天然气高-中压计量调压站工艺流程的标准化

摘 要

摘要：以实际工程为例，预测了天然气高-中压计量调压站小时流量，根据工艺参数合理选定设备规格，提出了工艺流程标准化功能模块，建议计量橇和调压橇单独成橇。关键词：计量调压站；工艺
摘要：以实际工程为例，预测了天然气高-中压计量调压站小时流量，根据工艺参数合理选定设备规格，提出了工艺流程标准化功能模块，建议计量橇和调压橇单独成橇。
关键词：计量调压站；工艺流程；标准化
Process Flow Standardization of Natural Gas High-and Middle-pressure Metering and Pressure Regulation Station
LI Jian-jun
Abstract：The hourly flow rate at natural gas high-and middle-pressure metering and pressure regulation station is predicted with an engineering example. The equipment specifications are reasonably selected according to the process parameters. The function module for process flow standardization is proposed. It is suggested that the metering skid and pressure regulation skid are separated.
Key words：metering and pressure regulation station；process flow；standardization
   佛山市天然气高压管网统一接收所有进入佛山市域范围内的管道天然气，向佛山市各区城市燃气业主及大型燃气用户销售天然气。项目设计规模为25×108m3/a，规划建设城市门站4座、LNG气化站2座，CNG母站1座、计量调压站15座、高压管道近200km，现已建成计量调压站7座。
   高-中压计量调压站是接收高压管网来气，经过滤、计量、流量调节、调压后向下游中压管网安全、稳定供应天然气的关键设施。本文针对佛山市待建计量调压站工艺流程标准化进行有益的探讨，以期实现工艺设备规格统一，功能模块合理分组成橇。这对于工程物资集中采购、节约工程建设成本、降低现场安装质量风险、安全运行、方便管理具有现实意义。
1 各计量调压站供气流量现状与预测
1.1 已建各计量调压站供气流量现状
    已建计量调压站的2009年供气流量统计见表1，其中北滘站小时流量为O，原因是下游中压燃气管网尚未接通。
表1 已建计量调压站2009年供气流量统计
站名
小时流量/(m3·h-1)
最小值
最大值
南庄站
6767.4
13161.9
新城站
111.2
7249.4
北溜站
0.0
0.0
桂城站
628.4
4656.8
罗村站
1236.1
3900.6
狮山站
364.8
6540.1
官窑站
1312.9
2631.8
    从表1可以看出：2009年，除去下游中压管网尚未接通供气的北滘站，新城站小时流量最小值最小，为111.2m3/h；南庄站小时流量最大值最大，为13161.9m3/h。
1.2 已建各计量调压站供气流量预测
    已建各计量调压站的2010年和2020年供气流量预测见表2。
表2 已建计量调压站供气流量预测
站名
2010年小时流量/(m3·h-1)
2020年小时流量/(m3·h-1)
最小值
最大值
最小值
最大值
南庄站
22300
47200
30800
76700
新城站
3800
7400
6500
21680
北滘站
2500
6000
2700
8770
桂城站
11600
29400
16290
50530
罗村站
2200
4900
3460
8240
狮山站
17600
35400
21900
52700
官窑站
5400
9390
6270
19600
    从表2可以看出：2010年，罗村站小时流量最小为2200m3/h，南庄站小时流量最大为47200m3/h。2020年，北滘站小时流量最小为2700m3/h，南庄站小时流量最大为76700m3/h。
1.3 待建各计量调压站供气流量预测
    待建计量调压站的2010年和2020年供气流量预测见表3。
表3 待建计量调压站供气流量预测
站名
2010年小时流量/(m3·h-1)
2020年小时流量/(m3·h-1)
最小值
最大值
最小值
最大值
均安站
1100
2900
2100
5800
大良站
5600
19100
7800
39300
明城站
6900
11400
9700
17600
西樵站
15900
27120
25400
31700
西江站
7900
16300
5000
19000
芦苞站
750
1200
4300
5500
西南站
3370
8300
3920
13700
大塘站
2600
2700
6000
8600
    从表3可以看出：2010年，芦苞站小时流量最小为750m3/h，西樵站小时流量最大为27120m3/h。2020年，均安站小时流量最小为2100m3/h，大良站小时流量最大为39300m3/h。
2 待建计量调压站工艺参数初步确定
2.1 压力
    进计量调压站天然气管道设计压力为4.4MPa，运行压力为1.6～4.0MPa。出计量调压站天然气管道设计压力为0.4MPa，运行压力为0.2～0.4MPa。
2.2 温度
    进计量调压站天然气温度为18～20℃，出计量调压站温度为0℃以上。
2.3 供气流量确定原则
    ① 供气流量以标准状态(0℃、101325Pa)计算。
    ② 结合佛山市天然气高压管网工程初步设计文件中各类用户煤、重油、柴油、液化石油气等多种能源利用现状调查数据，充分考虑天然气替代其他能源的可能性来预测天然气利用市场发展前景，初步确定各计量调压站供气规模，主要考虑2020年预测数据，兼顾2010年预测数据。
2.4 流量计量参数的分析与初步确定
    ① 因南庄、新城、北滘、罗村等站已经建成，且为非标准工艺流程，故其实际运行数据可供标准工艺流程设计时参考。经实际运行，新城、狮山、桂城站在压力为1.6～4.0MPa、流量小于1000m3/h时，计量准确度不能保证，其余站都能准确计量。
    ② 根据2010年和2020年待建计量调压站供气流量预测数据，期望的状况是：流量在750～39300m3/h范围时，选定的流量计应能够准确可靠计量。
3 待建计量调压站主要设备的确定
3.1 主要设备的确定原则
    计量调压站主要功能之一是对通过的天然气流量进行实时准确计量。因此，探讨待建计量调压站工艺流程的标准化，关键就是根据预测的小时流量范围来确定流量计的性能、规格，再根据流量计的性能规格确定与之配套的调压器、过滤器、专用球阀等设备[1]。
3.2 超声波流量计规格的确定
    ① 因超声波流量计计量精度高，相对误差为±1%，且能长期稳定运行，故用于贸易计量的流量计常优先选择超声波流量计[2]。
   ② 鉴于佛山市天然气高压管网工程已建计量调压站的流量计均采用国外某厂超声波流量计，两年的运行状况基本良好，故认为以该流量计为例进行流量计性能计算具有一定的代表性。
    ③ 该流量计推荐工况流速为0.9～30m/s，可保证测量精度且长期稳定运行。最小流速可达0.3m/s，此时能计量，但不能保证精度。
   ④ 超声波流量计性能参数计算
   进站天然气管道运行压力为1.6～4.0MPa，天然气温度为18～20℃。由于18℃和20℃二者相差只有2℃，对流量计的流量计算影响不大，因此选定在18℃下，1.6MPa和4.0MPa两种条件，来计算超声波流量计性能参数，计算结果见表4。计算依据为该超声波流量计厂家提供的选型计算公式。
表4 国外某厂超声波流量计参数
超声波流量计公称直径/mm
工况流速/(m·s-1)
标准状态小时流量/(m3·h-1)
1.6MPa工况
4.0MPa工况
100
0.9
463
1141
100
30.0
15400
38026
150
0.9
1050
2596
150
30.0
34960
86526
    由表4可知，相同的压力工况下，对于该品牌的超声波流量计，DN 150mm规格比DN 100mm规格有更大的小时流量准确计量范围。
   ⑤ 超声波流量计的选定
   当工作状态为18℃、1.6MPa时，折算成标准状态下的单路小时流量在1050～34960m3/h范围内，DN 150mm规格的超声波流量计可以准确计量；折算成标准状态下的单路小时流量在463～15400m3/h范围内，DN 100mm规格的超声波流量计可准确计量。
   当工作状态为18℃、4.0MPa时，折算成标准状态下的单路小时流量在2596～86526m3/h范围内，DN 150mm规格的超声波流量计可准确计量；折算成标准状态下的单路小时流量在1141～38026m3/h范围内，DN 100mm规格的超声波流量计可准确计量。
   由此可知，工作状态为18℃、1.6～4.0MPa时，折算成标准状态下的单路小时流量在2596～34960m3/h范围内，DN 150mm规格的超声波流量计可准确计量；折算成标准状态下的单路小时流量在1141～15400m3/h范围内，DN 100mm规格的超声波流量计可准确计量。
    预测的待建各计量调压站最小小时流量，芦苞站为750m3/h，均安站为1100m3/h，最大小时流量只有大良站为39300m3/h，其余各计量调压站的小时流量均在2596～34960m3/h范围内。考虑到流量计准确计量的范围，且预留一定的市场发展弹性，故选定超声波流量计规格为DN 150mm。除芦苞站和均安站最小小时流量、大良站最大小时流量不能准确测量外，其余站最大和最小小时流量都在准确计量范围内。对于不能准确计量的小流量和超大流量的计量问题，留待以后再作进一步探讨。
3.3 其他主要设备的选定
    ① 为适应各计量调压站供气能力要求，经咨询专业厂家，规格为DN 80mm和DN 100mm的高-中压调压器都能满足要求，但价格接近，故调压器统一选择规格为DN 100mm产品。为安全起见，调压器本身带超压切断阀。
    ② 为与流量计性能匹配，要求过滤器的过滤精度为20μm。选定过滤器接口规格为DN 200mm。
    ③ 为适应远期流量控制需要，预留流量调节阀位置，现用直管段代替。
3.4 连接管道规格的确定
    根据工艺流程、供气能力及选定的设备性能、规格，确定连接管道规格为：过滤器前为DN 200mm，过滤器后、调压器前为DN 150mm，调压器后为DN 300mm。
4 计量调压站功能模块的确定
4.1 计量调压站工艺流程
    计量调压站工艺流程是：接收高压管网来气，经过滤、计量、流量调节、调压后向下游中压管网供应天然气。计量调压站工艺流程见图1。
 
4.2 分组成橇
   过滤器、流量计、调压器按1开1备考虑，保证一路故障，另一路自动识别启用[3]。计量调压站工艺流程标准功能模块由计量橇(橇1)和调压橇(橇2)组成。计量橇具有过滤和计量功能，调压橇具有流量调节和调压功能。计量橇和调压橇单独成橇，利于组装和运输，也方便供气设施的管理与运营维护，从而保证计量调压站实现安全、平稳供气。
5 结语
    工艺流程标准化模块确定后，可对关键设备如流量计、过滤器、调压器、专用球阀集中采购，计量橇和调压橇可分别按标准化要求由成橇厂家完成，可缩短现场施工的时间、降低安全风险、节约建设成本、降低安装质量风险。
参考文献：
[1] 徐伟，黄兴涛.橇装式燃气调压站设备的选用[J].煤气与热力，2006，26(4)：10-12.
[2] 冯宝庭，唐所臣.天然气超声波流量计的应用[J].煤气与热力，2006，26(1)：8-10.
[3] 史安民.门站调压系统自动识别选路装置的设计[J]煤气与热力，2007，27(10)：4-6.
 
(本文作者：李剑军 佛山市天然气高压管网有限公司 广东佛山 528000)