上海滬工閥門廠(集團)有限公司

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滬工閥門

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摘要:在天然氣長輸管道分輸站調壓計量支線中增加流量調節閥,利用流量調節閥進行流量控制,可以有效滿足實現氣量調配、保護相關工藝設備、抑制喘流等工藝需求,并能緩解峰谷差對分輸站的壓力。但在下游用戶用氣量無法滿足持續穩定流量(峰谷差較大的工況)條件下,只有配備可更換閥芯的流量調節閥,在供氣過程中根據在裝孔板孔徑配備相應的閥芯,才能真正發揮流量控制作用,該做法在實踐中取得了良好的流量調節效果。闡述了流量調節閥的技術改造過程。

關鍵詞氣體分輸站;流量調節閥;氣技術改造;實踐

一、前言

天然氣長輸管道場站調壓計量系統主要用于計量、設定、調節下游用戶用氣流量及供氣壓力,以保證平穩供氣。根據用戶用氣情況,一般設計有 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。這種調壓計量區的典型設計雖然可以保證連續平穩用氣,但下游用戶得不到持續穩定的供氣流量,存在較大峰谷差的工況,而且這種設計難以及時有效地調控氣量發展的全過程,對于氣量調配、計量漏失、峰谷差等日益突出的生產問題缺乏有力的調控手段。

二、流量調節閥的技術改造

1、存在的問題

靖西輸氣管道在分輸站調壓計量區加裝流量調節閥,通過更換孔板來控制流量。流量調節閥為固定模式,其調節開度的設計范圍以當時流量的極值進行估算。但是當下游用戶冬、夏季用氣峰谷差系數差別很大時,流量調節閥不能真正發揮作用。

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。

臨潼區冬夏季日小時流量波動曲線圖(圖 1)
圖 1 臨潼區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,流量調節閥閥芯為 100mm,計量支線的流量僅能在 0~70% 開度的調控范圍內發生相應變化,當開度超過 70% 時,流量不再發生變化;在夏季,由于用戶用氣量較少,計量支線的流量僅能在 0~50% 開度的調控范圍內發生相應變化,當開度超過 50% 時,流量不再發生變化。當流量調節閥冬季的開度調節范圍為 50%~70%、夏季的開度調節范圍為 40%~50% 時,流量會突然增大,容易引起計量超限。

2、原因分析

出現以上現象的原因是,場站計量支線流量調節閥的閥芯過大,流通面積遠遠超過計量支線上最大孔板開孔孔徑的流通面積。在實際供氣過程中,調節閥僅能滿足高峰用氣時的流量調節,且在高峰用氣時閥門開度無法實現在 0~100% 范圍內的調控;當生產處于非滿負荷狀態時,計量支路上孔板開口孔徑較小,流量調節閥工作在小開度范圍內,無法實現流量開度控制,計量支線實際流量調節僅能靠孔板開口孔徑控制。流量調節閥不能真正發揮作用,會使流量超限,產生計量損失。

3、改造方案

配備可更換閥芯的流量調節閥,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節閥閥芯,確保閥芯的流通面積小于孔板孔徑流通面積,實現對流量的百分比控制。

在設計改造方案時,從控制改造成本,充分利用現有場站工藝設備的角度出發,利用天然氣場站原 Rotork 電動執行機構,重新設置其靈敏度,配備可更換閥芯的流量調節閥,并且加工制作與調節閥匹配的連接桿。

4、應用效果

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節閥更換為套筒導向型單座調節閥,并根據二支線全年供氣過程中孔板孔徑在 30~70mm 之間的變化規律,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地更換閥芯。

因改造時管道正處于高峰用氣工況,現場孔板孔徑為 60.583mm,因此配置通徑尺寸為 50mm 的閥芯,并設定不同閥門開度對其流量進行調節(試點數據見圖 2,圖中曲線上的數字為閥門實際開度),發現當流量調節閥開度在 0~100% 范圍內進行等百分比調節時,計量支線流量會同時呈現相應的等百分比變化,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。

閥門開度及流量對比圖(圖 2)
圖 2 閥門開度及流量對比

三、流量調節閥技術改造的意義

1、控制流量

由于改造后流量調節閥的開度和流量呈等百分比變化,因此無論遠控、站控和現場控制,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準孔板計量裝置進行貿易結算,流量調節閥開度和流量呈非線性關系,易引起流量超量程,導致計量漏失。改造后可根據工況調整流量調節閥開度,準確調節流量,避免流量超量程。

3、抑制喘流

在小流量段調節時,如果流量調節閥開度過大,易發生調節瞬時滯后或瞬時過量的問題而導致喘流。流量調節閥開度范圍擴大,可以有效抑制瞬時過量,實現對喘流的抑制。

4、保障平穩供氣

根據經驗,當供氣次數大于 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供氣方式。用流量調節閥精確限流,拉長供氣時間,可使間斷供氣平穩過渡至連續供氣。

5、緩解日峰谷差對主管道的影響

受用氣結構影響,不同的下游公司用氣規律、日用氣峰谷差異很大。采用流量調節閥可遏制高峰,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整的工作量和難度,為氣量的統一調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,季節性峰谷差所帶來的問題日益嚴重.設計工藝已遠不能滿足實際生產的需要,合理調整各支線調壓閥壓力及流量調節閥開度,可以確保安全、平穩渡過冬季的高峰期。

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

四、結束語

在分輸站調壓計量支線中采取增設流量調節閥進行流量控制方式,雖然可以有效地滿足氣量調配、保護相關工藝設備、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穩定流量、存在峰谷差較大的現實工況條件下,流量調節閥未必真正發揮作用。

配備可更換閥芯的流量調竹閥,在用氣過程中根據需要在裝孔板孔徑配備相應閥芯,可以使流量調節閥真正發揮流量控制作用。臨撞站流量調節閥的技術改造,為現場整合工藝設施,實現復雜供氣需求提供了一種方法,在流量控制、氣量調配等方面取得了良好的應用經驗,值得推廣。


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