城市燃气输配系统文献综述

毕业设计（论文）文献综述城市燃气输配系统一、概述城市燃气的输配系统一般是指从生产厂输出开始，一直到把燃气按用户需要的压力、数量输送给用户为止，其间所需的各种设施组成的整个系统。对天然气长距离输气系统，或采用管道输送液化石油气，则指燃气进入城市接收站或包括液化石油气储存站开始到用户的整个部分。1、城市燃气输配系统的压力级制城市燃气输配系统根据输气压力来分级，因为燃气管道的气密性与其他管道相比，有特别严格的要求，漏气可能导致火灾、爆炸、中毒或其他事故；同时管网采用不同的压力级制是比较经济的，而且各类用户所需要的燃气压力也不同。一般居民用户和小型公共建筑用户直接由低压管道供气。中压和高压管道输配系统必须通过区域调压器或用户专用调压器后由低压输配系统供气。城市燃气输配系统的压力级制，应根据城市大小、气源压力、燃气组分、灶具设计等因素决定。通常，城市越大，压力级制就越复杂。我国城市燃气压力级制划分标准：高压A 0.8＜p≤1.6MPa 高压B 0.4＜p≤0.8MPa 中压A 0.2＜p≤0.4MPa 中压B 0.005＜p≤0.2MPa 低压p≤0.005MPa2、城市燃气管网系统城市燃气管网由各种压力的燃气管道组成。按其组合形式的不同，一般可分单级系统、两级系统、三级系统和多级系统。单级系统只有一个压力等级，仅用于低压管网分配和供应的系统，其系统简单，维护方便，但供应能力较小。两级系统一般由低压和中压或次高压和低压两级管网组成，其在成本增加不大的情况下，供气能力和压力状况有较大改善，但运行费用较高，运行管理也较复杂。三级系统和多级系统通常是在燃气输送量很大、输送距离很远而中压管道又不能有效地保证长距离输送大量燃气，或难以敷设高压燃气管道而中压管道投资过大，或以天然气为气源时采用。

3、城市燃气输配系统的主要设备城市燃气输配系统主要设备包括：压送设备、储存设备、调压计量设备及输配管网。1 压送设备压送设备是用来提高燃气压力或输送煤气的机器。目前中、低压两级制城市燃气输配系统中使用的压送设备主要有：罗茨式鼓风机、往复式压缩机等。2 储存设备城市燃气用量是不断变化的，有月不均匀性、日不均匀性和时不均匀性，

单气源的供应量不可能完全按用气量的变化而随时改变。为保证按用户要求不间断地供应燃气，除设置机动气源、利用缓冲用户和发挥调度作用外，必须设置储存设备。对天然气长输干线可利用气体可压缩性进行干管末端储气，或低温液态储存。对城市人工燃气，从经济角度考虑需专门修建储气柜.3 调压计量设备调压设备的作用是降低和稳定燃气输配管网的压力。根据调压器的构造，可分为直接作用式调压器和间接作用式调压器。计量设备是测量用户用气量的设备，根据其计量方式的不同可分为容积式、速度式、差压式等计量设备。4 中、低压管网及管道附属设备管道设备是城市燃气输配系统中的重要组成部分，它可分为中（高）、低压管网及管道附属设备两个部分，管道附属设备包括阀门、伸缩补偿器、过滤器、排水器等。二、燃气调压计量系统城市燃气一般以较高压力输送，用户要能正常使用，必须将压力调节到燃气设备能够承受的压力范围，此过程必须使用恰当的调压设备。城市燃气作为一种不可再生的能源，必须通过对使用者进行合理的收费来体现其的价值，而合理的收费必须建立在准确的计量上，采用合适的计量设备可保证燃气供应者和使用者双方的利益。一个完整的调压计量站可集成压力调节、流量调节、流量计量、安全装置、加热装置、加臭装置、除尘分离装置、燃气过滤装置、就地与远程控制系统、通讯系统等。在整个燃气输配系统中，对于不同压力、不同流量的管网中，其所用的调压计量系统会有很大的不同。按其压力及适用用户的规模一般可将其分成三种类型：1城市门站（包括大型输配管线分输站、燃气管网配气站等），设置在长输干线和城市高压干线之间，用来对长输管道来气进行流量分配、计量、净化、气质检测、调压和加臭等工作。2 燃气输配管网用区域调压计量站，用于居民小区、公福用户、工业企业、直燃设备等供气。3 楼栋调压箱，用于用户数量较少的居民点，如居民楼等。三、燃气调压计量站的设计概念1、决定调压站内调压线路的因素1 根据实际供气量和所选择的调压器决定：首先保证选择最适合下游供气工况的调压器根据选定调压器的流通能力与下游供气量来决定调压线路2 根据调压站的性质来决定：城市门站及大型

区域调压站宜选择多线供气管网末端的大型公福调压站宜选择多线供气环状管网内的区域调压站宜选择单线供气，可降低成本小型公福用户调压站及楼栋调压箱亦可选用单线供气2、决定调压站内供气形式的因素为保证连续及安全供气，调压线路宜采取以下形式：串联监控式连接，并配置安全切断阀为最安全形式：城市门站及一些重要调压站宜采用此种形式。串联监控式连接，可保证下游不中断供气重要工业用户宜采用此种方式调压器与切断阀组合，可保证下游安全供气工业、公福用户以及楼栋调压箱宜采用此种形式3、决定调压站内计量仪表的因素1. 根据供气量决定：3 大流量调压站（超过1600Nm /h），宜采用孔板或涡轮流量计中流量调压站（介于25-1600 Nm3/h），宜采用罗茨流量计或涡轮流量计小流量调压站（小于25 Nm3/h），宜采用罗茨流量计、涡轮流量计或皮膜表2. 根据供气量变化决定：最小流量与最大流量比不超过5:1，可采用孔板流量计最小流量与最大流量比超过5:1，可采用罗茨流量计、涡轮流量计或皮膜表3. 根据安装距离决定罗茨流量计和皮膜表安装距离紧凑孔板及涡轮流量计需保留前后直管段距离四、燃气调压计量站的注意事项在整个调压计量站内，有些事项应在设计时必须给予考虑：1. 安全因素所有调压站在保证连续供气的同时，必须考虑安全保护措施，即保证调压器下游不超压。北美式的安全保护措施为：调压器串联监控安装欧洲式的安全保护措施为：调压器配置安全切断阀所有调压站应设置安全放散阀，以确保安全及连续供气2、噪音由于减压时气体与调压器阀口及下游管道摩擦共振，产生噪音。降低噪音的措施为：采用特殊设计的阀口，以减小流速，降低噪音在调压器内安置吸震材料，以减小振动在调压器出口处安装扰流器，以达到降燥的效果增加下游管道壁厚，以减小振动3、静电保护减压时，高速气体与调压器阀口及下游管道摩擦产生杂散电流，因此应在调压器进出口端配备绝缘法兰，以防止产生杂散电流流入输配管网，破坏管网中牺牲阴级保护措施，同时，应将产生的杂散电流进行接地处理。4、加热及保温措施天然气每降压1bar，温度降低约0.5℃。若天然气中含有水分，有可能产生结冰现象。因此，若有必要，

应对调压站采取保温及加热措施。5、气体流速气体流速可由实际流量除以管道截面积得出，较为合理的流速为20m/s，因此，可以决定调压站上下游管道的直径。五、调压器燃气供应系统的压力工况是利用调压器来控制的，在设计所规定的流量范围内，当进口压力或负荷发生变化时，调压器能自动调节出口压力，使其稳定在规定的压力范围内。在燃气输配系统中，所以调压器均是将较高压力降至较低压力，因此，调压器是一个降压设备。1、调压器的工作原理调压器的结构原理图如图。正常情况下，作用在皮膜上方的重块（或弹簧）给皮膜向下的力W与作用在皮膜下方的燃气压力P处于平衡状态，管道下游压力处于稳定状态。当出口处的用气量增加或入口压力降低时，燃气出口压力P 降低，造成P＜W，失去平衡。此时皮膜下降，使阀门开大，燃气流量增加，使压力恢复平衡状态。当出口处的用气量减少或入口压力增加时，燃气出口压力P 即升高，造成P＞W，此时皮膜上升，带动阀门使开度减小，因此又逐渐使压力恢复到原来的状态。可见，不论用气量及入口压力如何变化，调压器可以通过重块（或弹簧）的调节作用，经常自动地保持稳定的供应压力。因此调压器和与其连接的管网是一个自调系统。2、调压器的主要组成部分各种调压器的结构可能各不相同，但其主要功能的实现部分大致相同，由以下几部分组成：调压弹簧（或指挥器）皮膜/传动装置阀/阀座调压器壳体信号管3、调压器的分类调压器通常分直接作用式和间接作用式两种1 直接作用式调压器直接作用式调压器只依靠敏感元件（皮膜）所感受的出口压力的变化，通过移动调节阀门进行压力调节。（右图为Schlumberger 公司生产的4000 系列调压器的结构剖视图，此调压器为典型的直接作用式调压器）直接作用式调压器有以下特点：结构简单，反应速度快，适合于小型公福用户、居民用户及各类直燃设备精度通常为10 皮膜为直接作用式调压器的执行结构，口径较大时维修成本较高2 间接作用式调压器在间接作用式调压器中，燃气出口压力的变化使操纵机构（如指挥器）动作，接通被调介质（或外部能源）使调压阀门移动。间接作用式调压器的敏感元件和传动装置的受力元件是分开的。（右

图为Schlumberger 公司生产的4700 系列调压器的结构剖视图，此调压器为典型的间接作用式调压器）间接作用式调压器有以下特点：精度高、流量大，但反应速度较慢，结构复杂，大口径时相对体积较小通常精度小于5 可配置双指挥器及快开式阀口结构，以提高反应速度4、调压器的一些主要性能参数Pe＝进口压力Pa＝出口压力Pzul＝调压器许用压力Q ＝体积流量Pas＝调压器设定压力Pf＝关闭压力（此时Q＝0）Wh＝可调压力范围（指采用所有不同规格弹簧所能调节的整个压力范围）Wa＝特定调压范围（指单根弹簧所能调节的压力范围）RGAC＝调压精度（压力调节准确度的最大允许值）SG＝关闭压力等级（Pf 和Pas 间最大可能偏差）KG/SG＝流量系数六、流量计量和流量修正仪表一、流量计量仪表燃气供应系统中，至关重要的一个环节就是燃气的计费，这个环节关系到燃气买卖双方的切身利益，所以合理的选择计量方式和计量仪表对双方均十分重要。燃气流量仪表种类较多，主要有下列类型：1、容积式流量计容积式流量计是依据流过流量计的液体或气体的体积来测定其流量的。1 膜式计量表如皮膜表等，此类计量表具有固定体积的计量室，通过累积计量室的体积与计量室移动的次数，即可得出被测燃气的流量。膜式计量表制造及维修方便，但工作压力较低，一般不宜超过0.05MPa，受自身体积限制，流量较小。2 回转式流量计如罗茨表，其通过计量两个腰型轮与壳体之间形成的固定体积来测量燃气的体积。其体积小，流量大，计量精度高，能在较高的压力下计量，但对燃气的质量要求较高。2、速度式流量计速度式流量计是一种常用的计量仪表，如涡轮流量计。其基本原理是当流体以某种速度流过仪表时，推动其中的叶轮旋转，在一定范围内叶轮的转速和流体的流速成正比，因此也和流量成正比。涡轮流量计有良好的计量性能，计量精度高，可达1.0 级，其测量范围较宽，量程比最高可达1:30，压损低，误差小，是国外认可的用于贸易结算的计量仪表，但制造的精度和组装技术的要求较高。3、差压式流量计差压式流量计也称节流流量计，如孔板流量计。其是使流体通过突然缩小的管道断面时，使流体的动能发生变化而产生一定的压力降，

压力降的变化和流速有关，由此可计算出燃气的流量。差压式流量计结构简单，对气质要求不高，但量程比较窄，一般可达1:5，且对前、后直管段的长度和内表面有较高的要求，无法在集成化程度较高的调压站内使用。4、涡街式流量计涡街式流量计属于流体振荡型仪表，其是通过流体在流量计内产生的涡街数，经计算得出被测燃气的流量。该流量计无运动部件，计量精度高，但易受外界干扰，外界的振动可导致较大的计量误差。虽然计量仪表种类较多，但在国际上，被权威机构AGA（美国气体协会）认可的常用计量仪表只有：涡轮流量计、罗茨表、皮膜表和孔板流量计。考虑到燃气进口量的增加，对计量精度要求的提高，以及计量方式与国际计量方式的接轨等因素，不被权威机构认可的计量仪表势必将被逐步淘汰。二、流量修正仪表对于燃气的计费，最合理的方式是对使用的燃气的热值进行计费，但操作比较复杂，故常用的计费方式是计量使用燃气的体积。一般情况下，燃气是在一定的压力和温度下进行输送的，如以1MPa（表压）和10℃的压力将燃气输送到用户单位。而实际的燃气计费是按标准状况下的体积进行的，我国的标准状况是：1 大气压、20 ℃，欧洲的标准状态是：1 大气压、15℃，因此，两种体积在数量上是有差异的。为了消除这种差异，在燃气输配时必须对现场仪表所测量的流量进行修正，将实测流量转换到标准状况下的流量，以便合理的进行收费。流量的修正可进行人工计算，但更常用的是采用电子产品进行自动修正，其原理是依据流量计实测的实际体积，采用特定的公式，将实际体积换算成标准状况或参考状况下的体积，常用的公式如下：以下通过Schlumberger 公司的几种产品对流量修正仪表作一些简单介绍。1、UNIFLO 902/903 TC对于G16 以上、G400 以下流量计量及压力在0-2000mbar的场合，其压力的变化对计量的影响程度较小，影响流量计量的最大因素就是温度的波动。当温度变化3 ℃时，流量计量误差1；温度变化10℃时，误差达10。此时采用温度修正即可使计量误差降到最小，使用温度修正式体积校正仪UNIFLO 902/903 TC 能花较小的代价而取得一个最佳效果。输入量：流量脉冲信号、温度信号输出量：标准累积流量

显示数据：标准累计流量，气体温度，气体压力（固定值），工况累计流量，工况瞬时流量，压缩系数Z 防爆等级：EEX iaⅡCT4 2、SEVC-D SEVC－D 是新一代的电子式燃气体积校正仪，其特点是自身配备电池供电、操作简便并且体积小巧。为了达到最优的使用性能，产品设计时采用了最新的电子技术。由于采用了高精尖性能的传感器和电子部件，SEVC－D 通过产品认定，可用于燃气传输工程中的商业计量。产品主要由两部分构成：A、计量部件计量部件包括计算主板、显示器、键盘、光电通讯信号连接以及低频脉冲信号、线路监控信号、压力传感器信号和温度传感器信号的接入。防电磁干扰的保护装置和主编程开关也位于计量部件内。B、客户部件客户部件由电池和包括远程输出信号、RS232 通讯信号、ON/OFF 信号和外接电源连接的面板构成。该部件还包括报警复位按键和硬件设置开关。除了以上部件以外，SEVC－D 同时提供：一个压力传感器，引线长2.50m，一个温度传感器，引线长2.50m，当选择外部供电模式时，配备一个外接本安变压器。SEVC－D 主要包括如下功能：采集流量计的实测体积信号，测量燃气温度和压力，按照所选择公式【PT，AGANX19，S－GERG，AG A8 或16 参数Z 参数表】计算气体压缩因子，计算校正系数，更新数据，分别计算工况和标况瞬时流量，信息显示，报警信号管理，数据库管理（定时记录累计体积、压力、温度等），通过RS232 或光电接口和其他终端设备进行通讯，低频信号输出工况累计体积、标况累计体积和报警信号。SEVC-D 在燃气管网中的安装从全国燃气应用来看，各大燃气公司在认识到计量仪表重要性的同时也逐步认识到了流量修正的重要性，在今后的燃气输配系统中，特别是自动化程度较高的系统中，必将会越来越多的使用电子流量修正仪表。七、过滤装置在燃气输配系统中，由于开采或生产的燃气中往往夹杂有各种颗粒杂质或水分；同时在设备制造过程中，设备管道清理不干净，管壁上的杂质会夹带到燃气中。如果不清除这些杂质，会导致调压器、切断阀等设备关闭不严而产生泄漏，或降低设备的精度，严重时可损坏设备。因此，在管道上安装过滤装置，是燃气输配系统能正常工作的重要保证。过滤器通常

采用各种纤维或丝网制成的滤芯来过滤燃气中夹带的颗粒物或水分；有时也采用旋风分离的方法将颗粒物或水分进行分离。一般情况下，经过一级过滤，基本可以满足要求，有时对燃气质量要求较高的情况下，可以采取设置多级过滤的方法来提高过滤的精度。在过滤装置前后应配备差压表或差压变送器，以便了解过滤器的过滤状况，当压损过大时应对过滤元件进行清洗，以防止因杂质过多造成流通能力的下降，并恢复过滤设备正常的过滤能力。八、调压计量站主要设备的选择方法1、调压器的选择假定用户提供的参数如下：流量：Q1000Nm3/h 进口压力：Pe0.1MPa（表压）出口压力：Pa5kPa使用介质：天然气环境温度：0℃以Schlumberger 公司的调压器为例：3其中流量单位：Stm /h ，压力单位：bar （绝对压力），Cg 为流量系数对于Schlumberger 的4000 系列调压器，Cg 值如下表：DN25 DN40 DN50 DN80 DN100 无切断阀290 900 1480 2900 4150Cg 带切断阀275 855 1405 2760 3950Pe/Pa2/1.051.9