隨著城市經濟的不斷發展，天然氣作為一種清潔、高效的能源，已經成為人們生活當中不可缺少的一部分，成為 21 世紀能源利用的主角。我國近十年完成了許多大型天然氣輸氣管道工程，其中使用的調壓計量系統是天然氣輸送行業的重中之重。隨著天然氣行業的大力發展，該系統具有更大的市場前景。

 

1 調壓器的工作原理及應用

       燃氣調壓器是通過自動改變經調節閥的燃氣流量，使出口燃氣保持規定壓力的設備。通常按照調壓設備的工作原理可分為直接作用式、間接作用式以及軸流式調壓器。

 

1.1 直接作用式調壓器

       它由測量元件(薄膜)、傳動部件(閥桿)和調節機構(閥門)組成。當出口后的用氣量增加或進口壓力降低時，出口壓力就下降，這時由導壓管反映的壓力使作用在薄膜下側的力小于膜上重塊(或彈簧)的力，薄膜下降，閥瓣也隨著閥桿下移，使閥門開大，燃氣流量增加，出口壓力恢復到原來給定的數值。反之，當出口后的用氣量減少或進口壓力升高時，閥門關小，流量降低，出口壓力得以恢復。

 

1.2 間接作用式調壓器

       它由主調壓器、指揮器和排氣閥組成，工作原理見圖 1。

       當出口壓力 p2低于給定值時，指揮器的薄膜就下降，使指揮器閥門開啟，經節流后壓力為 p3的燃氣補充到主調壓器的膜下空間，又由于 p3大于 p2，使主調壓器閥門開大,流量增加，p2恢復到給定值。反之,當 p2超過給定值時,指揮器薄膜上升，使閥門關閉，同時作用在排氣閥薄膜下側的力使排氣閥開啟，一部分壓力為 p3的燃氣排入大氣，使主調壓器薄膜下側的力減小，又由于 p2偏大，故使主調壓器的閥門關小，p2也即恢復到給定值。

 

       燃氣儲配站、區域調壓站和大型用戶專用調壓站，基本上都采用間接作用式調壓器。

 

1.3 軸流式調壓器

       調壓器由進氣閥體、進氣接體、出氣接體、出氣閥體、指揮器五大部分組成。進氣接體內裝有主閥調壓簧、高壓氣筒套、密封膠膜等。出氣閥體內裝有固定閥座，閥座與高壓氣筒套組成密封副。當指揮器關閉時，高壓氣筒套在主閥簧的作用下，緊貼在固定閥座上，將介質關閉在調壓器內；當指揮器打開時，在指揮器先導氣的作用下，密封膠膜拉動密封膜壓盤壓迫彈簧，使高壓氣筒套離開固定閥座，指揮閥開啟越大，高壓氣筒套與固定閥座間的間隙越大，從而實現調節氣流壓力高低和流量大小的功能。軸流式調壓器是一種結構新穎、密封嚴密、流通能力大、調壓穩定的指揮式調壓器，調壓器內件為不銹鋼制造，使用壽命長，具有超壓自動關閉，壓力恢復正常時自動開啟功能，安裝空間小，可安裝于任何位置。軸流式調壓器適合于城市門站，區域調壓站和燃氣汽輪機供氣，可用于天然氣、液化石油氣、空氣和其他非腐蝕性氣體。

 

1.4 調壓裝置的應用

 調壓裝置三級控制模式見圖 2。

在門站、壓縮天然氣供應站和液化天然氣氣化站中，常由調壓單元將各個級別的氣源壓力調壓為≤0.4 MPa 后送入城鎮管網。調壓裝置是為了在燃氣供應系統中將不同壓力級別的天然氣壓力降低并穩定在一個能夠使氣體得到安全、經濟和高效利用的適當壓力級別上。正常情況下，安全切斷閥和監控調壓閥處于全開狀態，當工作調壓器出現問題時，壓力上升到監控調壓器的出口壓力設定值時，監控調壓器就會開始工作運行[1]。當運行路發生事故時，壓力繼續上升，運行路上的超壓切斷閥就會立即切斷供氣，備用路或者旁通路就開始運行繼續供氣以保證管道與設備的安全。因此，調壓器出口壓力的設定值按從大到小的順序排列依次為：運行路監控調壓器>運行路工作調壓器>備用路監控調壓器>備用路工作調壓器。調壓器均采用故障開型，即當工作調壓器出現故障時為開啟狀態，此時該調壓器后壓力上升從而啟動監控調壓器。其安全性較好，流程簡單，操作方便。

1.5 調壓器對計量的影響

當天然氣流經調壓器閥口時，壓力下降會導致流速急劇上升，強烈的壓力波動和高流速的沖蝕會沿氣流方向引起脈動流、噪聲和振動。當流量計安裝在調壓單元后端時，脈動流、噪聲和振動將會引起流量計計量發生誤差。

2 流量計的分類

現階段我國應用非常多的計量設備包括孔板流量計、羅茨流量計、渦輪流量計、超聲波流量計等，不同計量設備的性能以及適用范圍存在一定差異。

2.1 孔板流量計

       孔板流量計的主要特點為結構易于復制，簡單牢固，性能穩定可靠，使用期限長，價格低廉，應用范圍廣。但是由于流量系數與雷諾數緊密相關，所以測量范圍較窄，提供的量程比為 1:3，應盡量滿足使用流量為滿量程的 30%～80%。

2.2 氣體羅茨流量計

氣體羅茨流量計是基于容積式測量的原理，用于精確計量流經封閉管道的氣體總量。具有量程比寬、重復性好、精度高、始動流量小、對上游流速不敏感等優點，非常廣泛地應用在城鎮燃氣的計量結算中，如餐飲業、賓館等工商業用戶的計量、輸配管網計量、燃氣調壓站計量以及工業和民用鍋爐等燃氣計量。羅茨流量計的故障率比較低，性價比高，能適應現場氣體流量變化范圍的要求，現場測量的數據可由表頭直讀，可遠傳，使用方便。但使用中應注意在投產使用前要防止焊渣雜質進入流量計，并定期檢查以保證計量精度。該流量計安裝時一定要水平安裝。

2.3 氣體渦輪流量計

      渦輪流量計的優點是測量范圍(量程比)寬、重復性好、準確度高、結構輕便、輸出為脈沖頻率信號、安裝維護方便、流通能力大，但是特性易受介質物性和流體流動特性的影響，愈是高精確度其影響愈敏感。渦輪流量計具有較大的測量范圍，一般為 10:1，占空間小，條件合適時比孔板流量計更準確，用于相對潔凈的天然氣干氣，非常佳使用流量是滿量程的 10%～80% [2]。不過這種流量計由于有活動部件，如渦輪、轉子等，因此要求的維護量較多。為了保證計量的可靠和準確，渦輪和轉子流量計上游需安裝過濾器，且流量計和過濾器需要按時維護。非常佳使用流量在滿量程的 80%一下，還須大于流量計的非常小流量，所以不適合用于民用氣計量。對穩定的流量來說渦輪流量計還是比較可靠的。

2.4 超聲流量計

        超聲流量計是利用超聲波束在液體中傳播時間的差異來求得液體的流量。氣體超聲流量計特點是測量準確度高、穩定性好、范圍度寬、維修率低，其流量量程比為 1:100(即體積線流速為 0.30～30.00 m/s)以上，流量計非常大口徑可做到 1 600 mm，且無可動部件，堅固耐用。不足之處是只適用于中大口徑管道，價格昂貴。

 

3 調壓計量設備的選型與應用

3.1 調壓計量設備的選型

現有的調壓計量種類繁多，各有利弊，但是調壓計量形式比較簡單，主要有分路調壓計量、分路調壓終端計量、集中計量終端調壓、分路計量終端調壓 4 種形式，它們的優缺點見表 1。

3.2 調壓計量設備的應用

城市燃氣門站連接的是上游與其對應的長輸管道以及分輸管線。由于調壓計量設備一旦發生故障問題影響面較廣，所以在設計中流量計與調壓閥大多都采用 1 用 1 備的形式[3]，如圖 3 所示。

現在新建工業項目燃氣設施由業主自行投資，尤其是大工業項目用氣設備復雜分散、用氣量大，運行壓力也不同。因此現在大多都采用高壓力計量然后再以調壓的形式進行供氣。這樣多個調壓計量設備可以集中擺放，也便于后期檢修，另外高壓力級別進行計量調壓占地面積小，比較符合現在工業業主的要求。大多數大型工業采用的計量形式，如圖 4 所示。

隨著環境污染問題越來越嚴重，現在國家加大力度搞治理環境，氣代煤已經深入到各個領域，現在一些熱力公司也積極響應國家號召，開始進行天然氣集中供熱。由于熱力公司都是以萬計的天然氣需求量，天然氣需求量過大，所以必須進行高壓計量、二次調壓才能滿足需求，如圖 5 所示。

4 結語

綜上所述，對于天然氣調壓計量系統的設計和應用需從技術、經濟和維護管理等方面加以綜合考慮。首先，技術方面調壓計量設備必須滿足用氣設備的實際流量和壓力以及所需的場地條件，目前各處用地都比較緊張，所以在進行調壓計量設計時，還要遵循設計結構緊湊、方便維護檢修的原則；其次，經濟方面除了要考慮調壓計量設備的總體實際價格外，還要考慮附屬設備的安裝復雜程度；非常后，要對調壓設備具體安裝所在的城市管網管徑、流量以及工況下的壓力進行綜合考慮設計。對于每一個項目，必須選擇簡單有效的方案，避免設計、施工、操作和維護中的問題，對每一個方案的優缺點進行評估，總結經驗，提高設計質量。