引 言
有些中小城鎮(zhèn)的天然氣工程由于缺少技術(shù)支持和管理經(jīng)驗(yàn)，資金短缺，不能像大型城鎮(zhèn)的天然氣工程那樣，進(jìn)行充分論證和精心設(shè)計(jì)，而往往是在沒(méi)有合理統(tǒng)籌規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)的情況下匆匆上馬，工藝過(guò)程不理想，設(shè)備配置比較簡(jiǎn)化，更沒(méi)有能力同步建設(shè)耗資巨大的用于專門儲(chǔ)氣調(diào)峰的設(shè)施，以至于不可避免地在運(yùn)行操作和設(shè)備安全等方面存在這樣或那樣的弊端和隱患。本文對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。
1 分輸站、門站的布局和工藝設(shè)計(jì)
1．1 方案確定
天然氣分輸站和門站功能的確定、設(shè)備配置以及分輸管道的設(shè)計(jì)壓力等技術(shù)方案，一定要結(jié)合門站的選址以及兩站間的地理環(huán)境和距離等實(shí)際情況進(jìn)行。中小城鎮(zhèn)天然氣工程分輸站和門站的布局和工藝設(shè)計(jì)，基本上有以下兩種方案。
(1)門站靠近分輸站，相對(duì)遠(yuǎn)離市區(qū)，基本上沒(méi)有分輸管道，但門站到城鎮(zhèn)管網(wǎng)的輸氣干管較長(zhǎng)。這種情況下，通常采用的方案為：分輸站不需要壓力控制，僅設(shè)關(guān)斷和管道超壓保護(hù)。分輸管道可按輸氣管道的要求設(shè)計(jì)，多采用與長(zhǎng)輸管道相同的壓力等級(jí)。在城鎮(zhèn)門站中，要求具備壓力調(diào)節(jié)、安全切斷和安全放散等功能，門站中調(diào)壓設(shè)備承壓能力必須與長(zhǎng)輸管道選取相同的壓力等級(jí)，調(diào)壓器的工作能力要保證在長(zhǎng)輸管道的最低運(yùn)行壓力下，能夠滿足城鎮(zhèn)高峰用氣的需求，儲(chǔ)氣調(diào)峰可以完全由上游承擔(dān)。
(2)門站遠(yuǎn)離分輸站，盡量靠近市區(qū)，分輸管道較長(zhǎng)，但門站到城鎮(zhèn)管網(wǎng)的輸氣干管較短。這種情況下多采用以下方案：分輸站設(shè)壓力控制，并配備相應(yīng)的安全切斷和安全放散等裝置。分輸管道按城市燃?xì)夤艿赖囊筮M(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)壓力采用城市燃?xì)夤艿涝试S的等級(jí)(盡可能高一些為好)。但是，城鎮(zhèn)燃?xì)獠块T出于安全考慮，在門站同樣也要配備壓力調(diào)節(jié)及相應(yīng)的安全切斷和安全放散等裝置。這種情況下，確定調(diào)壓器工作能力的進(jìn)口壓力盡可能低一些，這樣，可利用的分輸管道和上游長(zhǎng)輸管道的儲(chǔ)氣調(diào)峰能力就越大。
1．2 方案比較
與第二種方案相比，第一種方案工程的總投資少，并且可以充分地利用長(zhǎng)輸管道的儲(chǔ)氣功能，城市管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力等級(jí)可選范圍也更大些，這對(duì)下游城市管網(wǎng)工程的實(shí)施更為有利，因此盡可能優(yōu)先選用。但是，有的中小城鎮(zhèn)天然氣工程不是按以上的方案進(jìn)行實(shí)施，常常出現(xiàn)以下幾種不合理的狀況：①分輸站和門站雖然相鄰，但各自都配置了調(diào)壓設(shè)備，形成二級(jí)調(diào)壓系統(tǒng)，既浪費(fèi)設(shè)備又損失壓力，限制了管道調(diào)峰能力的發(fā)揮；②分輸站沒(méi)有調(diào)壓功能，門站調(diào)壓系統(tǒng)的前端(進(jìn)氣端)壓力等級(jí)卻低于長(zhǎng)輸管道壓力等級(jí)，門站調(diào)壓器進(jìn)口有可能出現(xiàn)超壓的危險(xiǎn)，形成了事故隱患；③兩站調(diào)壓設(shè)備選型時(shí)，用于調(diào)壓能力計(jì)算的進(jìn)口壓力取值不合理，有的為了減小調(diào)壓器和配套設(shè)備的規(guī)格，取值過(guò)高，造成調(diào)壓器配置過(guò)小。
2 調(diào)壓系統(tǒng)安全裝置
2．1 調(diào)壓系統(tǒng)安全裝置的要求
由于安全裝置的合理配置對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義，不僅選用的安全裝置本身必須性能可靠，而且配置方案也要功能齊全，只有如此，才能確保系統(tǒng)的運(yùn)行安全和事故的零概率。由于我國(guó)現(xiàn)行的《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)對(duì)調(diào)壓站安全裝置的配置只作了一些原則性的要求，對(duì)安全裝置的配置數(shù)量、性能和關(guān)閉泄漏量沒(méi)有明確的規(guī)定，我們建議在《規(guī)范》沒(méi)有做出明確具體規(guī)定的情況下，安全裝置的選型和配置可以參照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)靥岣邫n次，并在工程的設(shè)計(jì)和驗(yàn)收中嚴(yán)格把關(guān)。
2．2 德國(guó)調(diào)壓系統(tǒng)安全裝置配置的有關(guān)規(guī)定
2．2．1 調(diào)壓器進(jìn)口壓力P1為0．01-0．4Mh時(shí)
(1)主安全裝置
配備同時(shí)具有在規(guī)定的超壓Po和欠壓Pu值下動(dòng)作的安全切斷閥，或者配備具有在最大進(jìn)口壓力F1下放散量達(dá)到調(diào)壓系統(tǒng)能通過(guò)的最大流量qmax的安全放散閥。
(2)輔助安全裝置
配備滿足調(diào)壓器系統(tǒng)本身可能的泄漏流量的放散量的安全放散閥，或者配備滿足調(diào)壓設(shè)備因溫度變化，造成系統(tǒng)氣體膨脹時(shí)需求進(jìn)行泄壓的放散量的安全放散閥。
2．2．2 調(diào)壓器進(jìn)口壓力P1為0．4—10MPa時(shí)
(1)主安全裝置
主安全裝置包括絕對(duì)必要的和必要的主安全裝置。
①絕對(duì)必要的主安全裝置：配備在規(guī)定的超壓尹。和欠壓戶。下都能動(dòng)作的安全切斷閥；
②必要的主安全裝置(視進(jìn)出口壓差而異)。配備只在規(guī)定的超壓P1下動(dòng)作的安全切斷閥(見(jiàn)圖1a)?；蛘撸鋫浔O(jiān)控調(diào)壓器(見(jiàn)圖1b)。或者，配備滿足調(diào)壓器在最大進(jìn)口壓力P1下放散量通過(guò)能力g一的的安全放散閥。
(2)輔助安全裝置
配備滿足保證調(diào)壓站加熱系統(tǒng)安全要求的安全切斷閥，或者配備滿足調(diào)壓站系統(tǒng)因溫度變化導(dǎo)致介質(zhì)膨脹時(shí)進(jìn)行泄壓需求的放散量的安全放散閥，或者配備滿足調(diào)壓器關(guān)閉過(guò)程中出現(xiàn)超壓現(xiàn)象時(shí)進(jìn)行放散要求的安全放散閥。
3 調(diào)壓器對(duì)管道儲(chǔ)氣調(diào)峰的影響
按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》要求，對(duì)來(lái)氣壓力較高的天然氣系統(tǒng)宜采用管道儲(chǔ)氣方式，這對(duì)用管道天然氣的中小城鎮(zhèn)尤為重要。調(diào)壓器選型與利用管道儲(chǔ)氣調(diào)峰能力有很大關(guān)系，因此，管道儲(chǔ)氣調(diào)峰不是單純加大輸氣管道管徑就能解決的問(wèn)題。
管道儲(chǔ)氣是壓力儲(chǔ)氣的一種，調(diào)用管道儲(chǔ)氣的過(guò)程是使上游管道降壓的過(guò)程，允許的壓力降越大，可用的調(diào)峰氣量就越多；另一方面，隨著上游管道壓力的下降，調(diào)壓器的通過(guò)能力也會(huì)相應(yīng)減小，因此，允許上游管道壓力下降值的大小，取決于在該壓力下，調(diào)壓器的工作能力能否滿足調(diào)峰時(shí)的用氣負(fù)荷。這就在調(diào)壓站設(shè)計(jì)中，進(jìn)行調(diào)壓器選型時(shí)提出了一個(gè)重要的課題——調(diào)壓器進(jìn)出口的設(shè)計(jì)壓力和調(diào)壓站的最大工作能力如何確定。如果簡(jiǎn)單地按上游工藝提供的壓力參數(shù)、下游的高峰用氣負(fù)荷以及下游管網(wǎng)的允許運(yùn)行壓力進(jìn)行調(diào)壓器選型，忽略了用氣高峰對(duì)管道調(diào)峰的需求以及管網(wǎng)工況可能的變化，就不能充分發(fā)揮管道調(diào)峰的功能。因此，我們提出一個(gè)有利于利用管道調(diào)峰能力的設(shè)計(jì)思路。
(1)調(diào)壓站的設(shè)計(jì)流通能力不低于下游用氣高峰負(fù)荷。
(2)調(diào)壓站的上下游的設(shè)計(jì)壓差取上下游的最小差壓，即：①調(diào)壓站的下游壓力二下游管網(wǎng)的設(shè)計(jì)壓力；②調(diào)壓站的上游壓力；下游管網(wǎng)的設(shè)計(jì)壓力+調(diào)壓器的最小啟動(dòng)壓差+調(diào)壓器工作壓差的裕度。
多數(shù)調(diào)壓器的最小啟動(dòng)壓差為0．05 MPa(視調(diào)壓器的類型而不同)，調(diào)壓器工作差壓的裕度要盡量小一些，根據(jù)實(shí)際情況可以取0．05-0．10MPa。
應(yīng)該指出，這樣做，調(diào)壓站的規(guī)模必須加大或?qū)φ{(diào)壓站通過(guò)能力留有發(fā)展余地。有時(shí)為了避免在高進(jìn)口壓力和用氣低谷時(shí)調(diào)壓器出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，需要減小調(diào)壓器規(guī)格和閥口尺寸，采用增加調(diào)壓器數(shù)量的方法來(lái)達(dá)到增加調(diào)壓站通過(guò)能力的目的，因此導(dǎo)致調(diào)壓站的占地和投資相應(yīng)增加，但是，由此可以取得充分利用管道儲(chǔ)氣調(diào)峰能力的效果。
在上游管道容積較大、工作壓力較高的情況下，通過(guò)增大調(diào)壓站規(guī)模來(lái)增加管道儲(chǔ)氣調(diào)峰能力，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上是合理的，從工程投資的角度考慮，可能比建設(shè)相同規(guī)模的儲(chǔ)氣設(shè)備的投資要少很多。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳俊鈞．調(diào)壓站安全保護(hù)裝置的改造[J]．煤氣與熱力，1998，(2)：38—39．
[2] G490／G491——1994，Schwingungsvorgaeng in Gas-Dmckregelanlagen bei einer SAV-Abschaltung[S]．
有些中小城鎮(zhèn)的天然氣工程由于缺少技術(shù)支持和管理經(jīng)驗(yàn)，資金短缺，不能像大型城鎮(zhèn)的天然氣工程那樣，進(jìn)行充分論證和精心設(shè)計(jì)，而往往是在沒(méi)有合理統(tǒng)籌規(guī)劃和工程設(shè)計(jì)的情況下匆匆上馬，工藝過(guò)程不理想，設(shè)備配置比較簡(jiǎn)化，更沒(méi)有能力同步建設(shè)耗資巨大的用于專門儲(chǔ)氣調(diào)峰的設(shè)施，以至于不可避免地在運(yùn)行操作和設(shè)備安全等方面存在這樣或那樣的弊端和隱患。本文對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。
1 分輸站、門站的布局和工藝設(shè)計(jì)
1．1 方案確定
天然氣分輸站和門站功能的確定、設(shè)備配置以及分輸管道的設(shè)計(jì)壓力等技術(shù)方案，一定要結(jié)合門站的選址以及兩站間的地理環(huán)境和距離等實(shí)際情況進(jìn)行。中小城鎮(zhèn)天然氣工程分輸站和門站的布局和工藝設(shè)計(jì)，基本上有以下兩種方案。
(1)門站靠近分輸站，相對(duì)遠(yuǎn)離市區(qū)，基本上沒(méi)有分輸管道，但門站到城鎮(zhèn)管網(wǎng)的輸氣干管較長(zhǎng)。這種情況下，通常采用的方案為：分輸站不需要壓力控制，僅設(shè)關(guān)斷和管道超壓保護(hù)。分輸管道可按輸氣管道的要求設(shè)計(jì)，多采用與長(zhǎng)輸管道相同的壓力等級(jí)。在城鎮(zhèn)門站中，要求具備壓力調(diào)節(jié)、安全切斷和安全放散等功能，門站中調(diào)壓設(shè)備承壓能力必須與長(zhǎng)輸管道選取相同的壓力等級(jí)，調(diào)壓器的工作能力要保證在長(zhǎng)輸管道的最低運(yùn)行壓力下，能夠滿足城鎮(zhèn)高峰用氣的需求，儲(chǔ)氣調(diào)峰可以完全由上游承擔(dān)。
(2)門站遠(yuǎn)離分輸站，盡量靠近市區(qū)，分輸管道較長(zhǎng)，但門站到城鎮(zhèn)管網(wǎng)的輸氣干管較短。這種情況下多采用以下方案：分輸站設(shè)壓力控制，并配備相應(yīng)的安全切斷和安全放散等裝置。分輸管道按城市燃?xì)夤艿赖囊筮M(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)壓力采用城市燃?xì)夤艿涝试S的等級(jí)(盡可能高一些為好)。但是，城鎮(zhèn)燃?xì)獠块T出于安全考慮，在門站同樣也要配備壓力調(diào)節(jié)及相應(yīng)的安全切斷和安全放散等裝置。這種情況下，確定調(diào)壓器工作能力的進(jìn)口壓力盡可能低一些，這樣，可利用的分輸管道和上游長(zhǎng)輸管道的儲(chǔ)氣調(diào)峰能力就越大。
1．2 方案比較
與第二種方案相比，第一種方案工程的總投資少，并且可以充分地利用長(zhǎng)輸管道的儲(chǔ)氣功能，城市管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力等級(jí)可選范圍也更大些，這對(duì)下游城市管網(wǎng)工程的實(shí)施更為有利，因此盡可能優(yōu)先選用。但是，有的中小城鎮(zhèn)天然氣工程不是按以上的方案進(jìn)行實(shí)施，常常出現(xiàn)以下幾種不合理的狀況：①分輸站和門站雖然相鄰，但各自都配置了調(diào)壓設(shè)備，形成二級(jí)調(diào)壓系統(tǒng)，既浪費(fèi)設(shè)備又損失壓力，限制了管道調(diào)峰能力的發(fā)揮；②分輸站沒(méi)有調(diào)壓功能，門站調(diào)壓系統(tǒng)的前端(進(jìn)氣端)壓力等級(jí)卻低于長(zhǎng)輸管道壓力等級(jí)，門站調(diào)壓器進(jìn)口有可能出現(xiàn)超壓的危險(xiǎn)，形成了事故隱患；③兩站調(diào)壓設(shè)備選型時(shí)，用于調(diào)壓能力計(jì)算的進(jìn)口壓力取值不合理，有的為了減小調(diào)壓器和配套設(shè)備的規(guī)格，取值過(guò)高，造成調(diào)壓器配置過(guò)小。
2 調(diào)壓系統(tǒng)安全裝置
2．1 調(diào)壓系統(tǒng)安全裝置的要求
由于安全裝置的合理配置對(duì)城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義，不僅選用的安全裝置本身必須性能可靠，而且配置方案也要功能齊全，只有如此，才能確保系統(tǒng)的運(yùn)行安全和事故的零概率。由于我國(guó)現(xiàn)行的《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)對(duì)調(diào)壓站安全裝置的配置只作了一些原則性的要求，對(duì)安全裝置的配置數(shù)量、性能和關(guān)閉泄漏量沒(méi)有明確的規(guī)定，我們建議在《規(guī)范》沒(méi)有做出明確具體規(guī)定的情況下，安全裝置的選型和配置可以參照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)?shù)靥岣邫n次，并在工程的設(shè)計(jì)和驗(yàn)收中嚴(yán)格把關(guān)。
2．2 德國(guó)調(diào)壓系統(tǒng)安全裝置配置的有關(guān)規(guī)定
2．2．1 調(diào)壓器進(jìn)口壓力P1為0．01-0．4Mh時(shí)
(1)主安全裝置
配備同時(shí)具有在規(guī)定的超壓Po和欠壓Pu值下動(dòng)作的安全切斷閥，或者配備具有在最大進(jìn)口壓力F1下放散量達(dá)到調(diào)壓系統(tǒng)能通過(guò)的最大流量qmax的安全放散閥。
(2)輔助安全裝置
配備滿足調(diào)壓器系統(tǒng)本身可能的泄漏流量的放散量的安全放散閥，或者配備滿足調(diào)壓設(shè)備因溫度變化，造成系統(tǒng)氣體膨脹時(shí)需求進(jìn)行泄壓的放散量的安全放散閥。
2．2．2 調(diào)壓器進(jìn)口壓力P1為0．4—10MPa時(shí)
(1)主安全裝置
主安全裝置包括絕對(duì)必要的和必要的主安全裝置。
①絕對(duì)必要的主安全裝置：配備在規(guī)定的超壓尹。和欠壓戶。下都能動(dòng)作的安全切斷閥；
②必要的主安全裝置(視進(jìn)出口壓差而異)。配備只在規(guī)定的超壓P1下動(dòng)作的安全切斷閥(見(jiàn)圖1a)?；蛘撸鋫浔O(jiān)控調(diào)壓器(見(jiàn)圖1b)。或者，配備滿足調(diào)壓器在最大進(jìn)口壓力P1下放散量通過(guò)能力g一的的安全放散閥。
(2)輔助安全裝置
配備滿足保證調(diào)壓站加熱系統(tǒng)安全要求的安全切斷閥，或者配備滿足調(diào)壓站系統(tǒng)因溫度變化導(dǎo)致介質(zhì)膨脹時(shí)進(jìn)行泄壓需求的放散量的安全放散閥，或者配備滿足調(diào)壓器關(guān)閉過(guò)程中出現(xiàn)超壓現(xiàn)象時(shí)進(jìn)行放散要求的安全放散閥。
3 調(diào)壓器對(duì)管道儲(chǔ)氣調(diào)峰的影響
按照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》要求，對(duì)來(lái)氣壓力較高的天然氣系統(tǒng)宜采用管道儲(chǔ)氣方式，這對(duì)用管道天然氣的中小城鎮(zhèn)尤為重要。調(diào)壓器選型與利用管道儲(chǔ)氣調(diào)峰能力有很大關(guān)系，因此，管道儲(chǔ)氣調(diào)峰不是單純加大輸氣管道管徑就能解決的問(wèn)題。
管道儲(chǔ)氣是壓力儲(chǔ)氣的一種，調(diào)用管道儲(chǔ)氣的過(guò)程是使上游管道降壓的過(guò)程，允許的壓力降越大，可用的調(diào)峰氣量就越多；另一方面，隨著上游管道壓力的下降，調(diào)壓器的通過(guò)能力也會(huì)相應(yīng)減小，因此，允許上游管道壓力下降值的大小，取決于在該壓力下，調(diào)壓器的工作能力能否滿足調(diào)峰時(shí)的用氣負(fù)荷。這就在調(diào)壓站設(shè)計(jì)中，進(jìn)行調(diào)壓器選型時(shí)提出了一個(gè)重要的課題——調(diào)壓器進(jìn)出口的設(shè)計(jì)壓力和調(diào)壓站的最大工作能力如何確定。如果簡(jiǎn)單地按上游工藝提供的壓力參數(shù)、下游的高峰用氣負(fù)荷以及下游管網(wǎng)的允許運(yùn)行壓力進(jìn)行調(diào)壓器選型，忽略了用氣高峰對(duì)管道調(diào)峰的需求以及管網(wǎng)工況可能的變化，就不能充分發(fā)揮管道調(diào)峰的功能。因此，我們提出一個(gè)有利于利用管道調(diào)峰能力的設(shè)計(jì)思路。
(1)調(diào)壓站的設(shè)計(jì)流通能力不低于下游用氣高峰負(fù)荷。
(2)調(diào)壓站的上下游的設(shè)計(jì)壓差取上下游的最小差壓，即：①調(diào)壓站的下游壓力二下游管網(wǎng)的設(shè)計(jì)壓力；②調(diào)壓站的上游壓力；下游管網(wǎng)的設(shè)計(jì)壓力+調(diào)壓器的最小啟動(dòng)壓差+調(diào)壓器工作壓差的裕度。
多數(shù)調(diào)壓器的最小啟動(dòng)壓差為0．05 MPa(視調(diào)壓器的類型而不同)，調(diào)壓器工作差壓的裕度要盡量小一些，根據(jù)實(shí)際情況可以取0．05-0．10MPa。
應(yīng)該指出，這樣做，調(diào)壓站的規(guī)模必須加大或?qū)φ{(diào)壓站通過(guò)能力留有發(fā)展余地。有時(shí)為了避免在高進(jìn)口壓力和用氣低谷時(shí)調(diào)壓器出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，需要減小調(diào)壓器規(guī)格和閥口尺寸，采用增加調(diào)壓器數(shù)量的方法來(lái)達(dá)到增加調(diào)壓站通過(guò)能力的目的，因此導(dǎo)致調(diào)壓站的占地和投資相應(yīng)增加，但是，由此可以取得充分利用管道儲(chǔ)氣調(diào)峰能力的效果。
在上游管道容積較大、工作壓力較高的情況下，通過(guò)增大調(diào)壓站規(guī)模來(lái)增加管道儲(chǔ)氣調(diào)峰能力，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上是合理的，從工程投資的角度考慮，可能比建設(shè)相同規(guī)模的儲(chǔ)氣設(shè)備的投資要少很多。
參考文獻(xiàn)：
[1] 陳俊鈞．調(diào)壓站安全保護(hù)裝置的改造[J]．煤氣與熱力，1998，(2)：38—39．
[2] G490／G491——1994，Schwingungsvorgaeng in Gas-Dmckregelanlagen bei einer SAV-Abschaltung[S]．
