王 博

（鐵法煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司煤層氣開發(fā)利用分公司， 遼寧 鐵嶺 112700）

1 調(diào)兵山市區(qū)煤層氣用戶現(xiàn)有的供氣方式及現(xiàn)狀

1.1 儲氣罐靜壓供氣方式

低壓濕式螺旋儲氣罐是最簡單常見的一種氣柜，通常用于煤氣貯存。從結(jié)構(gòu)特點來看，低壓濕式氣柜屬于可變?nèi)莘e金屬柜，它由水封槽和鐘罩兩部分組成。鐘罩沒有底，是可以上下活動的圓筒形容器，貯氣量大時，鐘罩可以由單層改成多層套筒式，各節(jié)之間以水封環(huán)形槽密封。寒冷地區(qū)為防冬季水封槽結(jié)冰，需用蒸汽加熱水槽中的水。儲氣罐靜壓供氣方式主要依靠儲氣罐自然壓力直接供應(yīng)給燃氣用戶，優(yōu)點為供氣壓力較為均衡、壓降較小，缺點為只適用于燃氣用戶較少地區(qū)的小范圍供氣。

1.2 機械動壓供氣方式

機械動壓供氣方式是采用儲氣罐儲存燃氣，開啟羅茨鼓風(fēng)機加壓的供氣方式。羅茨鼓風(fēng)機屬固定容積式風(fēng)機，葉輪端面、風(fēng)機前后端蓋。這種鼓風(fēng)機是利用兩個葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對運動來壓縮和輸送氣體的回轉(zhuǎn)壓縮機，具有結(jié)構(gòu)簡單，維護方便的特點，適用于低壓力場合的氣體輸送和加壓系統(tǒng)。

1.3 現(xiàn)采用的供氣方式

目前公司采用的是靜壓、動壓聯(lián)合供氣方式，即用氣高峰時采取羅茨鼓風(fēng)機加壓方式供氣，平時與谷時采取儲氣罐自然壓力方式供氣。

2 管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計與改造

2.1 低壓管線的設(shè)計與布置

煤層氣公司中心站施荒地所1 號風(fēng)機室內(nèi)原有2 臺60 m3/min 羅茨鼓風(fēng)機，使用方式為1 臺開啟1臺備用，早、中、晚供氣高峰時段開機進行加壓供氣。鼓風(fēng)機室內(nèi)空間有限，無法滿足《GB 50028—2006城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》[1]中調(diào)壓器的安裝空間、尺寸、使用標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，需將其中一臺60 m3/min 羅茨鼓風(fēng)機機組和混凝土基礎(chǔ)全部拆除，重新敷設(shè)配套管線及其附屬設(shè)施，管線的設(shè)計、施工嚴(yán)格按各項標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。根據(jù)計算的管道流量和科學(xué)確定的允許阻力損失[2-4]，將原總出氣管線管徑由Φ250 mm 更換為Φ400 mm，風(fēng)機室內(nèi)新敷設(shè)的主管線管徑增至Φ400 mm，以保證改造后的供氣質(zhì)量和效率。

根據(jù)調(diào)兵山市區(qū)住宅煤氣用量情況（表1）、市區(qū)住宅流量計統(tǒng)計情況（表2）的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和相關(guān)公式，計算得出市區(qū)燃氣管道的最大用氣量為3 193 m3/h，惠安小區(qū)末端用戶的管道允許阻力損失為2.4 kPa。

表1 煤層氣公司2019 年調(diào)兵山市區(qū)住宅煤氣用量表萬m3

表2 煤層氣公司2019 年1 月27 日調(diào)兵山市區(qū)住宅流量計統(tǒng)計表m3

2.2 中壓燃氣管線的設(shè)計與施工

羅茨鼓風(fēng)機室內(nèi)燃氣管線有羅茨鼓風(fēng)機進、出氣管線，調(diào)兵山、新區(qū)、裕安小區(qū)供氣管線，均為低壓供氣管線（P＜0.01 MPa），室內(nèi)無中壓管線，需從室外接引新的中壓燃氣管線。廠區(qū)西院墻外通往南嶺小區(qū)的中壓供氣管線（0.2 MPa）與羅茨鼓風(fēng)機室距離最近，適合作為該項目的中壓取氣點。新敷設(shè)埋地聚乙烯管材(Φ200 mm），并嚴(yán)格執(zhí)行各項施工標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 燃氣調(diào)壓器的安裝

安裝3 臺燃氣調(diào)壓器，其中1 號和2 號為RTZ系列的DN150 調(diào)壓器，設(shè)為常用，3 號RTJ 系列的DN150 調(diào)壓器設(shè)為備用。

將RTZ 系列的DN150 調(diào)壓器供氣壓力設(shè)定為500 mmH2O，切斷閥的壓力設(shè)定為峰時羅茨鼓風(fēng)機加壓時的最大供氣壓力（12 kPa），這樣可以實現(xiàn)峰時羅茨風(fēng)機加壓時，調(diào)壓器不運行，切斷閥也不動作；羅茨鼓風(fēng)機停機時，調(diào)壓器馬上投入運行，解決了峰時和平時交接時間段壓力過低的問題。

安裝RTJ-150/1.6ZA 調(diào)壓器可節(jié)省備用供電系統(tǒng)投資，如遇到停電無法開啟羅茨鼓風(fēng)機進行加壓時，可將調(diào)壓器出口壓力調(diào)高到滿足用戶需求的壓力值，以保證下游用戶煤氣正常使用。

3 改造后的供氣方式

改造后的供氣系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 改造后供氣系統(tǒng)示意圖

3.1 常規(guī)供氣方式

平時、谷時非供氣高峰時段采取運行中壓燃氣1 號、2 號調(diào)壓器，峰時開啟羅茨鼓風(fēng)機加壓的供氣方式。操作流程：平時、谷時運行中壓調(diào)壓器→關(guān)閉3 號燃氣調(diào)壓器進口閥門→開啟中壓管線調(diào)壓器總進口閥門（DN200mm 球閥）→開啟1 號、2 號調(diào)壓器進口、出口控制閥門→燃氣調(diào)壓器投入運行，出口壓力為500 mmH2O→關(guān)閉60 風(fēng)機總進口閥門→關(guān)閉壓力調(diào)節(jié)閥門（原有閘板閥）。

高峰時段開啟羅茨鼓風(fēng)機加壓，操作流程：關(guān)閉1 號燃氣調(diào)壓器回壓管閥門→開啟100 風(fēng)機時關(guān)閉60 風(fēng)機總進口閥門、開60 風(fēng)機時開啟60 風(fēng)機總進口閥門→開啟壓力調(diào)節(jié)閥門（原有閘板閥）→啟動羅茨鼓風(fēng)機水泵，正常開啟風(fēng)機→觀察U 型壓力計，使用壓力調(diào)節(jié)閥（原有閘板閥）將出口壓力調(diào)整至7 kPa→根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整出口壓力。

停機恢復(fù)調(diào)壓器運行，操作流程：運轉(zhuǎn)工觀測并確認住宅線出口壓力等于5 kPa→開啟壓力調(diào)節(jié)閥門（原有閘板閥）→停止羅茨鼓風(fēng)機運行→1 號、2 號燃氣調(diào)壓器投入運行，出口壓力5 kPa（確認有氣流過氣聲音）→關(guān)閉壓力調(diào)節(jié)閥門（原有閘板閥）→關(guān)閉60 風(fēng)機總進口閥門→開啟1 號燃氣調(diào)壓器回壓管閥門。

3.2 非常規(guī)供氣方式

非常規(guī)供氣方式指供電線路出現(xiàn)停電時應(yīng)急供氣方式。在高峰供氣時段，當(dāng)施荒地所供電線路因停電故障或設(shè)備檢修等原因?qū)е峦ｋ姇r，無法開啟羅茨鼓風(fēng)機向住宅區(qū)送氣，需立即啟用3 號備用調(diào)壓器進行供氣。操作流程：關(guān)閉1 號燃氣調(diào)壓器回壓管閥門→打開3 號燃氣調(diào)壓器進口閥門→打開3 號燃氣調(diào)壓器出口閥門→觀察3 號調(diào)壓器出口壓力表，出口壓力為12 kPa，根據(jù)壓力要求控制3 號燃氣調(diào)壓器出口閥門，調(diào)整出口壓力，運轉(zhuǎn)人員現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測供氣壓力并及時做出調(diào)整，以保證住宅供氣安全→運轉(zhuǎn)工觀測并確認出口壓力等于5 kPa→關(guān)閉3 號燃氣調(diào)壓器出口閥門→關(guān)閉3 號燃氣調(diào)壓器進口閥門→開啟1 號燃氣調(diào)壓器回壓管閥門→恢復(fù)1號、2 號燃氣調(diào)壓器常規(guī)供氣方式。

4 實施效果

4.1 技術(shù)效果

改造完成后，通過燃氣調(diào)壓器將中壓氣源供給住宅煤氣用戶，改造前平谷時段供氣首端壓力為3kPa，改造后平谷時段供氣首端壓力為5 kPa，供氣質(zhì)量顯著提升，全天供氣壓力更加平穩(wěn)，波動較小，住宅供氣管線末端供氣壓力更加充足。

中壓燃氣調(diào)壓器供氣改造前后效果對比情況如表3、圖2 及圖3 所示。

圖2 改造前后首端出口壓力曲線圖

圖3 改造前后末端用戶使用壓力曲線圖

表3 中壓燃氣調(diào)壓器供氣改造前后效果對比表 kPa

4.2 經(jīng)濟效益

4.2.1 減少羅茨鼓風(fēng)機開機時間的經(jīng)濟效益

原供氣方式早、中、晚間用氣高峰時段末端供氣壓力不足2 kPa，必須開啟羅茨鼓風(fēng)機進行加壓供氣，每天最少開機3 次，年開機時間約為3 800 h。

新改造項目投入使用后，平時、谷時通過1 號、2號燃氣調(diào)壓器將壓力調(diào)整為5 kPa 供給燃氣用戶使用。高峰用氣時段按照原運行方式開啟羅茨鼓風(fēng)機加壓供氣，年開機時間為1 095 h，較改造前減少開機時間2 705 h，每年節(jié)約電費31 萬多元。

4.2.2 不設(shè)置雙回路供電系統(tǒng)的經(jīng)濟效益

根據(jù)《GB 50028—2006 城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》、《GB 50052—2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》[5]，要求城市燃氣供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置雙回路供電，而目前施荒地所只有機廠24 號一條供電線路，當(dāng)該供電線路出現(xiàn)停電時，無法開啟羅茨鼓風(fēng)機向住宅區(qū)送氣，單獨靠1萬m3儲氣罐的供氣壓力無法滿足市區(qū)居民的日常用氣。3 號RTJDN150 型燃氣調(diào)壓器的投入使用，保證了下游煤氣用戶正常使用，并節(jié)省了約100 萬元的雙電源安裝采購費用。

5 應(yīng)用前景

對住宅區(qū)供氣系統(tǒng)進行改造后，提高了調(diào)兵山市區(qū)供氣質(zhì)量，解決了調(diào)兵山市區(qū)自1998 年大規(guī)模利用煤礦瓦斯以來不能為用戶提供穩(wěn)定供氣壓力的技術(shù)難題，實現(xiàn)了市區(qū)供氣質(zhì)量的階段性飛躍和歷史性突破；改造后的供氣壓力大大提升，解決了部分商業(yè)用戶因為供氣壓力低而放棄使用的問題；開機時間的減少，實現(xiàn)了節(jié)能提效的目的。此外，管網(wǎng)的優(yōu)化、調(diào)壓和計量設(shè)備的投入使用，提高了公司機械化、自動化、信息化和智能化水平，為抓增收、促節(jié)支、降成本、強安全的生產(chǎn)理念實施奠定了堅實基礎(chǔ)，對全國煤層氣企業(yè)聯(lián)合供氣方式有很好的推廣作用。