上海滬工閥門(mén)廠(chǎng)（集團）有限公司

一、前言

天然氣長(cháng)輸管道場(chǎng)站調壓計量系統主要用于計量、設定、調節下游用戶(hù)用氣流量及供氣壓力，以保證平穩供氣。根據用戶(hù)用氣情況，一般設計有 2~3 條計量支線(xiàn)（2 條主要支線(xiàn)一備一用），通過(guò)切換支線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)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(hù)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(shí)有效地調控氣量發(fā)展的全過(guò)程，對于氣量調配、計量漏失、峰谷差等日益突出的生產(chǎn)問(wèn)題缺乏有力的調控手段。

二、流量調節閥的技術(shù)改造

1、存在的問(wèn)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(guò)更換孔板來(lái)控制流量。流量調節閥為固定模式，其調節開(kāi)度的設計范圍以當時(shí)流量的極值進(jìn)行估算。但是當下游用戶(hù)冬、夏季用氣峰谷差系數差別很大時(shí)，流量調節閥不能真正發(fā)揮作用。

圖 1 為 2007 年臨撞分輸站冬、夏季日小時(shí)波動(dòng)曲線(xiàn)，用戶(hù)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。

圖 1 臨潼區冬夏季日小時(shí)流量波動(dòng)曲線(xiàn)

在冬季，原計量二支線(xiàn) DN100 管道孔板孔徑為 60.583mm，流量調節閥閥芯為 100mm，計量支線(xiàn)的流量?jì)H能在 0~70% 開(kāi)度的調控范圍內發(fā)生相應變化，當開(kāi)度超過(guò) 70% 時(shí)，流量不再發(fā)生變化；在夏季，由于用戶(hù)用氣量較少，計量支線(xiàn)的流量?jì)H能在 0~50% 開(kāi)度的調控范圍內發(fā)生相應變化，當開(kāi)度超過(guò) 50% 時(shí)，流量不再發(fā)生變化。當流量調節閥冬季的開(kāi)度調節范圍為 50%~70%、夏季的開(kāi)度調節范圍為 40%~50% 時(shí)，流量會(huì )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(chǎng)站計量支線(xiàn)流量調節閥的閥芯過(guò)大，流通面積遠遠超過(guò)計量支線(xiàn)上最大孔板開(kāi)孔孔徑的流通面積。在實(shí)際供氣過(guò)程中，調節閥僅能滿(mǎn)足高峰用氣時(shí)的流量調節，且在高峰用氣時(shí)閥門(mén)開(kāi)度無(wú)法實(shí)現在 0~100% 范圍內的調控；當生產(chǎn)處于非滿(mǎn)負荷狀態(tài)時(shí)，計量支路上孔板開(kāi)口孔徑較小，流量調節閥工作在小開(kāi)度范圍內，無(wú)法實(shí)現流量開(kāi)度控制，計量支線(xiàn)實(shí)際流量調節僅能靠孔板開(kāi)口孔徑控制。流量調節閥不能真正發(fā)揮作用，會(huì )使流量超限，產(chǎn)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(shí)，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(shí)現對流量的百分比控制。

在設計改造方案時(shí)，從控制改造成本，充分利用現有場(chǎng)站工藝設備的角度出發(fā)，利用天然氣場(chǎng)站原 Rotork 電動(dòng)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(guò)程中，將原計量二支線(xiàn)流量調節閥更換為套筒導向型單座調節閥，并根據二支線(xiàn)全年供氣過(guò)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(shí)相應地更換閥芯。

因改造時(shí)管道正處于高峰用氣工況，現場(chǎng)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(mén)開(kāi)度對其流量進(jìn)行調節（試點(diǎn)數據見(jiàn)圖 2，圖中曲線(xiàn)上的數字為閥門(mén)實(shí)際開(kāi)度），發(fā)現當流量調節閥開(kāi)度在 0~100% 范圍內進(jìn)行等百分比調節時(shí)，計量支線(xiàn)流量會(huì )同時(shí)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。

圖 2 閥門(mén)開(kāi)度及流量對比

三、流量調節閥技術(shù)改造的意義

1、控制流量

由于改造后流量調節閥的開(kāi)度和流量呈等百分比變化，因此無(wú)論遠控、站控和現場(chǎng)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(xiàn)各分輸站主要采用標準孔板計量裝置進(jìn)行貿易結算，流量調節閥開(kāi)度和流量呈非線(xiàn)性關(guān)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(kāi)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(shí)，如果流量調節閥開(kāi)度過(guò)大，易發(fā)生調節瞬時(shí)滯后或瞬時(shí)過(guò)量的問(wèn)題而導致喘流。流量調節閥開(kāi)度范圍擴大，可以有效抑制瞬時(shí)過(guò)量，實(shí)現對喘流的抑制。

4、保障平穩供氣

根據經(jīng)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(shí)，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(cháng)供氣時(shí)間，可使間斷供氣平穩過(guò)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(hù)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(cháng)輸管道氣量調整的工作量和難度，為氣量的統一調配贏(yíng)得更大的操作空間。

6、緩解輸氣能力不足帶來(lái)的壓力

隨著(zhù)下游用氣量的增加，季節性峰谷差所帶來(lái)的問(wèn)題日益嚴重．設計工藝已遠不能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)的需要，合理調整各支線(xiàn)調壓閥壓力及流量調節閥開(kāi)度，可以確保安全、平穩渡過(guò)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(shí)際需求量為 30×10⁴~40×10⁴m³/d，冬季的實(shí)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(mǎn)足冬季高峰用氣，現場(chǎng)采用擴大單支路計量能力、合理調節各支線(xiàn)調壓閥壓力及流量調節閥開(kāi)度的方案，使兩支線(xiàn)或三支線(xiàn)可以同時(shí)供氣。

四、結束語(yǔ)

在分輸站調壓計量支線(xiàn)中采取增設流量調節閥進(jìn)行流量控制方式，雖然可以有效地滿(mǎn)足氣量調配、保護相關(guān)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(hù)用量無(wú)法滿(mǎn)足持續穩定流量、存在峰谷差較大的現實(shí)工況條件下，流量調節閥未必真正發(fā)揮作用。

配備可更換閥芯的流量調竹閥，在用氣過(guò)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(fā)揮流量控制作用。臨撞站流量調節閥的技術(shù)改造，為現場(chǎng)整合工藝設施，實(shí)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(jīng)驗，值得推廣。