多氣源混供技術在海口管道燃氣供應中的應用

摘 要

摘要：近10年以來，天然氣被廣泛使用，也使得天然氣資源愈發緊缺，有些城市管道燃氣供應不得不采用多種氣源混合供應(即“多氣源混供”)的方式來解決單一氣源供應不足的問
摘要：近10年以來，天然氣被廣泛使用，也使得天然氣資源愈發緊缺，有些城市管道燃氣供應不得不采用多種氣源混合供應(即“多氣源混供”)的方式來解決單一氣源供應不足的問題。本文以海口市管道燃氣的多氣源混供模式為實例，全面分析并解決了多氣源混供在實際應用中的諸多技術問題，是多氣源混供技術成功應用的案例之一。
關鍵詞：多氣源；混供技術；管道燃氣；應用
1 概述
海口市的管道燃氣于1993年開始供氣時就選擇采用了液化石油氣(LPG)混合空氣(仿天然氣)供應模式，是為了迎接計劃于1995年投產上島的“崖13-1”氣田的天然氣，為確保兩種氣源具有互換性，當時仿天然氣所仿的就是“崖13-1”天然氣的高熱值華白指數。后來隨著海南省天然氣資源不斷被開發利用，加上歷史的原因，先后形成了有“崖13-1”壓縮天然氣、福山管輸天然氣、中海油管輸天然氣等多種氣源供應海口管道燃氣的情況。上述氣源中，除“崖13-1”壓縮天然氣與仿天然氣具有互換性可直接利用外，其它兩種管輸天然氣與在供的管道燃氣的華白指數存在較大差異，需要進行調質處理達到預定華白指數后方能供應。通過對各種氣源的特性及供應充足性分析，確定了多種氣源混合供應方案：由于華白指數高的福山天然氣供應量很小，而華白指數低的中海油天然氣供應量較為充足，若僅將兩種天然氣按比例混合，在符合氣質要求后供應海口，則供應量遠遠不能滿足需求，因此應加大中海油天然氣的投入量，前端先讓“崖13-1”CNG天然氣、福山天然氣、中海油天然氣3種氣源混合，然后對華白指數仍然偏低的混合天然氣通過摻混高熱值的LPG來解決，即采用4種氣源混合供應的技術方案。
2 技術要求
表1 各種氣源的氣質情況
氣源種類
高熱值(MJ/Nm3)
低熱值(MJ/Nm3)
比重
華白數(MJ/Nm3)
中海油天然氣
27.0
26.5
0.68
32.8
福山天然氣
41.4
38.9
0.73
48.5
崖13-1天然氣
33,5
33.O
0.68
40.7
    “崖13-1”天然氣的華白指數為40.7MJ/Nm3，因此，3種天然氣混合并經LPG調質后，其華白指數應控制在40.7MJ/Nm3±5%的范圍之內(10T標準)。
    海口管道燃氣輸配站設計的最大供氣能力為20000Nm3/h，因此，摻混裝置的最大供氣流量應達到20000Nm3/h。
    考慮到當發生中海油天然氣或福山天然氣停供的極端情況時，進站混合天然氣的熱值范圍在26.5MJ/Nm3～40.7MJ/Nm3。據此計算，在上游福山天然氣停供，僅供中海油天然氣時，為保證氣質滿足需求，中海油天然氣摻混LPG比例約為9%，因此，LPG(氣態)的最大供應量按2000Nm3/h來設計。
3 摻混裝置、摻混工藝、工藝參數及工作原理
3.1 摻混裝置
   采用流量隨動摻混裝置。該裝置主要由流量測量、流量調控、熱值檢測和PLC控制4部分組成，其工作原理是以其中一種介質的流量為基準，通過調節閥門開度，調節另一種介質的流量，使摻混后的混合氣中的兩種介質的體積比或某一組份的含量、熱值、華白指數達到設定的要求。
3.2 摻混裝置供氣系統見圖2
 

    中海油天然氣和福山天然氣在中海油的長輸管線前端老城分輸站混合后，通過后端長輸管線輸送至海口管道燃氣輸配站，進站后再混進“崖13-1”CNG天然氣，但該混合天然氣的氣質不符合海口管道燃氣的氣質要求，因此，需利用LPG調質處理。混合天然氣在摻混裝置內，與LPG按一定比例混合達到氣質要求后，最后進入城市供氣管網。
3.3 摻混流程見圖3

3.4 工藝參數
    (1) 天然氣進口壓力：0.4MPa～0.7MPa；
    (2) LPG進口壓力：0.4MPa；
    (3) 混合器最大混合能力：20000Nm3/h；
    (4) 混合氣熱值及華白指數要求：熱值35.5MJ/Nm3、華白指數40.7MJ/Nm3 (可在計算機上設定)；
    (5) 天然氣熱值低限：26.5MJ/Nm3；
    (6) LPG熱值(國產LPG)：按100.4MJ/Nm3；
    (7) 混合氣中天然氣與LPG比例：90：10～100：0；
    (8) 天然氣最大流量：20000Nm3/h；
    (9) LPG(氣態)最大流量：2000Nm3/h；
    (10) 混合氣出站壓力：0.2MPa～0.35MPa；
    (11) 混合精度：2%。
3.5 工作原理
    混合天然氣和LPG分別經計量調壓后同時進入混合器，混合器中設置了折流板和旋轉板，兩種氣體在混合器中經過多次折返、旋轉流動，最后達到95%以上的混合效率。調節系統主要由一臺設在LPG回路的氣動薄膜調節閥和相關控制部件組成，由控制系統根據天然氣的流量或混合氣的熱值自動控制調節閥的開度，從而實現對LPG進入混合器流量的調控，達到設定的華白指數。
4 中央控制系統
    整個控制系統由PLC系統和計算機監控系統兩部分組成，控制系統是摻混裝置的指揮中心，有3種控制模式。
4.1 流量隨動比例調節
    系統根據所測量的天然氣的流量，按設定的混合比例計算出對應的LPG的流量，通過控制調節閥的通過量，使LPG的流量與計算流量相等，從而達到天然氣和LPG的比例混合。
4.2 熱值或華白指數定值調節
    系統根據混合氣的熱值或華白指數，與設定的熱值或華白指數進行比較，當其差值大時，采用大調節值控制調節閥的開度；當其差值小時，采用小調節值控制調節閥的開度；調節值是根據檢測熱值或華白指數和設定熱值或華白指數的差以及調節閥的閥口大小計算得到的。為了達到熱值快速穩定，采用快速無波紋數學模型依靠PLC實現調節過程。
4.3 混合控制模式
    由于兩種控制模式各有優缺點，在實際應用時，多采用混合控制模式，即根據混合過程的不同工況，采用上述的不同控制模式：一般情況下，當天然氣流量和LPG流量處于流量計的小誤差測量范圍值時，流量計的測量值是準確的，宜采用流量隨動比例調節模式，熱值作為混合氣的氣質檢測指標，當檢測的熱值小于或高于第一報警設定值時，立即報警。當檢測的熱值小于或高于第二報警設定值時，立即關閉系統，停止摻混LPG；當天然氣流量和LPG流量超出流量計能夠精確測量的范圍時，流量計的測量值存在較大的誤差，應采用熱值定值調節模式。
    混合控制模式，既克服了兩種獨立控制模式自身的缺點，又發揮了各自的優點，同時還能互相監控，只要一種儀表(流量計或熱值儀)發生故障，傳輸出錯誤的信號，另一種儀表(流量計或熱值儀)立即就可發現并報警，提高了整個系統的可靠性和安全性。
5 結語
    該套多氣源摻混設備自投產運行以來，各項運行參數均達到預期的效果，具有安全可靠性強、控制精度高(±1%范圍之內)、操作簡便并可按實際使用情況設定或調整華白指數等優點。隨著我國天然氣的應用越來越廣泛，在天然氣供應種類多樣化的地區或大型工廠，在單一氣源供應不足時，在不改變燃器具的情況下，可考慮使用該氣源混供模式，以達到節省投資、降低氣源成本的目的。
 
(本文作者：王奮 劉才佳 符海濤 海南民生管道燃氣有限公司 570208)