流量計(jì)與調(diào)壓閥在城市門站分輸系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，但是二者額定工作區(qū)間范圍不同，導(dǎo)致最佳工作敏感區(qū)間不一致，極易損壞流量計(jì)或調(diào)壓閥。通過(guò)分析流量計(jì)及調(diào)壓閥的工作原理，得到了在城市燃?xì)忾T站輸配系統(tǒng)中流量計(jì)與調(diào)壓閥不匹配的原因，并提出了以下兩種解決措施：方案一是增加調(diào)壓工藝的路數(shù)，降低每個(gè)調(diào)壓閥的額定工作流量；方案二是在原有的 1 用 1 備工藝基礎(chǔ)上，再增加 1 路小流量調(diào)壓管路，使其流量為原額定流量的 1/3，以便在不同流量工作條件下可以完成調(diào)壓閥的切換，使流量計(jì)和調(diào)壓閥均在最佳工作區(qū)間工作，以達(dá)到減少設(shè)備損壞的目的。（圖 5，表 1，參 9）

城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)是復(fù)雜的能源綜合設(shè)施，由不同壓力級(jí)制的輸配管網(wǎng)、各類天然氣廠站（門站、調(diào)壓站、加氣站等）和信息采集等系統(tǒng)組成[1]。作為天然氣長(zhǎng)輸管道的終點(diǎn)配氣站，城市燃?xì)忾T站也擔(dān)負(fù)著城市供應(yīng)站的責(zé)任，門站中通常需要具備過(guò)濾、調(diào)壓、計(jì)量、安全切斷、運(yùn)行路和備用路等功能，而調(diào)壓計(jì)量系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行是門站分輸系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。但在分輸系統(tǒng)中，由于調(diào)壓閥和流量計(jì)的最佳工作流量區(qū)間不同，因此往往出現(xiàn)二者匹配不適的問(wèn)題，即當(dāng)流量計(jì)處于額定小流量區(qū)間內(nèi)時(shí)，調(diào)壓閥處于小流量非額定調(diào)壓狀態(tài)，從而影響調(diào)壓閥或流量計(jì)的工作精度，并進(jìn)一步對(duì)調(diào)壓閥及流量計(jì)造成損傷。關(guān)于流量計(jì)及調(diào)壓閥的工作原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)已有較多研究，但對(duì)于二者的參數(shù)匹配問(wèn)題卻鮮有涉及，而在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于二者參數(shù)不匹配，已導(dǎo)致部分設(shè)備損壞。因此，保證二者在額定工作范圍內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)參數(shù)的最大匹配，達(dá)到最優(yōu)化工作條件，提高設(shè)備的耐用性顯得尤為重要。

1.城市燃?xì)忾T站常用流量計(jì)及調(diào)壓閥

1.1常用流量計(jì)

流量計(jì)是保證門站輸配穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)效益的第一步，用于與上游氣源供應(yīng)商的貿(mào)易結(jié)算校對(duì)、城市輸配系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度以及城市多氣源采購(gòu)成本核算分析，因此提高流量計(jì)的準(zhǔn)確性是確保計(jì)量系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著計(jì)量技術(shù)的發(fā)展，流量計(jì)已由過(guò)去的孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)發(fā)展到目前較為認(rèn)同的渦輪流量計(jì)、超聲波流量計(jì)（表 1，其中D 為連接管公稱直徑）。

相比長(zhǎng)輸管道分輸站，因功能、壓力不同，城市燃?xì)忾T站（貿(mào)易監(jiān)督計(jì)量及壓力小于等于4.0 MPa）更適宜采用渦輪流量計(jì)。渦輪流量計(jì)的量程比較大，其最小流量Qmin 與最大流量Qmax 之比可達(dá) 1:20 或 1:40 （圖 1）。

1.2常用調(diào)壓閥

與長(zhǎng)輸管道相同，城市燃?xì)忾T站采用的調(diào)壓閥分為軸流式和截流式：①軸流式調(diào)壓閥直徑為 50～ 2 000 mm，壓力等級(jí)為 PN 10～PN 400，可以采用電動(dòng)和介質(zhì)本身運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，流量大，通過(guò)能力強(qiáng)。②由于介質(zhì)在截流式調(diào)壓閥內(nèi)流向類似為“Z”形，同時(shí)由于內(nèi)部有活動(dòng)部件，不適合大口徑及大流量管道；介質(zhì)的流向容易產(chǎn)生縱向震動(dòng)，當(dāng)與管路形成共振時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極大的危害。

由于城市燃?xì)忾T站流量大、范圍寬的特性，城市門站中大多采用帶指揮器的軸流式調(diào)壓閥。該類型調(diào)壓閥穩(wěn)壓精度等級(jí)（AC）為 1～3，甚至可以低于 1；關(guān)閉壓力等級(jí)（SG）為 5～10；關(guān)閉壓力區(qū)（SZ）為 5～10。在入口壓力一定的情況下，軸流式調(diào)壓閥流量特性曲線變化先平緩，然后隨著最大百分比流量的不斷增大，其流量特性曲線出現(xiàn)陡降（圖 2）

2.計(jì)量調(diào)壓系統(tǒng)存在的問(wèn)題

城市燃?xì)忾T站及上游與其對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)輸管道分輸站計(jì)量調(diào)壓系統(tǒng)，由匯管、閥門、過(guò)濾器、計(jì)量?jī)x表和調(diào)壓閥組成，在設(shè)計(jì)中流量計(jì)與調(diào)壓閥大多都采用 1 用 1 備的形式[8]（圖 3）。一般上游來(lái)氣經(jīng)過(guò)匯管 1，然后分為兩路進(jìn)行過(guò)濾和計(jì)量。經(jīng)過(guò)計(jì)量后進(jìn)入?yún)R管 2，然后再進(jìn)入調(diào)壓閥，調(diào)壓至用戶要求的壓力范圍后進(jìn)入?yún)R管 3 和下游管道。

在保證調(diào)壓閥出口壓力穩(wěn)定的情況下，最大流量為最小流量的 5～6 倍，圖 1 所示流量計(jì)通過(guò)的最大流量與最小流量之比為 40:1。假定調(diào)壓閥在滿足壓力要求的情況下穩(wěn)定壓力的最小流量為Qvmin，同時(shí)也是滿足流量計(jì)的精度要求的最小流量，則可以得到：

由此可見，在流量計(jì)量程范圍內(nèi)，從流量計(jì)的最小流量到最大流量，若要求調(diào)壓閥工作條件一致，則至少需要 6 路調(diào)壓閥與之匹配。在長(zhǎng)輸管道分輸站中，調(diào)壓閥在正常調(diào)壓能力范圍內(nèi)的流量一般不是很寬，最大用氣流量大約為最小流量的 5～6 倍，而使用的流量計(jì)的額定最大流量與最小流量之比范圍為 20～130。如果按照 1 備 1 用的配置，就會(huì)出現(xiàn)流量計(jì)能夠滿足工作要求，而調(diào)壓閥在低流量下無(wú)法滿足工作要求的情況。城市門站、與長(zhǎng)輸管道的分輸站與對(duì)應(yīng)的分輸系統(tǒng)均為同一城市供氣，考慮到中長(zhǎng)期的用氣需求，設(shè)計(jì)的輸配能力一般是初期用氣的 10 多倍。城市燃氣的投產(chǎn)和達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的 30％都需要 2～3 年，可能導(dǎo)致流量計(jì)在額定范圍內(nèi)工作，而調(diào)壓閥在小流量下工作（圖 4）的情況，即二者并非都處于最佳工作區(qū)間內(nèi)。

在小流量條件下，調(diào)壓閥處于喘流狀態(tài)下，閥口頻繁開關(guān)，隨著流量的增大出口壓力趨于設(shè)定值。小流量條件會(huì)對(duì)調(diào)壓閥的壽命產(chǎn)生影響，尤其是皮膜、閥口墊等經(jīng)常受到損傷。因?yàn)樵谛×髁肯拢y口頻繁開關(guān)，在開關(guān)的臨界點(diǎn)，氣體對(duì)閥口的密封材料沖蝕較嚴(yán)重，如果輸送介質(zhì)中含有小的固體顆粒或粉塵，甚至對(duì)閥口的金屬結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生沖蝕。由于頻繁的開關(guān)和閥門的反應(yīng)要遲于壓力變化，會(huì)造成皮膜過(guò)度受力，甚至?xí)㈤y門皮膜撕開。對(duì)比在小流量下和正常流量下工作的閥口墊（圖 5）可見：在小流量下，兩個(gè)紅圈之間的閥口密封處，沖蝕較嚴(yán)重；在正常流量下，兩個(gè)紅圈之間密封處，基本保持完好。

3.解決措施

在小流量下，可以采用以下兩種方案解決流量計(jì)與調(diào)壓閥不匹配的問(wèn)題。

（1）方案一：增加調(diào)壓工藝的路數(shù)，降低每個(gè)調(diào)壓閥的額定工作流量。運(yùn)行初期，可以開一路調(diào)壓，隨著下游用戶的增加和氣量的上升，再逐步增加開啟調(diào)壓工藝的路數(shù)。假設(shè)原有設(shè)計(jì)額定流量為Q1，現(xiàn)變成3 用 1 備的調(diào)壓工藝，每路調(diào)壓的額定流量變?yōu)樵?/span>來(lái)的Q1/3，則整個(gè)調(diào)壓系統(tǒng)的最小流量Q1/15，可以解決在運(yùn)行初始階段流量過(guò)小的不匹配問(wèn)題。例如，在某城市燃?xì)夤鹃T站設(shè)計(jì)中，流量計(jì)采用 1 用 1 備，調(diào)壓閥采用 3 用 1 備，門站投產(chǎn) 2 年，下游用氣量未達(dá)到設(shè)計(jì)能力的 1/40，在此過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)調(diào)壓閥的閥口損壞。而某長(zhǎng)輸管道分輸站，計(jì)量和調(diào)壓均為 1 用 1 備，在投產(chǎn)后的一年內(nèi)，2 路調(diào)壓閥的閥口墊更換 3 次，調(diào)壓閥皮膜更換 2 次，下游用氣量為 4×104 m3/d，而設(shè)計(jì)滿負(fù)荷能力為 120×104 m3/d ；到第 2 年，當(dāng)日處理能力超過(guò)了 15×104 m3/d，未出現(xiàn)上述問(wèn)題。

（2）方案二：在原有的 1 用 1 備工藝基礎(chǔ)上，再增加 1 路小流量調(diào)壓管路，使其流量為原來(lái)額定流量的1/3，在城市燃?xì)忾T站運(yùn)行初期，使用小流量調(diào)壓管路，當(dāng)達(dá)到上限時(shí)，切換到大流量調(diào)壓管路。該方法也適用于長(zhǎng)輸管道的分輸站，由于考慮了下游用戶多為居民和商服用戶，流量計(jì)采用 1 用 1 備，調(diào)壓閥采用 1 大1 小。應(yīng)用該方案后，在某分輸站的投產(chǎn)初期，未出現(xiàn)閥口墊損壞和皮膜扯裂現(xiàn)象。

4.結(jié)論

由于城市門站是按中長(zhǎng)期分輸能力來(lái)設(shè)計(jì)的，但其投產(chǎn)初期運(yùn)行工況遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求，由此產(chǎn)生了在額定計(jì)量范圍，流量計(jì)與調(diào)壓閥不匹配，造成調(diào)壓閥低于其額定處理能力的 5％。因此，在城市燃?xì)忾T站設(shè)計(jì)中，既要考慮流量計(jì)適用于整個(gè)門站生命周期，又要考慮調(diào)壓閥的適用性，使計(jì)量和調(diào)壓設(shè)備都在最佳工況條件下工作，減少設(shè)備損壞，保證設(shè)備完好，降低維修量，提高經(jīng)濟(jì)效益。