天然气高一中压计量调压站工艺流程的标准化

    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200 km，现已建成计量调压站7座。
    高一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l，其中北涪站小时流量为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 
    ****值
    南庄站     6 767.4     13 161.9
    新城站     111.2     7 249.4
    北溜站     0.0     0．O
    桂城站     628.4     4 656.8
    罗村站     1 236.1     3 900.6
    狮山站     364.8     6 540.1
    官窑站     1 312.9     2 631.8
    从表l可以看出：2009年，除去下游中压管网尚未接通供气的北溜站，新城站小时流量最小值最小，为111.2 m3／h；南庄站小时流量****值****，为13 161.9 m3／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 h-1。
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   ****值   最小值   ****值
  南庄站   22 300   47 200   30 800   76 700
  新城站   3 800    7 400     6 500   21 680
  北涪站    2 500   6 000     2 700    8 770
桂城站   11 600   29 400   16 290   50 530
  罗村站    2 200    4 900    3 460    8 240
  狮山站   17 600   35 400   21 900   52 700
  官窑站    5 400    9 390    6 270   19 600
    从表2可以看出：2010年，罗村站小时流量最小为2 200 m3／h，南庄站小时流量****为47 200m3／h。2020年，北涪站小时流量最小为2 700 me／h，南庄站小时流量****为76 700m3／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   ****值   最小值   ****值
  均安站    1 100    2 900    2 100    5 800
  大良站   5 600   19 100   7 800   39 300
  明城站   6 900   11 400   9 700   17 600
  西樵站   15 900   27 120   25 400   31 700
  西江站    7 900   16 300   5 000   19 000
  芦苞站    750    1 200    4 300    5 500
  西南站    3 370    8 300    3 920   13 700
  大塘站   2 600   2 700   6 000   8 600
  从表3可以看出：2010年，芦苞站小时流量最小为750 m3／h，西樵站小时流量****为27 120 m3／h。2020年，均安站小时流量最小为2 100 m3／h，大良站小时流量****为39 300 m3／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.O MPa。出计量调压站天然气管道设计压力为0.4 MPa，运行压力为0.2～0.4 MPa。
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(O℃、101 325 Pa)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、北涪、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1．6～4．0 MPa、流量小于1 000 m3／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750～39 300 m3／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。
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旧。
    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—30 m／s，可保证测量精度且长期稳定运行。最小流速可达0.3 m/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—4.0 MPa，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，1.6 MPa和4.0 MPa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s-1

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)
  1.6 MPa工况 4.0 MPa工况
    100     0.9     463     1 141
    100     30.0     15 400     38 026
    150     0.9     1 050     2 596
    150     30.0     34 960     86 526
    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 150 mm规格比DN 100 mm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℃、1.6 MPa时，折算成标准状态下的单路小时流量在1 050～34 960 m3／h范围内，DN 150 mm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—15 400 m3／h范围内，DN 100 mm规格的超声波流量计可准确计量。
    当工作状态为18℃、4．0 MPa时，折算成标准状态下的单路小时流量在2 596～86 526 m3／h范围内，DN 150 mm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1 141—38 026 m3／h范围内，DN 100 mm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.O MPa时，折算成标准状态下的单路小时流量在2 596～34 960 m3／h范围内，DN 150 mm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1 141—15 400 m。／h范围内，DN 100 mm规格的。
4．2分组成橇
过滤器、流量计、调城压器按1开1备考虑，保证需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750 m3／h，均安站为l 100 m3／h，****小时流量只有大良站为39 300 m3／h，其余各计量调压站的小时流量均在2 596～34 960 m3／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 150 mm。除芦苞站和均安站最小小时流量、大良站****小时流量不能准确测量外，其余站****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 80 mm和DN 100 mm的高一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 100 mm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20 Ixm。选定过滤器接口规格为DN 200
mm。
    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 200 mm，
过滤器后、调压器前为DN 150 mm，调压器后为DN
300 mm。
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。
  带切断阀的调压器
    一路故障，另一路自动识别启用。计量调压站工
  过滤器、流量计、调压器按1开1备考虑，保证  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，司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。