上海沪工阀门厂(集团)有限公司

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摘要:在天然气长输管道分输站调压计量支线中增加流量调节阀,利用流量调节阀进行流量控制,可以有效满足实现气量调配、保护相关工艺设备、抑制喘流等工艺需求,并能缓解峰谷差对分输站的压力。但在下游用户用气量无法满足持续稳定流量(峰谷差较大的工况)条件下,只有配备可更换阀芯的流量调节阀,在供气过程中根据在装孔板孔径配备相应的阀芯,才能真正发挥流量控制作用,该做法在实践中取得了良好的流量调节效果。阐述了流量调节阀的技术改造过程。

关键词气体分输站流量调节阀气技术改造实践

一、前言

天然气长输管道场站调压计量系统主要用于计量、设定、调节下游用户用气流量及供气压力,以保证平稳供气。根据用户用气情况,一般设计有 2~3 条计量支线(2 条主要支线一备一用),通过切换支线来满足不同的流量需求。这种调压计量区的典型设计虽然可以保证连续平稳用气,但下游用户得不到持续稳定的供气流量,存在较大峰谷差的工况,而且这种设计难以及时有效地调控气量发展的全过程,对于气量调配、计量漏失、峰谷差等日益突出的生产问题缺乏有力的调控手段。

二、流量调节阀的技术改造

1、存在的问题

靖西输气管道在分输站调压计量区加装流量调节阀,通过更换孔板来控制流量。流量调节阀为固定模式,其调节开度的设计范围以当时流量的极值进行估算。但是当下游用户冬、夏季用气峰谷差系数差别很大时,流量调节阀不能真正发挥作用。

图 1 为 2007 年临撞分输站冬、夏季日小时波动曲线,用户用气最大流量值在冬季,约 7800m3/h,夏季的用气最大流量值仅为 2600m3/h,冬、夏季用气峰谷差在 3 倍以上。

临潼区冬夏季日小时流量波动曲线图(图 1)
图 1 临潼区冬夏季日小时流量波动曲线

在冬季,原计量二支线 DN100 管道孔板孔径为 60.583mm,流量调节阀阀芯为 100mm,计量支线的流量仅能在 0~70% 开度的调控范围内发生相应变化,当开度超过 70% 时,流量不再发生变化;在夏季,由于用户用气量较少,计量支线的流量仅能在 0~50% 开度的调控范围内发生相应变化,当开度超过 50% 时,流量不再发生变化。当流量调节阀冬季的开度调节范围为 50%~70%、夏季的开度调节范围为 40%~50% 时,流量会突然增大,容易引起计量超限。

2、原因分析

出现以上现象的原因是,场站计量支线流量调节阀的阀芯过大,流通面积远远超过计量支线上最大孔板开孔孔径的流通面积。在实际供气过程中,调节阀仅能满足高峰用气时的流量调节,且在高峰用气时阀门开度无法实现在 0~100% 范围内的调控;当生产处于非满负荷状态时,计量支路上孔板开口孔径较小,流量调节阀工作在小开度范围内,无法实现流量开度控制,计量支线实际流量调节仅能靠孔板开口孔径控制。流量调节阀不能真正发挥作用,会使流量超限,产生计量损失。

3、改造方案

配备可更换阀芯的流量调节阀,在随下游用气量变化更换孔板的同时,更换与之匹配的流量调节阀阀芯,确保阀芯的流通面积小于孔板孔径流通面积,实现对流量的百分比控制。

在设计改造方案时,从控制改造成本,充分利用现有场站工艺设备的角度出发,利用天然气场站原 Rotork 电动执行机构,重新设置其灵敏度,配备可更换阀芯的流量调节阀,并且加工制作与调节阀匹配的连接杆。

4、应用效果

2007 年临撞站在冬季高峰供气过程中,将原计量二支线流量调节阀更换为套筒导向型单座调节阀,并根据二支线全年供气过程中孔板孔径在 30~70mm 之间的变化规律,配备了三块通径分别为 100、50 和 25mm 的阀芯,以备在孔板孔径更换时相应地更换阀芯。

因改造时管道正处于高峰用气工况,现场孔板孔径为 60.583mm,因此配置通径尺寸为 50mm 的阀芯,并设定不同阀门开度对其流量进行调节(试点数据见图 2,图中曲线上的数字为阀门实际开度),发现当流量调节阀开度在 0~100% 范围内进行等百分比调节时,计量支线流量会同时呈现相应的等百分比变化,有效地起到了控制流量、防止流量计量超限及消峰填谷的作用。

阀门开度及流量对比图(图 2)
图 2 阀门开度及流量对比

三、流量调节阀技术改造的意义

1、控制流量

由于改造后流量调节阀的开度和流量呈等百分比变化,因此无论远控、站控和现场控制,均能有效控制流量,操作方便、快捷、安全。

2、减少计量漏失

靖西线各分输站主要采用标准孔板计量装置进行贸易结算,流量调节阀开度和流量呈非线性关系,易引起流量超量程,导致计量漏失。改造后可根据工况调整流量调节阀开度,准确调节流量,避免流量超量程。

3、抑制喘流

在小流量段调节时,如果流量调节阀开度过大,易发生调节瞬时滞后或瞬时过量的问题而导致喘流。流量调节阀开度范围扩大,可以有效抑制瞬时过量,实现对喘流的抑制。

4、保障平稳供气

根据经验,当供气次数大于 6 次/h,日均供气量大于流量计最小计量能力时,可考虑改间断供气为连续供气方式。用流量调节阀精确限流,拉长供气时间,可使间断供气平稳过渡至连续供气。

5、缓解日峰谷差对主管道的影响

受用气结构影响,不同的下游公司用气规律、日用气峰谷差异很大。采用流量调节阀可遏制高峰,削峰填谷,使有储气能力的用户自行消化日峰谷差,缓解甚至消除其对主管道的影响,减小长输管道气量调整的工作量和难度,为气量的统一调配赢得更大的操作空间。

6、缓解输气能力不足带来的压力

随着下游用气量的增加,季节性峰谷差所带来的问题日益严重.设计工艺已远不能满足实际生产的需要,合理调整各支线调压阀压力及流量调节阀开度,可以确保安全、平稳渡过冬季的高峰期。

以 2002 年西安市用气为例。末站设计供气能力为 2.8×108m3/a(约为 77×104m3/d)。西安市夏季的实际需求量为 30×104~40×104m3/d,冬季的实际需求量约为 210×104m3/d,季节性峰谷差约为 5 倍,冬季口需求量约为设计供气能力的 3 倍。为满足冬季高峰用气,现场采用扩大单支路计量能力、合理调节各支线调压阀压力及流量调节阀开度的方案,使两支线或三支线可以同时供气。

四、结束语

在分输站调压计量支线中采取增设流量调节阀进行流量控制方式,虽然可以有效地满足气量调配、保护相关工艺设备、抑制喘流等工艺要求,并能缓解峰谷差对分输站的压力,但在下游用户用量无法满足持续稳定流量、存在峰谷差较大的现实工况条件下,流量调节阀未必真正发挥作用。

配备可更换阀芯的流量调竹阀,在用气过程中根据需要在装孔板孔径配备相应阀芯,可以使流量调节阀真正发挥流量控制作用。临撞站流量调节阀的技术改造,为现场整合工艺设施,实现复杂供气需求提供了一种方法,在流量控制、气量调配等方面取得了良好的应用经验,值得推广。


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