調兵山市區煤氣管網的優化設計與施工

王 博

（鐵法煤業（集團）有限責任公司煤層氣開發利用分公司， 遼寧 鐵嶺 112700）

1 調兵山市區煤層氣用戶現有的供氣方式及現狀

1.1 儲氣罐靜壓供氣方式

低壓濕式螺旋儲氣罐是最簡單常見的一種氣柜，通常用于煤氣貯存。從結構特點來看，低壓濕式氣柜屬于可變容積金屬柜，它由水封槽和鐘罩兩部分組成。鐘罩沒有底，是可以上下活動的圓筒形容器，貯氣量大時，鐘罩可以由單層改成多層套筒式，各節之間以水封環形槽密封。寒冷地區為防冬季水封槽結冰，需用蒸汽加熱水槽中的水。儲氣罐靜壓供氣方式主要依靠儲氣罐自然壓力直接供應給燃氣用戶，優點為供氣壓力較為均衡、壓降較小，缺點為只適用于燃氣用戶較少地區的小范圍供氣。

1.2 機械動壓供氣方式

機械動壓供氣方式是采用儲氣罐儲存燃氣，開啟羅茨鼓風機加壓的供氣方式。羅茨鼓風機屬固定容積式風機，葉輪端面、風機前后端蓋。這種鼓風機是利用兩個葉形轉子在氣缸內作相對運動來壓縮和輸送氣體的回轉壓縮機，具有結構簡單，維護方便的特點，適用于低壓力場合的氣體輸送和加壓系統。

1.3 現采用的供氣方式

目前公司采用的是靜壓、動壓聯合供氣方式，即用氣高峰時采取羅茨鼓風機加壓方式供氣，平時與谷時采取儲氣罐自然壓力方式供氣。

2 管網優化設計與改造

2.1 低壓管線的設計與布置

煤層氣公司中心站施荒地所1 號風機室內原有2 臺60 m3/min 羅茨鼓風機，使用方式為1 臺開啟1臺備用，早、中、晚供氣高峰時段開機進行加壓供氣。鼓風機室內空間有限，無法滿足《GB 50028—2006城鎮燃氣設計規范》[1]中調壓器的安裝空間、尺寸、使用標準要求，因此，需將其中一臺60 m3/min 羅茨鼓風機機組和混凝土基礎全部拆除，重新敷設配套管線及其附屬設施，管線的設計、施工嚴格按各項標準執行。根據計算的管道流量和科學確定的允許阻力損失[2-4]，將原總出氣管線管徑由Φ250 mm 更換為Φ400 mm，風機室內新敷設的主管線管徑增至Φ400 mm，以保證改造后的供氣質量和效率。

根據調兵山市區住宅煤氣用量情況（表1）、市區住宅流量計統計情況（表2）的數據統計和相關公式，計算得出市區燃氣管道的最大用氣量為3 193 m3/h，惠安小區末端用戶的管道允許阻力損失為2.4 kPa。

表1 煤層氣公司2019 年調兵山市區住宅煤氣用量表萬m3

表2 煤層氣公司2019 年1 月27 日調兵山市區住宅流量計統計表m3

2.2 中壓燃氣管線的設計與施工

羅茨鼓風機室內燃氣管線有羅茨鼓風機進、出氣管線，調兵山、新區、裕安小區供氣管線，均為低壓供氣管線（P＜0.01 MPa），室內無中壓管線，需從室外接引新的中壓燃氣管線。廠區西院墻外通往南嶺小區的中壓供氣管線（0.2 MPa）與羅茨鼓風機室距離最近，適合作為該項目的中壓取氣點。新敷設埋地聚乙烯管材(Φ200 mm），并嚴格執行各項施工標準。

2.3 燃氣調壓器的安裝

安裝3 臺燃氣調壓器，其中1 號和2 號為RTZ系列的DN150 調壓器，設為常用，3 號RTJ 系列的DN150 調壓器設為備用。

將RTZ 系列的DN150 調壓器供氣壓力設定為500 mmH2O，切斷閥的壓力設定為峰時羅茨鼓風機加壓時的最大供氣壓力（12 kPa），這樣可以實現峰時羅茨風機加壓時，調壓器不運行，切斷閥也不動作；羅茨鼓風機停機時，調壓器馬上投入運行，解決了峰時和平時交接時間段壓力過低的問題。

安裝RTJ-150/1.6ZA 調壓器可節省備用供電系統投資，如遇到停電無法開啟羅茨鼓風機進行加壓時，可將調壓器出口壓力調高到滿足用戶需求的壓力值，以保證下游用戶煤氣正常使用。

3 改造后的供氣方式

改造后的供氣系統如圖1 所示。

圖1 改造后供氣系統示意圖

3.1 常規供氣方式

平時、谷時非供氣高峰時段采取運行中壓燃氣1 號、2 號調壓器，峰時開啟羅茨鼓風機加壓的供氣方式。操作流程：平時、谷時運行中壓調壓器→關閉3 號燃氣調壓器進口閥門→開啟中壓管線調壓器總進口閥門（DN200mm 球閥）→開啟1 號、2 號調壓器進口、出口控制閥門→燃氣調壓器投入運行，出口壓力為500 mmH2O→關閉60 風機總進口閥門→關閉壓力調節閥門（原有閘板閥）。

高峰時段開啟羅茨鼓風機加壓，操作流程：關閉1 號燃氣調壓器回壓管閥門→開啟100 風機時關閉60 風機總進口閥門、開60 風機時開啟60 風機總進口閥門→開啟壓力調節閥門（原有閘板閥）→啟動羅茨鼓風機水泵，正常開啟風機→觀察U 型壓力計，使用壓力調節閥（原有閘板閥）將出口壓力調整至7 kPa→根據調度指令調整出口壓力。

停機恢復調壓器運行，操作流程：運轉工觀測并確認住宅線出口壓力等于5 kPa→開啟壓力調節閥門（原有閘板閥）→停止羅茨鼓風機運行→1 號、2 號燃氣調壓器投入運行，出口壓力5 kPa（確認有氣流過氣聲音）→關閉壓力調節閥門（原有閘板閥）→關閉60 風機總進口閥門→開啟1 號燃氣調壓器回壓管閥門。

3.2 非常規供氣方式

非常規供氣方式指供電線路出現停電時應急供氣方式。在高峰供氣時段，當施荒地所供電線路因停電故障或設備檢修等原因導致停電時，無法開啟羅茨鼓風機向住宅區送氣，需立即啟用3 號備用調壓器進行供氣。操作流程：關閉1 號燃氣調壓器回壓管閥門→打開3 號燃氣調壓器進口閥門→打開3 號燃氣調壓器出口閥門→觀察3 號調壓器出口壓力表，出口壓力為12 kPa，根據壓力要求控制3 號燃氣調壓器出口閥門，調整出口壓力，運轉人員現場應嚴格監測供氣壓力并及時做出調整，以保證住宅供氣安全→運轉工觀測并確認出口壓力等于5 kPa→關閉3 號燃氣調壓器出口閥門→關閉3 號燃氣調壓器進口閥門→開啟1 號燃氣調壓器回壓管閥門→恢復1號、2 號燃氣調壓器常規供氣方式。

4 實施效果

4.1 技術效果

改造完成后，通過燃氣調壓器將中壓氣源供給住宅煤氣用戶，改造前平谷時段供氣首端壓力為3kPa，改造后平谷時段供氣首端壓力為5 kPa，供氣質量顯著提升，全天供氣壓力更加平穩，波動較小，住宅供氣管線末端供氣壓力更加充足。

中壓燃氣調壓器供氣改造前后效果對比情況如表3、圖2 及圖3 所示。

圖2 改造前后首端出口壓力曲線圖

圖3 改造前后末端用戶使用壓力曲線圖

表3 中壓燃氣調壓器供氣改造前后效果對比表 kPa

4.2 經濟效益

4.2.1 減少羅茨鼓風機開機時間的經濟效益

原供氣方式早、中、晚間用氣高峰時段末端供氣壓力不足2 kPa，必須開啟羅茨鼓風機進行加壓供氣，每天最少開機3 次，年開機時間約為3 800 h。

新改造項目投入使用后，平時、谷時通過1 號、2號燃氣調壓器將壓力調整為5 kPa 供給燃氣用戶使用。高峰用氣時段按照原運行方式開啟羅茨鼓風機加壓供氣，年開機時間為1 095 h，較改造前減少開機時間2 705 h，每年節約電費31 萬多元。

4.2.2 不設置雙回路供電系統的經濟效益

根據《GB 50028—2006 城鎮燃氣設計規范》、《GB 50052—2009 供配電系統設計規范》[5]，要求城市燃氣供應系統設置雙回路供電，而目前施荒地所只有機廠24 號一條供電線路，當該供電線路出現停電時，無法開啟羅茨鼓風機向住宅區送氣，單獨靠1萬m3儲氣罐的供氣壓力無法滿足市區居民的日常用氣。3 號RTJDN150 型燃氣調壓器的投入使用，保證了下游煤氣用戶正常使用，并節省了約100 萬元的雙電源安裝采購費用。

5 應用前景

對住宅區供氣系統進行改造后，提高了調兵山市區供氣質量，解決了調兵山市區自1998 年大規模利用煤礦瓦斯以來不能為用戶提供穩定供氣壓力的技術難題，實現了市區供氣質量的階段性飛躍和歷史性突破；改造后的供氣壓力大大提升，解決了部分商業用戶因為供氣壓力低而放棄使用的問題；開機時間的減少，實現了節能提效的目的。此外，管網的優化、調壓和計量設備的投入使用，提高了公司機械化、自動化、信息化和智能化水平，為抓增收、促節支、降成本、強安全的生產理念實施奠定了堅實基礎，對全國煤層氣企業聯合供氣方式有很好的推廣作用。