天然氣調壓橇系統配置

第35卷第3期煤氣與熱力Vol 35 No. 32015年3月GAs heatMar.2015·燃氣輸配與儲運天然氣調壓橇系統配置劉子良(高拓石油天然氣技術(shù)(上海)有限責任公司北京分公司,北京100023)摘要:分析了天然氣調壓橇系統的配置,包括安全切斷閥的選擇,調壓設備(調壓器和調節閥)類(lèi)型和結構形式的選擇,主要功能閥(安全切斷閥、工作調壓設備、監控調壓設備等)的配置減壓級的選擇。關(guān)鍵詞:天然氣調壓;調壓橇;系統配置;安全切斷閥;調壓器;調節閥中圖分類(lèi)號:TU996.6文獻標志碼:B文章編號:100-4416(2015)03-0B01-04概述2安全切斷閥的選擇本文所討論的調壓橇,包括輸氣管道分輸站內安全性是調壓橇設計的重中之重。在調壓橇的的調壓橇,也包括城市門(mén)站、調壓站內的調壓橇以及核心設備中,最重要的設備之一是安全切斷閥(又壓縮天然氣(CNG)減壓橇,在此統稱(chēng)調壓橇,它是叫作緊急安全切斷閥),它安裝在調壓器上游,位于集過(guò)濾分離、安全切斷、氣體加熱、氣體減壓穩壓等調壓橇的入口位置,在緊急情況下,當安全閥放散、功能于一體的集成橇裝系統。監控調壓器動(dòng)作等一系列安全措施動(dòng)作(或失效)較之歐洲200多年的天然氣工業(yè)歷史,我國天后,下游氣體仍然持續超壓時(shí),通過(guò)快速關(guān)斷來(lái)切斷然氣行業(yè)發(fā)展較晚基礎較弱,在標準上、技術(shù)上、經(jīng)上游來(lái)氣。它是保護整站安全,避免因調壓器失效驗上、人才上都有著(zhù)明顯差距。從行業(yè)層面上,我國造成下游超壓的最后一道安全屏障。因此,要求它沒(méi)有1.6MPa以上天然氣調壓橇的行業(yè)標準,各設必須反應靈敏、切斷迅速、可靠性高、抗外界干擾能計單位也都只能參照歐洲標準執行。從企業(yè)層面力強。上,我國現有的橇裝站生產(chǎn)廠(chǎng)家技術(shù)水平參差不齊,目前市場(chǎng)上有各種型式的安全切斷閥,有自力對專(zhuān)業(yè)標準的理解也有很大差異,技術(shù)人員從業(yè)時(shí)式的、氣動(dòng)的、電動(dòng)的等?，F實(shí)情況是,如果設計文間相對較短,大多數企業(yè)與國外專(zhuān)業(yè)公司學(xué)習交流件沒(méi)有明確提出要求,大多數廠(chǎng)家在選用安全切斷先進(jìn)技術(shù)的機會(huì )較少,與國際先進(jìn)水平差距較大。閥時(shí)會(huì )主要考慮成本,而不是安全可靠性。例如,在調壓橇的主要功能是實(shí)現在人口壓力不斷變化壓力高達20MPa的CNG減壓橇市場(chǎng),因進(jìn)口高壓和下游流量不斷變化下,經(jīng)調壓橇后獲得一個(gè)穩定自力式安全切斷閥價(jià)格較高,國內又沒(méi)有成熟的高的出口壓力。調壓橇一般由進(jìn)出口閥門(mén)、過(guò)濾器、安壓自力式安全切斷閥產(chǎn)品,因而廠(chǎng)家大多選用價(jià)格全切斷閥、監控調壓器、工作調壓器(或工作調節低廉的國產(chǎn)氣動(dòng)安全切斷閥。在筆者走訪(fǎng)過(guò)的閥)等組成。其中核心設備是安全切斷閥、監控調CNG儲配站中,看到國產(chǎn)氣動(dòng)安全切斷閥經(jīng)常有漏壓器和工作調壓器。這些核心設備的選擇和配置方氣,提供動(dòng)力氣源的氮氣瓶很少進(jìn)行定期檢測和定案很大程度上決定著(zhù)調壓橇的品質(zhì)和可靠性,下面期查驗剩余壓力,有的儲配站甚至連氣動(dòng)氣源氮氣我們就這些核心設備的配置原則做一些探討。瓶都沒(méi)有配備氣動(dòng)安全切斷閥就成了擺設,一旦調作者簡(jiǎn)介:劉子良(1974-),男,河北無(wú)極人,工程師,碩士,從事燃氣輸配工程技術(shù)工作。收稿日期:2014-12-08;修回日期:2015-01-21B01第35卷第3期煤氣與熱力www.watergasheat.com壓器出現故障,其危險程度可想而知。般不使用管道氣做氣動(dòng)氣源。氣動(dòng)調節閥的優(yōu)點(diǎn)是調壓橇上的安全切斷閥應選用自力式的安全切反應速度快,尤其是相對于電動(dòng)調節閥。缺點(diǎn)是在斷閥。自力式安全切斷閥是不依靠外界動(dòng)力(如電國內項目中需要配置儀表風(fēng),在沒(méi)有配置儀表風(fēng)的動(dòng)、氣動(dòng)液動(dòng)等),僅依靠管道自身壓力和閥門(mén)內廠(chǎng)站就不能應用。中海油廣東大鵬LNG項目當年部彈簧儲能自動(dòng)工作的安全切斷裝置。它具有切斷是國外機構提供的咨詢(xún),工作調節閥全部采用氣動(dòng)迅速、可靠性高、抗干擾能力強等特點(diǎn),不存在因停調節閥。電、線(xiàn)圈老化、氣壓不足等潛在可能因素造成誤動(dòng)作在不配置儀表風(fēng)的廠(chǎng)站,又有調節流量要求的或不動(dòng)作的風(fēng)險,也不存在因操作人員疏忽,沒(méi)有及項目上就會(huì )以電動(dòng)調節閥為主,中石油的西氣東輸時(shí)更換或維護動(dòng)力氣源、電源而造成的人為失誤風(fēng)工程就是采用電動(dòng)調節閥作為工作調節閥。電動(dòng)調險。因此,調壓橇上的安全切斷閥應首選自力式安節閥具有安裝方便、動(dòng)力源簡(jiǎn)單易實(shí)現的特點(diǎn),但電全切斷閥。如果選用氣動(dòng)或電動(dòng)安全切斷閥,則必動(dòng)調節閥反應速度相對于自力式、氣動(dòng)式要慢一些,須保證動(dòng)力氣源或電源的持續可靠供給,并且當動(dòng)因而通常會(huì )與監控調壓器配合使用力氣源或電源出現失效時(shí),閥門(mén)必須處于切斷狀態(tài)。綜上所述,如果一個(gè)調壓橇是以調壓為主要任這對產(chǎn)品質(zhì)量和操作人員的素質(zhì)水平提出了更高的務(wù),應首選調壓器;如果既有調壓的需求又有調流的要求。需求,則首選氣動(dòng)式調節閥;如果既有調壓需求又有3調壓器和調節間的選擇調流需求,但站內不配置儀表風(fēng)的,則選用電動(dòng)調節3.1調壓設備類(lèi)型的選擇閥調壓設備包括調壓器、調節閥。工作調壓器或32調壓設備結構形式的選擇調節閥是調壓橇的核心功能設備,擔負著(zhù)核心任調壓設備分為截止式和軸流式兩種結構形式。務(wù)—減壓穩壓。目前行業(yè)內使用的工作調節閥主無(wú)論哪種結構形式,其基本原理都是一樣的,即節流要有氣動(dòng)式調節閥、電動(dòng)式調節閥。我們看到電動(dòng)減壓。式調節閥作為工作調節閥越來(lái)越多地應用到各個(gè)廠(chǎng)調壓設備都需要一個(gè)負載元件,這個(gè)負載元件站上。決定要求的下游壓力。感應元件(薄膜)持續比較在早期的天然氣輸配工程中,下游用戶(hù)數量有負載元件給出的調節力和經(jīng)信號管傳遞來(lái)的下游壓限,而天然氣供氣量穩定且因大規模儲存設備不足,力,從而將得出的動(dòng)作指令(開(kāi)大或關(guān)小)傳遞給作上游公司往往希望下游用戶(hù)公司多用氣,簽訂的用用元件閥芯,經(jīng)一定周期的動(dòng)態(tài)過(guò)程,兩者趨向協(xié)氣合同也多為照付不議合同,調壓橇的主要功能是調,閥芯趨向穩定,這就是調壓的基本原理和過(guò)程減壓穩壓。這期間,工作調壓設備主要以調壓器為無(wú)論是截止式還是軸流式,只是閥口形式不同,主,因為調壓器是各種工作調壓設備中反應速度最其流通能力取決于閥口的大小,也就是流通截面積快、精度最高、穩定性和可靠性最好的。的大小,與結構形式?jīng)]有本質(zhì)關(guān)系。隨著(zhù)燃氣市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展,下游用氣量越來(lái)越截止式調壓設備的優(yōu)點(diǎn)如下:大,上游供氣能力開(kāi)始受到挑戰,在用氣高峰季節就①安裝維修方便,檢修時(shí)所有內部部件都可會(huì )出現供不應求的局面,上游公司開(kāi)始提出限流的以從頂部和底部取出,不需要把閥體從管道上拆下要求,以對不同用戶(hù)進(jìn)行流量分配。這個(gè)時(shí)候既可來(lái)。對于大口徑閥門(mén)的檢修來(lái)說(shuō),便利性尤其突出以按壓力信號控制閥口開(kāi)度實(shí)現壓力調節,還可以節約了檢修時(shí)間,經(jīng)濟效益明顯。按流量信號控制閥門(mén)開(kāi)度實(shí)現流量調節的調節閥就②由于截止式調壓設備的閥口特點(diǎn),可以加被大量應用了。裝內置式消聲器,把噪聲消除在產(chǎn)生的地方,降噪效調節閥按驅動(dòng)形式可以分為氣動(dòng)調節閥和電動(dòng)果明顯,閥門(mén)運行平穩安靜,對管道上的超聲波流量調節閥。在我國氣動(dòng)調節閥的動(dòng)力氣源主要是儀表計影響較小。風(fēng)(由站內提供的壓縮空氣),在國外除儀表風(fēng)外,③截止式調壓設備閥體容易實(shí)現整體鑄造還可以是管道氣經(jīng)減壓后就地用作氣動(dòng)氣源。國內壓力可以做到很高,比如42MPa。設計人員出于受?chē)鴥葮藴仕藓蛯Π踩目紤]截止式調壓設備的缺點(diǎn)是由于閥桿為上下徑向www.wateat. com劉子良:天然氣調壓橇系統配置第35卷第3期運動(dòng)由于大口徑閥門(mén)的閥桿需要的運動(dòng)行程長(cháng),因或者最大上游工作壓力小于等于10kPa時(shí)。此,實(shí)現大口徑(比如DN250mm及以上)時(shí)比較困對于這條的理解有兩個(gè)方面,一是最大上游工難。目前歐洲截止式調壓設備的廠(chǎng)家只有少數公司作壓力比可能出現的最大下游工作壓力還小的時(shí)可以做到DN400m的調壓設備和DN500mm的候那就表示下游管道設備等的設計壓力等級至少安全切斷閥。不會(huì )比上游低,這樣必然是安全的;第二個(gè)方面就是軸流式調壓設備的優(yōu)點(diǎn)如下:當最大上游工作壓力小于等于10kPa時(shí)不需要壓①容易實(shí)現大口徑,因其閥口形式為軸向,受力安全設備,也就是說(shuō),10kPa及以下的管道不需要閥桿行程局限小,對于大口徑閥門(mén)需求易于實(shí)現。安裝安全切斷閥等壓力安全設備。②噪聲可以通過(guò)在出口處加裝整流器來(lái)減②在如下條件時(shí),須安裝一個(gè)壓力安全設備:小,雖然不如安裝在閥口處的消聲器降噪效果明顯,當最大上游工作壓力大于最大下游偶發(fā)極限壓但是也可以做到噪聲達標。力(在安全設備限制內,系統可以短時(shí)經(jīng)歷的最大軸流式調壓設備的缺點(diǎn)是加工難度大,造價(jià)高,壓力)時(shí)。進(jìn)行閥內維修時(shí)必須把整閥從管道上拆下,對于大對于這一條,其實(shí)還應該和第一條結合起來(lái)理口徑調壓設備的維修需要的時(shí)間較長(cháng),維修和采購解,就是當最大上游工作壓力大于可能發(fā)生的最大成本偏高。下游偶發(fā)極限壓力,且最大上游壓力大于10kPa另外,近兩三年有些球閥廠(chǎng)家通過(guò)對球閥進(jìn)行時(shí),必須加裝一個(gè)壓力安全設備。改造,試圖以簡(jiǎn)單改變節流面積的方法用球閥實(shí)現③在如下條件下,需要安裝兩個(gè)壓力安全設調壓。球閥調壓僅僅關(guān)注了節流降壓的實(shí)現,沒(méi)有備:很好地解決平衡負載和反饋校準的問(wèn)題,閥門(mén)的調最大上游工作壓力減去最大下游工作壓力大于節特性差,無(wú)論是調壓精度、穩定性,還是反應速度1.6MPa,并且最大上游工作壓力大于下游強度試方面都不適于要求較高的應用場(chǎng)所。驗壓力時(shí),需要在按照第二條要求安裝了第一個(gè)壓調壓橇主要功能的配置力安全設備之外,再加裝第二個(gè)壓力安全設備。第目前行業(yè)內對于調壓橇內的主要功能閥的配二個(gè)壓力安全設備的作用是提高安全水平。置,多是參照歐洲標準EN12186:2000《供氣系統對于這一條的理解不僅僅是上下游最大壓力的傳送和分輸用氣體調壓站一功能要求》( Gas supply壓差大于1.6MPa時(shí),更要注意還有一個(gè)條件就是systems- Gas pressure regulating stations for transmis-最大上游工作壓力大于下游的強度試驗壓力。這個(gè)sion and distribution- Functional requirements,以下下游強度試驗壓力不僅僅是下游管道,還包括下游簡(jiǎn)稱(chēng)EN12186:2000)。該標準適用于進(jìn)氣壓力不的設備用戶(hù)等。超過(guò)10MPa的調壓站,對于壓力超過(guò)10MPa的調第一個(gè)壓力安全設備包括了安全切斷閥和監控壓站可指導使用。源于對標準的理解存在著(zhù)偏差或調壓設備,第二個(gè)安全設備包括了安全切斷閥、監控對標準內容不清楚,行業(yè)內對于標準的執行效果也調壓設備,也包括了安全閥。但是安全閥的使用是差異很大。有條件的第一,它只能作為第二個(gè)壓力安全設備使調壓橇的常見(jiàn)配置有:安全切斷閥(SSV)+工用,不能作為唯一壓力安全設備;第二,在作為第二作調壓設備(R);安全切斷閥(SSV)+安全切斷閥個(gè)壓力安全設備使用時(shí)必須是全流量放散閥,以確(SSV)+工作調壓設備(R);安全切斷閥(Ssv)+保工作調壓設備失效后,僅通過(guò)放散,下游壓力也不監控調壓設備(M)+工作調壓設備(R)。這里工作會(huì )超過(guò)下游強度試驗壓力。調壓設備可以是調壓器,也可以是氣動(dòng)調節閥或電既然安全切斷閥和監控調壓設備都是壓力安全動(dòng)調節閥。設備,那么什么時(shí)候采用安全切斷閥(SSV)+安全歐洲標準EN12186:2000第83.3條分3種情切斷閥(SV)+工作調壓設備(R),什么情況下采況做了規定用安全切斷閥(Ssv)+監控調壓閥(M)+工作調壓①在如下條件時(shí),壓力安全設備是不需要的:設備(R)呢?筆者認為,這主要取決于下游用戶(hù)的最大上游工作壓力小于最大下游偶發(fā)極限壓力性質(zhì)。如果下游用戶(hù)是允許隨時(shí)停氣檢修的,則選B03第35卷第3期煤氣與熱力www.watergasheat.com用Ssv+SsⅤ+R的配置,這種配置不僅保證了高安MPa。這樣既可以使降壓任務(wù)均勻地分配到兩級減全性,還因為安全切斷閥的造價(jià)比監控調壓設備低壓上,又可以減輕每一級加熱器的負荷,更重要的是而節約了造價(jià)。如果下游用戶(hù)要求盡可能連續供在小流量的情況下仍然可以獲得很好的閥門(mén)開(kāi)度,氣,則選用SsV+M+R的配置,當工作調壓設備失避免了喘振和高噪聲。效后監控調壓設備開(kāi)始工作,在保證下游不超壓的減壓級的選擇沒(méi)有強制性的規定,但通常壓力前提下可以不間斷供氣。同時(shí),現場(chǎng)操作人員可以降超過(guò)5~6MPa時(shí),應通過(guò)計算最大壓差、最小流根據監控調壓設備狀態(tài)做出判斷,及時(shí)切換備用路,量條件下的閥門(mén)開(kāi)度,考慮增加減壓級,這樣做會(huì )使并對失效工作調壓設備進(jìn)行檢修。調壓器工作在合適的開(kāi)度范圍內,能夠讓調壓器在5減壓級的選擇最優(yōu)特性曲線(xiàn)區間內工作,從而獲得整個(gè)調壓橇的通常分輸站的調壓橇使用一級減壓,但當壓力最優(yōu)工作品質(zhì)。降比較大時(shí),比如自用氣橇,一般從8~9MPa減到6結語(yǔ)0.2~0.4MPa,則需要多級減壓。自用氣橇的兩級對于調壓橇的系統配置,在遵循相關(guān)標準為基減壓也是筆者多年呼吁的配置優(yōu)化方案,目前中石本原則的基礎上,仍需根據項目實(shí)施的實(shí)際情況進(jìn)油已經(jīng)率先開(kāi)始改變以往一級減壓的做法。過(guò)去一行分析和配置。由于各個(gè)項目都具有其特殊性,技直使用的自用氣橇一級減壓已經(jīng)證明存在很多問(wèn)術(shù)方案和選擇方法很難一概而論,需要在實(shí)踐中以題:容易冰堵、易喘振、噪聲大等,造成自用氣橇從交安全為首要條件,研究和分析技術(shù)參數,并充分考慮貨試運行起就一直難以穩定工作用戶(hù)特點(diǎn),如用戶(hù)性質(zhì)、管理水平、操作經(jīng)驗等確定進(jìn)出口壓力差較大時(shí)采用單級減壓的主要弊病最適宜的配置方案。是,由于壓力降太大,閥口開(kāi)度很小,小流量時(shí)尤其Configuration of Natural Gas Pressure嚴重,造成閥口流通面積過(guò)小,有時(shí)甚至小至1%,Regulating Skid System大壓力降又導致了溫降過(guò)大,如果調壓前加熱不足LIU Ziliang比如換熱器結垢,則在溫降大、開(kāi)度小的條件下,閥Abstract: The configuration of gas pressure reg-口很容易發(fā)生冰堵。而冰堵發(fā)生后,因流道被堵塞, ulating skid system is analyzed, including the selection下游壓力迅速下降調壓器會(huì )自動(dòng)打開(kāi),高速氣體流 of safety shut-off valve, the selection of pressure regu-過(guò)又將冰堵吹掉,使得流通面積陡升,下游又會(huì )超 lating equipment( pressure regulator and control壓,調壓器又迅速關(guān)閉…如此反復,就形成了喘 valve) type and structure form, the configuration of振。同時(shí),由于閥口開(kāi)度過(guò)小,當流道內有顆粒雜質(zhì) main function valves( safety shut-off valve, pressure時(shí),又很容易造成閥口損傷,從而使調壓器失效,造 regulating equipment, monitoring pressure regulating e成超壓切斷。quipment and so on) and the selection of pressure re-解決的辦法就是使用兩級減壓,例如在自用氣 ducing grade橇中,可以先將進(jìn)站壓力從8~9MPa降到4~6Key wordstural gas pressure regulating;MPa,具體降到多少,需通過(guò)計算得出一個(gè)最優(yōu)中間 pressure regulating skid; system configuration; safety壓力。然后二級減壓將出口壓力降到0.2~0.4 shut-off valve; pressure regulator; control valve刪刪刪肉離限再B04