沈立龍， 王耀生

(1.馬鞍山港華燃氣有限公司，安徽馬鞍山243000;2.上海飛奧燃氣設備有限公司，上海201201)

1 馬鞍山門站主要供氣問題

1.1 燃氣管網(wǎng)供氣平衡問題

馬鞍山市城鎮(zhèn)燃氣有兩座天然氣門站，分別是霍里門站和新橋門站，設計流量均為10×104m3/h，但在實際運行中，霍里門站流量經(jīng)常超過8×104m3/h，甚至達到9×104m3/h，而新橋門站通常高峰時僅為3×104m3/h。對于達到9×104m3/h的霍里門站，其運行風險較大，保運和維護成本較高。而對于僅達3×104m3/h的新橋門站，遠未達到設計流量，實際上是一種資源浪費。在保證中壓管網(wǎng)供能動態(tài)平衡下，實現(xiàn)兩站供氣平衡，即在運行高峰時兩站運行流量基本維持在6×104m3/h，這就是目前燃氣公司想通過技術手段實現(xiàn)遠程調(diào)度，亟待解決的問題。

1.2 高峰時段門站供能不足問題

在城市燃氣管網(wǎng)中，門站在高峰時供能不足是燃氣公司另一個普遍存在的問題。目前，有些亟待改造，有些仍可維持。利用遠程調(diào)壓調(diào)流進行實時調(diào)節(jié)，實現(xiàn)智能化調(diào)度，是燃氣公司較有利的技術改造選項。

1.3 門站運行中偏流問題

城市燃氣門站，由于普遍采用兩用一備或多用多備的供氣模式，盡管各路的主調(diào)壓器型號完全相同，且設定壓力也一致，但在實際供氣過程中，很難使各路流量達到相同，甚至經(jīng)過一段時間的運行，各路流量偏差會加大，即出現(xiàn)偏流。有些甚至會出現(xiàn)一路供氣，另一路停供的現(xiàn)象。造成偏流的主要原因有兩個：一方面是即使調(diào)壓器型號相同，在同樣工況下，其運行性能仍存在著差異；另一方面是同型號調(diào)壓器在相同工況下,由于其靜特性存在著差異，導致調(diào)壓器壓力設定值雖然表面一致，其實并非完全相同。而調(diào)壓器本身對壓力的變化，有時會非常敏感，從而使得設定壓力稍高的調(diào)壓器會持續(xù)供氣，而設定壓力稍低的調(diào)壓器會逐步關小閥口，減小流量，形成偏流。偏流不僅造成整站供氣能力降低，同時也造成調(diào)壓器使用效能的差異，給維護維修帶來壓力。

2 氣動調(diào)壓調(diào)流技術

目前市場上成熟的燃氣調(diào)壓調(diào)流產(chǎn)品種類較多。自力式調(diào)壓器的調(diào)壓調(diào)流主要分為氣動和電動兩大類。為使調(diào)壓站結構不作改動，同時降低成本，我們把基于調(diào)壓器本身的氣動調(diào)壓調(diào)流產(chǎn)品作為首選目標。

2.1 氣動調(diào)壓系統(tǒng)結構

氣動意味著用氣體作為動力來有效改變調(diào)壓器的壓力設定值，通常以管道內(nèi)天然氣作為動力源。目前氣動調(diào)壓主要用于遠程壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

自力式調(diào)壓器氣動調(diào)壓系統(tǒng)結構見圖1，其核心設備是CS指揮器。其最大特點是它不僅保持一般指揮器的手動設定功能，同時它的下腔即彈簧腔可以充壓或減壓，即壓力可以變化。更重要的是這種變化可以引起出口壓力變化，而且可以做到1∶1，即彈簧腔壓力增加0.1 MPa,那么調(diào)壓器出口壓力也會相應增加0.1 MPa。而彈簧腔壓力變化可以通過合理配置一個氣包來實現(xiàn)，氣包壓力變化可以通過兩個電磁閥控制。氣包增壓由進氣電磁閥控制，氣包減壓由排氣電磁閥控制，然后將氣包與CS指揮器通過導壓管連接，一套氣動調(diào)壓系統(tǒng)就基本形成。

圖1 氣動調(diào)壓系統(tǒng)結構1.氣包 2.調(diào)壓器 3.CS指揮器 4.進氣電磁閥 5.排氣電磁閥 6.控制器

2.2 實現(xiàn)遠程氣動調(diào)壓

自力式調(diào)壓器氣動調(diào)壓系統(tǒng)中，氣動控制動力源通常利用上游管道的氣壓。若要實現(xiàn)對進氣和排氣電磁閥的控制，可選用專用的控制器來實現(xiàn)，出口壓力的檢測通過壓力變送器實現(xiàn)，也就是將一套調(diào)壓裝置與有關自動化監(jiān)測和控制設備結合在一起，形成一套自動化氣動調(diào)壓裝置。

調(diào)壓控制方式一般采用連續(xù)時序控制或時間周期控制，周期可為10 s、20 s或30 s不等。進氣和排氣電磁閥的開啟時間一般小于1 s，即升壓或降壓每一調(diào)節(jié)周期，電磁閥只開一次，每次開啟持續(xù)時間小于1 s。管網(wǎng)升壓過程一般每次最大不超過20 kPa。調(diào)壓效果或精度主要取決于兩個因素：一是自力式調(diào)壓器的調(diào)壓精度；另一個就是調(diào)節(jié)時間周期和電磁閥開啟時間。實現(xiàn)遠程調(diào)壓控制，可將圖4裝置與現(xiàn)有的站控系統(tǒng)或SCADA系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡連接在一起，可采用GPRS、CDMA或衛(wèi)星通信等無線模式，亦可采用光纖或專用線等有線模式。通信協(xié)議具有多樣性，其中MODBUS最常用。

2.3 氣動調(diào)壓下實現(xiàn)限流

自力式調(diào)壓器流量q及其進口壓力pi、出口壓力po、閥位開度d之間存在q=f(pi，po，d，Cg)的函數(shù)關系，其中Cg為流量系數(shù)。對于同一種閥體和同一個開度，Cg是一個常數(shù)。那么對于自力式調(diào)壓器，在氣動調(diào)壓裝置的作用下，可通過控制調(diào)壓器出口壓力來實現(xiàn)對調(diào)壓器瞬時流量的限制。它是一種間接流量控制方式，但在實際工業(yè)應用中，調(diào)壓器需要隨時獲取瞬時流量信號。目前可通過兩種方式得到，一種是將流量計信號直接傳入調(diào)壓裝置控制器中；另一種是對自力式調(diào)壓器加裝閥位檢測傳感器并采集調(diào)壓器閥位開度，再通過計算方程得到當前瞬時流量。這樣，就在氣動調(diào)壓下實現(xiàn)了限流。

3 遠程調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)實踐

3.1 門站改造前工況

馬鞍山市霍里門站貿(mào)易結算狀態(tài)下(溫度為20 ℃，壓力為101.325 kPa)單路設計流量為5×104m3/h，進口壓力為2.5 MPa，出口壓力為0.4 MPa，采用兩用一備供氣模式。隨著管網(wǎng)下游用戶的增加和管網(wǎng)的擴容，常會出現(xiàn)管網(wǎng)在每日3個用氣高峰來臨時，下游管網(wǎng)壓力接近或低于管網(wǎng)的最低保障壓力，從而給部分工業(yè)用戶的用氣帶來潛在威脅，甚至影響其正常用氣。這是燃氣管網(wǎng)中典型高峰時間供能不足的問題。

3.2 門站改造方案

針對上述問題，通過對霍里門站進行工藝分析，我們判斷造成供氣不足的主要原因是主副路之間在高峰供氣時段出現(xiàn)了嚴重偏流現(xiàn)象，從而造成總供氣量達不到原有設計流量。為此，我們在備用路上采用一套遠程調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)(見圖2)，實現(xiàn)對出口壓力進行遠程調(diào)節(jié)。

圖2 霍里門站遠程調(diào)壓改造工藝方案截圖1.控制器ECD 2.導閥組Pkit 3.閥位傳感器Qkit 4.電源通信箱PCD 5.調(diào)壓器 6.壓力溫度連接點

在每日用氣高峰來臨之前，利用遠程調(diào)壓系統(tǒng)自動調(diào)高下游管網(wǎng)壓力，同時增容，從而消除霍里門站目前亟待解決的偏流現(xiàn)象。這樣既保持霍里門站供氣不受影響，又實現(xiàn)了不到門站現(xiàn)場即可遠程調(diào)壓的功能。而且可根據(jù)需求，在調(diào)壓范圍內(nèi)，實現(xiàn)遠程隨機調(diào)壓，方便輸配調(diào)度過程，為滿足高峰時段供氣提供了有效的解決方案。

3.3 門站遠程調(diào)壓應用實效

霍里門站在運行過程中，對加裝的遠程調(diào)壓系統(tǒng)進行了長期測試和運行。改造后霍里門站運行中，實際出口壓力按照其設定壓力曲線和設定值有

規(guī)律地變化和運行，從而有效實現(xiàn)了遠程曲線調(diào)壓和定點穩(wěn)定調(diào)壓的功能，滿足了霍里門站對下游管網(wǎng)壓力按運行策略進行調(diào)節(jié)和管理的實際需求。

4 結語

① 遠程調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)在霍里門站的實際運行，實現(xiàn)了遠程調(diào)壓、限流和遠程監(jiān)控等功能。切實解決了偏流造成霍里門站高峰時段供氣不足，甚至下游管網(wǎng)接近最低保障壓力的問題。

② 隨著馬鞍山天然氣市場不斷發(fā)展和用戶需求不斷提高，霍里門站與新橋門站之間高壓管道也將貫通，新橋門站將按此方案作相應改造，將進一步解決燃氣管網(wǎng)供氣平衡問題。

③ 面對燃氣管網(wǎng)智能化的發(fā)展趨勢，遠程調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)作為智能化的技術手段，將在優(yōu)化管網(wǎng)壓力機制、優(yōu)化管網(wǎng)流量分配、平衡供氣、節(jié)能減排等方面發(fā)揮越來越重要的作用。