流量计与调压阀在城市门站分输系统中发挥着重要作用，但是二者额定工作区间范围不同，导致最佳工作敏感区间不一致，极易损坏流量计或调压阀。通过分析流量计及调压阀的工作原理，得到了在城市燃气门站输配系统中流量计与调压阀不匹配的原因，并提出了以下两种解决措施：方案一是增加调压工艺的路数，降低每个调压阀的额定工作流量；方案二是在原有的 1 用 1 备工艺基础上，再增加 1 路小流量调压管路，使其流量为原额定流量的 1/3，以便在不同流量工作条件下可以完成调压阀的切换，使流量计和调压阀均在最佳工作区间工作，以达到减少设备损坏的目的。（图 5，表 1，参 9）

城市燃气输配系统是复杂的能源综合设施，由不同压力级制的输配管网、各类天然气厂站（门站、调压站、加气站等）和信息采集等系统组成[1]。作为天然气长输管道的终点配气站，城市燃气门站也担负着城市供应站的责任，门站中通常需要具备过滤、调压、计量、安全切断、运行路和备用路等功能，而调压计量系统的稳态运行是门站分输系统安全运行的关键。但在分输系统中，由于调压阀和流量计的最佳工作流量区间不同，因此往往出现二者匹配不适的问题，即当流量计处于额定小流量区间内时，调压阀处于小流量非额定调压状态，从而影响调压阀或流量计的工作精度，并进一步对调压阀及流量计造成损伤。关于流量计及调压阀的工作原理及系统设计已有较多研究，但对于二者的参数匹配问题却鲜有涉及，而在现场实际生产过程中，由于二者参数不匹配，已导致部分设备损坏。因此，保证二者在额定工作范围内同时实现参数的最大匹配，达到最优化工作条件，提高设备的耐用性显得尤为重要。

1.城市燃气门站常用流量计及调压阀

1.1常用流量计

流量计是保证门站输配稳定和经济效益的第一步，用于与上游气源供应商的贸易结算校对、城市输配系统运行调度以及城市多气源采购成本核算分析，因此提高流量计的准确性是确保计量系统稳定运行的关键。随着计量技术的发展，流量计已由过去的孔板流量计、涡街流量计发展到目前较为认同的涡轮流量计、超声波流量计（表 1，其中D 为连接管公称直径）。

相比长输管道分输站，因功能、压力不同，城市燃气门站（贸易监督计量及压力小于等于4.0 MPa）更适宜采用涡轮流量计。涡轮流量计的量程比较大，其最小流量Qmin 与最大流量Qmax 之比可达 1:20 或 1:40 （图 1）。

1.2常用调压阀

与长输管道相同，城市燃气门站采用的调压阀分为轴流式和截流式：①轴流式调压阀直径为 50～ 2 000 mm，压力等级为 PN 10～PN 400，可以采用电动和介质本身运动进行调节，流量大，通过能力强。②由于介质在截流式调压阀内流向类似为“Z”形，同时由于内部有活动部件，不适合大口径及大流量管道；介质的流向容易产生纵向震动，当与管路形成共振时，会产生极大的危害。

由于城市燃气门站流量大、范围宽的特性，城市门站中大多采用带指挥器的轴流式调压阀。该类型调压阀稳压精度等级（AC）为 1～3，甚至可以低于 1；关闭压力等级（SG）为 5～10；关闭压力区（SZ）为 5～10。在入口压力一定的情况下，轴流式调压阀流量特性曲线变化先平缓，然后随着最大百分比流量的不断增大，其流量特性曲线出现陡降（图 2）

2.计量调压系统存在的问题

城市燃气门站及上游与其对应的长输管道分输站计量调压系统，由汇管、阀门、过滤器、计量仪表和调压阀组成，在设计中流量计与调压阀大多都采用 1 用 1 备的形式[8]（图 3）。一般上游来气经过汇管 1，然后分为两路进行过滤和计量。经过计量后进入汇管 2，然后再进入调压阀，调压至用户要求的压力范围后进入汇管 3 和下游管道。

在保证调压阀出口压力稳定的情况下，最大流量为最小流量的 5～6 倍，图 1 所示流量计通过的最大流量与最小流量之比为 40:1。假定调压阀在满足压力要求的情况下稳定压力的最小流量为Qvmin，同时也是满足流量计的精度要求的最小流量，则可以得到：

由此可见，在流量计量程范围内，从流量计的最小流量到最大流量，若要求调压阀工作条件一致，则至少需要 6 路调压阀与之匹配。在长输管道分输站中，调压阀在正常调压能力范围内的流量一般不是很宽，最大用气流量大约为最小流量的 5～6 倍，而使用的流量计的额定最大流量与最小流量之比范围为 20～130。如果按照 1 备 1 用的配置，就会出现流量计能够满足工作要求，而调压阀在低流量下无法满足工作要求的情况。城市门站、与长输管道的分输站与对应的分输系统均为同一城市供气，考虑到中长期的用气需求，设计的输配能力一般是初期用气的 10 多倍。城市燃气的投产和达到设计产能的 30％都需要 2～3 年，可能导致流量计在额定范围内工作，而调压阀在小流量下工作（图 4）的情况，即二者并非都处于最佳工作区间内。

在小流量条件下，调压阀处于喘流状态下，阀口频繁开关，随着流量的增大出口压力趋于设定值。小流量条件会对调压阀的寿命产生影响，尤其是皮膜、阀口垫等经常受到损伤。因为在小流量下，阀口频繁开关，在开关的临界点，气体对阀口的密封材料冲蚀较严重，如果输送介质中含有小的固体颗粒或粉尘，甚至对阀口的金属结构也会产生冲蚀。由于频繁的开关和阀门的反应要迟于压力变化，会造成皮膜过度受力，甚至会将阀门皮膜撕开。对比在小流量下和正常流量下工作的阀口垫（图 5）可见：在小流量下，两个红圈之间的阀口密封处，冲蚀较严重；在正常流量下，两个红圈之间密封处，基本保持完好。

3.解决措施

在小流量下，可以采用以下两种方案解决流量计与调压阀不匹配的问题。

（1）方案一：增加调压工艺的路数，降低每个调压阀的额定工作流量。运行初期，可以开一路调压，随着下游用户的增加和气量的上升，再逐步增加开启调压工艺的路数。假设原有设计额定流量为Q1，现变成3 用 1 备的调压工艺，每路调压的额定流量变为原来的Q1/3，则整个调压系统的最小流量Q1/15，可以解决在运行初始阶段流量过小的不匹配问题。例如，在某城市燃气公司门站设计中，流量计采用 1 用 1 备，调压阀采用 3 用 1 备，门站投产 2 年，下游用气量未达到设计能力的 1/40，在此过程中未发现调压阀的阀口损坏。而某长输管道分输站，计量和调压均为 1 用 1 备，在投产后的一年内，2 路调压阀的阀口垫更换 3 次，调压阀皮膜更换 2 次，下游用气量为 4×104 m3/d，而设计满负荷能力为 120×104 m3/d ；到第 2 年，当日处理能力超过了 15×104 m3/d，未出现上述问题。

（2）方案二：在原有的 1 用 1 备工艺基础上，再增加 1 路小流量调压管路，使其流量为原来额定流量的1/3，在城市燃气门站运行初期，使用小流量调压管路，当达到上限时，切换到大流量调压管路。该方法也适用于长输管道的分输站，由于考虑了下游用户多为居民和商服用户，流量计采用 1 用 1 备，调压阀采用 1 大1 小。应用该方案后，在某分输站的投产初期，未出现阀口垫损坏和皮膜扯裂现象。

4.结论

由于城市门站是按中长期分输能力来设计的，但其投产初期运行工况远低于设计要求，由此产生了在额定计量范围，流量计与调压阀不匹配，造成调压阀低于其额定处理能力的 5％。因此，在城市燃气门站设计中，既要考虑流量计适用于整个门站生命周期，又要考虑调压阀的适用性，使计量和调压设备都在最佳工况条件下工作，减少设备损坏，保证设备完好，降低维修量，提高经济效益。