远程调压调流技术在城市门站的应用

沈立龙， 王耀生

(1.马鞍山港华燃气有限公司，安徽马鞍山243000;2.上海飞奥燃气设备有限公司，上海201201)

1 马鞍山门站主要供气问题

1.1 燃气管网供气平衡问题

马鞍山市城镇燃气有两座天然气门站，分别是霍里门站和新桥门站，设计流量均为10×104m3/h，但在实际运行中，霍里门站流量经常超过8×104m3/h，甚至达到9×104m3/h，而新桥门站通常高峰时仅为3×104m3/h。对于达到9×104m3/h的霍里门站，其运行风险较大，保运和维护成本较高。而对于仅达3×104m3/h的新桥门站，远未达到设计流量，实际上是一种资源浪费。在保证中压管网供能动态平衡下，实现两站供气平衡，即在运行高峰时两站运行流量基本维持在6×104m3/h，这就是目前燃气公司想通过技术手段实现远程调度，亟待解决的问题。

1.2 高峰时段门站供能不足问题

在城市燃气管网中，门站在高峰时供能不足是燃气公司另一个普遍存在的问题。目前，有些亟待改造，有些仍可维持。利用远程调压调流进行实时调节，实现智能化调度，是燃气公司较有利的技术改造选项。

1.3 门站运行中偏流问题

城市燃气门站，由于普遍采用两用一备或多用多备的供气模式，尽管各路的主调压器型号完全相同，且设定压力也一致，但在实际供气过程中，很难使各路流量达到相同，甚至经过一段时间的运行，各路流量偏差会加大，即出现偏流。有些甚至会出现一路供气，另一路停供的现象。造成偏流的主要原因有两个：一方面是即使调压器型号相同，在同样工况下，其运行性能仍存在着差异；另一方面是同型号调压器在相同工况下,由于其静特性存在着差异，导致调压器压力设定值虽然表面一致，其实并非完全相同。而调压器本身对压力的变化，有时会非常敏感，从而使得设定压力稍高的调压器会持续供气，而设定压力稍低的调压器会逐步关小阀口，减小流量，形成偏流。偏流不仅造成整站供气能力降低，同时也造成调压器使用效能的差异，给维护维修带来压力。

2 气动调压调流技术

目前市场上成熟的燃气调压调流产品种类较多。自力式调压器的调压调流主要分为气动和电动两大类。为使调压站结构不作改动，同时降低成本，我们把基于调压器本身的气动调压调流产品作为首选目标。

2.1 气动调压系统结构

气动意味着用气体作为动力来有效改变调压器的压力设定值，通常以管道内天然气作为动力源。目前气动调压主要用于远程压力调节系统。

自力式调压器气动调压系统结构见图1，其核心设备是CS指挥器。其最大特点是它不仅保持一般指挥器的手动设定功能，同时它的下腔即弹簧腔可以充压或减压，即压力可以变化。更重要的是这种变化可以引起出口压力变化，而且可以做到1∶1，即弹簧腔压力增加0.1 MPa,那么调压器出口压力也会相应增加0.1 MPa。而弹簧腔压力变化可以通过合理配置一个气包来实现，气包压力变化可以通过两个电磁阀控制。气包增压由进气电磁阀控制，气包减压由排气电磁阀控制，然后将气包与CS指挥器通过导压管连接，一套气动调压系统就基本形成。

图1 气动调压系统结构1.气包 2.调压器 3.CS指挥器 4.进气电磁阀 5.排气电磁阀 6.控制器

2.2 实现远程气动调压

自力式调压器气动调压系统中，气动控制动力源通常利用上游管道的气压。若要实现对进气和排气电磁阀的控制，可选用专用的控制器来实现，出口压力的检测通过压力变送器实现，也就是将一套调压装置与有关自动化监测和控制设备结合在一起，形成一套自动化气动调压装置。

调压控制方式一般采用连续时序控制或时间周期控制，周期可为10 s、20 s或30 s不等。进气和排气电磁阀的开启时间一般小于1 s，即升压或降压每一调节周期，电磁阀只开一次，每次开启持续时间小于1 s。管网升压过程一般每次最大不超过20 kPa。调压效果或精度主要取决于两个因素：一是自力式调压器的调压精度；另一个就是调节时间周期和电磁阀开启时间。实现远程调压控制，可将图4装置与现有的站控系统或SCADA系统通过通信网络连接在一起，可采用GPRS、CDMA或卫星通信等无线模式，亦可采用光纤或专用线等有线模式。通信协议具有多样性，其中MODBUS最常用。

2.3 气动调压下实现限流

自力式调压器流量q及其进口压力pi、出口压力po、阀位开度d之间存在q=f(pi，po，d，Cg)的函数关系，其中Cg为流量系数。对于同一种阀体和同一个开度，Cg是一个常数。那么对于自力式调压器，在气动调压装置的作用下，可通过控制调压器出口压力来实现对调压器瞬时流量的限制。它是一种间接流量控制方式，但在实际工业应用中，调压器需要随时获取瞬时流量信号。目前可通过两种方式得到，一种是将流量计信号直接传入调压装置控制器中；另一种是对自力式调压器加装阀位检测传感器并采集调压器阀位开度，再通过计算方程得到当前瞬时流量。这样，就在气动调压下实现了限流。

3 远程调压调流系统实践

3.1 门站改造前工况

马鞍山市霍里门站贸易结算状态下(温度为20 ℃，压力为101.325 kPa)单路设计流量为5×104m3/h，进口压力为2.5 MPa，出口压力为0.4 MPa，采用两用一备供气模式。随着管网下游用户的增加和管网的扩容，常会出现管网在每日3个用气高峰来临时，下游管网压力接近或低于管网的最低保障压力，从而给部分工业用户的用气带来潜在威胁，甚至影响其正常用气。这是燃气管网中典型高峰时间供能不足的问题。

3.2 门站改造方案

针对上述问题，通过对霍里门站进行工艺分析，我们判断造成供气不足的主要原因是主副路之间在高峰供气时段出现了严重偏流现象，从而造成总供气量达不到原有设计流量。为此，我们在备用路上采用一套远程调压调流系统(见图2)，实现对出口压力进行远程调节。

图2 霍里门站远程调压改造工艺方案截图1.控制器ECD 2.导阀组Pkit 3.阀位传感器Qkit 4.电源通信箱PCD 5.调压器 6.压力温度连接点

在每日用气高峰来临之前，利用远程调压系统自动调高下游管网压力，同时增容，从而消除霍里门站目前亟待解决的偏流现象。这样既保持霍里门站供气不受影响，又实现了不到门站现场即可远程调压的功能。而且可根据需求，在调压范围内，实现远程随机调压，方便输配调度过程，为满足高峰时段供气提供了有效的解决方案。

3.3 门站远程调压应用实效

霍里门站在运行过程中，对加装的远程调压系统进行了长期测试和运行。改造后霍里门站运行中，实际出口压力按照其设定压力曲线和设定值有

规律地变化和运行，从而有效实现了远程曲线调压和定点稳定调压的功能，满足了霍里门站对下游管网压力按运行策略进行调节和管理的实际需求。

4 结语

① 远程调压调流系统在霍里门站的实际运行，实现了远程调压、限流和远程监控等功能。切实解决了偏流造成霍里门站高峰时段供气不足，甚至下游管网接近最低保障压力的问题。

② 随着马鞍山天然气市场不断发展和用户需求不断提高，霍里门站与新桥门站之间高压管道也将贯通，新桥门站将按此方案作相应改造，将进一步解决燃气管网供气平衡问题。

③ 面对燃气管网智能化的发展趋势，远程调压调流系统作为智能化的技术手段，将在优化管网压力机制、优化管网流量分配、平衡供气、节能减排等方面发挥越来越重要的作用。