1999年東海天然氣開始供應(yīng)上海城市燃?xì)?，供氣能力期未將達(dá)到120萬米3／日，預(yù)計(jì)到2001年約有30萬米3／日天然氣需要平衡利用。與此同時(shí)，上海對(duì)能耗高、污染重的城市煤氣制氣廠提出了潔凈生產(chǎn)的新要求。2000年3月，上海市《關(guān)于加強(qiáng)本市環(huán)境保護(hù)和建設(shè)的實(shí)施意見》中，吳淞工業(yè)區(qū)環(huán)境綜合整治要求吳淞煤氣制氣有限公司在2002年完成結(jié)構(gòu)調(diào)整。另外，根據(jù)2000年冬季高峰期的需求預(yù)測(cè)，也要求調(diào)峰能力相應(yīng)提高，為此吳煤公司被批準(zhǔn)實(shí)施天然氣改制和摻混改造工程。
天然氣改制和摻混工藝需要引入城市天然氣管網(wǎng)0.8～1.6MPa的天然氣，通過調(diào)壓站降壓，用于天然氣改制爐和摻混生產(chǎn)。二臺(tái)天然氣改制爐每天利用30萬米3天然氣，生產(chǎn)出66萬米3市用煤氣。改造后，吳煤公司日生產(chǎn)能力將從原來的180萬米3／日提高到220萬米3／日，全年可以削減廢水污染物76.0％，削減廢氣污染物74％以上，對(duì)吳淞工業(yè)區(qū)的削減污染效果有明顯提高。
二、調(diào)壓站設(shè)計(jì)參數(shù)的選定
1、調(diào)壓站進(jìn)出口壓力的確定
天然氣改制爐主要生產(chǎn)工藝操作指標(biāo)要求，加熱天然氣壓力為0.15 MPa，制氣天然氣壓力同樣為0.15MPa，改質(zhì)氣增熱（摻混）用的天然氣壓力僅為0.01 MPa，而城市天然氣中壓管網(wǎng)壓力設(shè)計(jì)壓力為0.8～１.6MPa，因此，需要通過天然氣調(diào)壓站，將0.8～１.6MPa 天然氣降壓，才能滿足生產(chǎn)工藝要求。由于天然氣改制和摻混工藝對(duì)天然氣壓力要求不同，故對(duì)調(diào)壓站要求有二路不同的出口壓力。
2、調(diào)壓站供氣規(guī)模的確定
本次改造工程為兩臺(tái)天然氣改制爐，改制和摻混天然氣總量為30萬m3／d，考慮到吳煤公司今后將繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)改造，因此將天然氣調(diào)壓站額定流量確定為六臺(tái)天然氣改制爐改制和摻混的總量，即90萬m3／d（其中改制天然氣量為60萬m3／d，摻混天然氣量為30萬m3／d）。由于天然氣改制爐生產(chǎn)是間歇式的，即加熱和制氣循環(huán)交替進(jìn)行，改制天然氣又分為加熱天然氣和制氣天然氣，其瞬時(shí)流量；
加熱天然氣：3048Nm3/h，
制氣天然氣：8332Nm3/h。
由于兩臺(tái)制氣爐設(shè)計(jì)為聯(lián)鎖運(yùn)行，即一臺(tái)爐處于制氣階段時(shí)，另一臺(tái)爐正處于加熱階段。因此二臺(tái)改制爐生產(chǎn)時(shí)，
天然氣管道瞬時(shí)流量應(yīng)為3048+8332=11370Nm3/h，
考慮到改制爐單爐生產(chǎn)能力的提高，故將最大瞬時(shí)流量確定為12000Nm3/h。所以按六臺(tái)改制爐同時(shí)生產(chǎn)計(jì)算：
改制用天然氣最大瞬時(shí)流量為12000m3/h×3=36000Nm3/h。
由于一臺(tái)改制爐所產(chǎn)改質(zhì)氣為28萬Nm3/日（2800kcal/m3），再用5萬Nm3/d（9600kcal/m3）進(jìn)行增熱至33萬m3/d（3800kcal/m3），當(dāng)六臺(tái)改制爐同時(shí)生產(chǎn)時(shí)，所需摻混天然氣量：
摻混用天然氣最大瞬時(shí)流量為（50000÷24）×6=12500Nm3/h。
因此，天然氣調(diào)壓站的供氣規(guī)模設(shè)計(jì)應(yīng)滿足天然氣改制與摻混改制所需最大流量要求，即改制用天然氣最大瞬時(shí)流量+摻混用天然氣最大瞬時(shí)流量=36000+12500=48500Nm3/h。
3、天然氣調(diào)壓站站址布置
吳煤公司天然氣改制和摻混工程改造屬老廠改造，必須因地制宜。由于城市天然氣管網(wǎng)運(yùn)行壓力為0.8～１.6MPa，從安全角度考慮，調(diào)壓站到城市天然氣管網(wǎng)之間的距離越短越好。從現(xiàn)場(chǎng)情況來看，天然氣調(diào)壓站布置在公司東大門西北側(cè)，與2萬m3氣柜、往復(fù)式壓送機(jī)房，機(jī)爐主廠房相鄰的原廢鋼倉庫位置較佳，符合建、構(gòu)筑物防火間距要求。天然氣調(diào)壓站與這些建、構(gòu)筑物防火間距如下：
相鄰建構(gòu)筑物名稱
現(xiàn)有間距（m）
規(guī)范要求間距（m）
往復(fù)壓送機(jī)
12.98
12.0
2萬米3氣柜
21.4
20.0
機(jī)爐主廠房
13.0
12.0
沉淀池
10.0
10.0
廠東大道
10.0
10.0
7.5萬米3氣柜
>25
25.0
三、調(diào)壓站的工藝方案的選定
為滿足天然氣改制與摻混工藝的需要,吳煤公司天然氣調(diào)壓站整個(gè)調(diào)壓系統(tǒng)需由以下部分組成：進(jìn)口計(jì)量路、一級(jí)調(diào)壓路、二級(jí)調(diào)壓路、出口計(jì)量路。
1、進(jìn)口計(jì)量路的設(shè)計(jì)方案
由于天然氣供應(yīng)方在我公司調(diào)壓站前的城市天然氣管網(wǎng)上未設(shè)計(jì)量設(shè)施，因此，該調(diào)壓站必須設(shè)有用于貿(mào)易結(jié)算的計(jì)量裝置，并且按規(guī)定必須具備在線標(biāo)定功能。這一段管路從與上游管路相連的進(jìn)口管路到一級(jí)調(diào)壓路前的截?cái)嚅y（不包括截?cái)嚅y）為止。
設(shè)計(jì)流量:50000 Nm3/h，（按六臺(tái)改制爐改制與摻混生產(chǎn)要求）
天然氣輸送能力50000 Nm3/h，天然氣計(jì)量能力:最小45500 Nm3/h (0.6MPa考慮管網(wǎng)用氣高峰時(shí))，最大110500 Nm3/h (預(yù)計(jì)管網(wǎng)壓力將升級(jí)到1.6MPa)，設(shè)計(jì)壓力2.0 MPa，設(shè)計(jì)溫度 -10℃～60℃，進(jìn)口管徑選取DN300（在48500m3/h、進(jìn)口壓力0.6MPa的情況下，管道中天然氣的流速為27.2m/s），進(jìn)口管壓力等級(jí)為PN25。
根據(jù)系統(tǒng)流量和壓力，選擇符合貿(mào)易結(jié)算標(biāo)準(zhǔn)要求的德國ELSTER公司的G4000型渦輪流量計(jì)（帶EK-88流量結(jié)算儀），該流量計(jì)量程比為1300～6500m3/h。
為了防止天然氣管路中的雜質(zhì)損傷到調(diào)壓站進(jìn)口計(jì)量路上的渦輪流量計(jì)設(shè)備，需在調(diào)壓站進(jìn)口處設(shè)置過濾分離設(shè)備。本工藝設(shè)計(jì)用旋風(fēng)分離器和過濾器二級(jí)過濾分離設(shè)備，來濾除天然氣中夾帶的雜質(zhì)，以確保渦輪流量計(jì)的正常使用。在旋風(fēng)分離器前和過濾器后設(shè)旁通管，以備過濾分離設(shè)備檢修時(shí)，仍可連續(xù)供氣。
2、一級(jí)調(diào)壓路的設(shè)計(jì)方案
天然氣經(jīng)過進(jìn)口計(jì)量路后進(jìn)入一級(jí)調(diào)壓路。天然氣的減壓過程為一級(jí)減壓方式。一級(jí)調(diào)壓路的作用是將進(jìn)口壓力為0.6～1.6 MPa天然氣，通過調(diào)壓器減壓至0.15 MPa，以滿足改制爐生產(chǎn)用天然氣的工藝需求，同時(shí)為二級(jí)調(diào)壓路提供恒定、低壓的天然氣。一級(jí)調(diào)壓路由三條配置相同的調(diào)壓路構(gòu)成，每路的設(shè)計(jì)流量為 25000Nm3/h（按兩臺(tái)改制爐改制和摻混流量要求為12000+12500=24500 Nm3/h）。本次改造工程只安裝兩路，其工作方式為一開一備（熱備用模式）第三路的兩端分別安裝球閥與蝶閥，并用法蘭盲板封閉。當(dāng)吳煤公司天然氣利用量增加到90萬m3/d時(shí)，只需卸下法蘭盲板，即可進(jìn)行第三路調(diào)壓路的安裝。此時(shí)可通過安裝在管道中限流孔板的作用，以兩開一備的方式進(jìn)行工作。一級(jí)調(diào)壓路天然氣輸送能力50000 Nm3/h，設(shè)計(jì)進(jìn)口壓力最大19.2MPa，出口壓力0.15MPa，設(shè)計(jì)溫度-10℃～+60℃，一級(jí)調(diào)壓路出口管徑選擇DN400（在36000 Nm3/h 的流量以及0.15 MPa的出口壓力下，管道中天然氣流速為31.80m/s），壓力等級(jí)選為PN25。根據(jù)進(jìn)出口壓力和流量要求，一級(jí)調(diào)壓路一般選擇導(dǎo)閥控制式調(diào)壓器（出口壓力的變化通過放大控制主閥動(dòng)作）。為避免調(diào)壓器導(dǎo)閥堵塞，一般在調(diào)壓器前設(shè)過濾器。在調(diào)壓器后設(shè)置緊急切斷閥,以防止由于意外原因所導(dǎo)致的調(diào)壓器下游壓力的非正常升高。調(diào)壓器能夠在進(jìn)口壓力和流量波動(dòng)的情況下，出口壓力恒定在0.15 MPa，以符合天然氣改制爐的工藝要求。兩條調(diào)壓路的配置如下：手控球閥，濾芯式過濾器，導(dǎo)閥式調(diào)壓器附緊急切斷閥，直接作用式安全閥，手控蝶閥。
3、二級(jí)調(diào)壓路的設(shè)計(jì)方案
天然氣經(jīng)過一級(jí)調(diào)壓路減壓至0.15MPa，一路通往改制爐，另一路進(jìn)入二級(jí)調(diào)壓路。二級(jí)調(diào)壓路的作用是將0.15MPa天然氣，通過調(diào)壓器減壓至0.01 MPa以滿足摻混天然氣進(jìn)入摻混器壓力需要。二級(jí)調(diào)壓路由兩條配置相同的調(diào)壓路構(gòu)成，每路設(shè)計(jì)流量為12,500 Nm3/h，工作模式為一開一備。二級(jí)調(diào)壓路天然氣輸送能力12,500 Nm3/h，設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa，設(shè)計(jì)溫度-10℃～+60℃，管路尺寸進(jìn)、出口DN400，壓力等級(jí)PN16。根據(jù)二級(jí)調(diào)壓路的進(jìn)出口壓力和流量要求，一般選擇直接作用式調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓。在調(diào)壓器后設(shè)置緊急切斷閥,以防止由于意外原因所導(dǎo)致的調(diào)壓器下游壓力的非正常升高。與一級(jí)調(diào)壓路系統(tǒng)要求相同，二級(jí)調(diào)壓路中的調(diào)壓器也能夠在進(jìn)口壓力和流量波動(dòng)的情況下保證出口壓力恒定在0.01 MPa。出口壓力同時(shí)受到安全閥的保護(hù)。兩條調(diào)壓路的配置如下：手控蝶閥，直接作用式調(diào)壓器附緊急切斷閥，直接作用式安全閥，手控蝶閥。
4、出口計(jì)量路的設(shè)計(jì)方案
由于天然氣改制爐已設(shè)計(jì)天然氣流量計(jì)量裝置，故一級(jí)調(diào)壓路出口不設(shè)計(jì)量裝置。天然氣改制和摻混生產(chǎn)工藝中，將改質(zhì)氣作為恒定低熱值氣源，操作工通過電動(dòng)蝶閥遙控控制天然氣摻混量的大小，配置出滿足質(zhì)量要求的城市煤氣，故需在二級(jí)調(diào)壓路出口設(shè)置流量計(jì)，以滿足生產(chǎn)工藝操作控制的需求。根據(jù)二級(jí)調(diào)壓路流量、壓力等級(jí)，選擇量程比為2000～10000m3/h 的德國ELSTER公司Q6500蝸輪流量計(jì)用于天然氣摻混量計(jì)量?？紤]到30萬米3/日天然氣全部用于摻混的特殊工藝條件，即12500Nm3/h的流量以及0.01MPa的出口壓力情況下，二級(jí)調(diào)壓路出口管徑選擇DN400。
由上述進(jìn)口計(jì)量路、一級(jí)調(diào)壓路、二級(jí)調(diào)壓路、出口計(jì)量路構(gòu)成的吳煤公司天然氣調(diào)壓站工藝流程如附圖所示。
四、結(jié)論
由吳煤公司、中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究院、上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司共同參與工藝方案設(shè)計(jì)的天然氣調(diào)壓站，并由上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司制造和完成現(xiàn)場(chǎng)施工，2000年12月19日投入運(yùn)行。在天然氣改制爐生產(chǎn)和天然氣摻混生產(chǎn)中，調(diào)壓、供氣、安全保護(hù)等功能穩(wěn)定可靠，滿足了生產(chǎn)工藝需要。由于在該工藝設(shè)計(jì)中在一級(jí)調(diào)壓路上已預(yù)留了第三路調(diào)壓路，為今后改造創(chuàng)造了條件，避免了重復(fù)建設(shè)，節(jié)省了建設(shè)資金。
采用二級(jí)調(diào)壓二級(jí)出口壓力工藝方案、供氣規(guī)模達(dá)48500Nm3/h的天然氣調(diào)壓站應(yīng)用于城市煤氣廠天然氣改制和摻混工藝中，在國內(nèi)也是第一次，不僅工藝可行，而且已得到吳煤公司成功實(shí)踐證明，值得同行在實(shí)施相關(guān)改造中借鑒。
