過壓力控制與流量調節相結合的控制邏輯，能夠有效保證城市供氣的安全穩定和調節性需求，對于保證沿線的天然氣穩定供應并維持良好的經濟收益起到了十分關鍵的作用。因此，天然氣站場的計量調壓方案設計中，應充分考慮工藝配置和城市供求關系，以實現最優化的方案。

參考文獻

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