天然气分输站场调压系统设置探讨.pdf

第 2 2 卷第 1 期 2 0 1 5 年 2 月 仪器仪表用户 NS - r RUM E NT A T I ON EI C V o1 ． 2 2 2 01 5 N o． 1 天然气分输站场调压 系统设置探讨 孙金玲 ，雷凌 i ． 中石化石油工程设计有限公司 北京分院，北京 1 0 2 2 0 0 ；2 ． 中国石油集团 经济技术研究院，北京 1 0 0 0 1 1 摘要天然气输气管道工程中，压力控制是关键的技术之一 ，调压系统除了正确配置压力控制设备之外，还要保 证当调压设备出现故障时，下游管道不超压，并能进行安全切断。调压系统的配置具有多样性，不同配置的各阀门 设定点以及切换方式也不尽相同，设计人员在进行配置时需综合考虑多种因素，根据实际情况选择最安全、可靠、 经济的调压系统。 关键词天然 气；调压 系统 ；安全 中图分类号 T P 2 3 ；T E 8 3 2 ；T E 8 8 文献标识码 A 文 章编 号 1 6 7 1 - 1 0 4 1 2 0 1 5 0 1 - 0 0 4 7 - 0 4 P r e s s u r e Co n t r o l S y s t e m f o r t h e Di s t r i b u t i o n S t a t i o n i n Na t u r a l Ga s Pi p e l i n e S u n J i n l i n g ， Le i Li n g2 1 ． S i n o p e c P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ， B e i j i n g B r a n c h ， B e i j i n g 1 0 2 2 0 0 ， C h i n a ； 2 ． C N P C R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n a E c o n o m i c a n d T e c h n o l o g i c a l ， B e i j i n g 1 0 0 0 1 l , C h i n a Ab s t r a c t G a s p r e s s u r e c o n t r o l s y s t e m i s o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t t e c h n o l o g i e s i n n a t u r al g a s p i p e l i n e p r o j e c t ． T h e p u r p o s e o n c o n f i g u r i n g p r e s s u r e r e g u l a t i n g s y s t e m c o r r e c t l y i s t o ma i n t a i n t h e p r e s s u r e i n d o wn s t r e a m p i p e l i n e w i t h i n t h e r e q u i r e d l i mi t s ， e n s u r e t h a t t h i s p r e s s u r e d o e s n o t e x c e e d t h e p e r mi t t e d l e v e l a n d s h u t d o wn t i me l y wh e n t h e p r e s s u r e c o n t r o l d e v i c e i s f a u l t ． T h e c o mb i n e d f o r m o f g a s p r e s s u r e c o n t r o l s y s t e m i s v a r i o u s ． F o r d i f f e r e n t c o mb i n e d f o r m o f g a s p r e s s u r e c o n t r o l s y s t e m， Pr e s s u r e s e t v a l u e o f t h e s a f e t y s h u t - o ff d e v i c e ， mo n i t o r a n d wo r k i n g r e gu l a t i n g d e v i c e a n d c o n t r o l l o g i c i s d i ff e r e n t Ma n y f a c t o r s ， i nc l ud i n g s e c u r i t y ，r e l i a b i l i t y a nd e c o no my s h a l l be c o ns i d e r e d i n c o n f i g ur i ng g a s c on t r o l s y s t e m． Ke y wor ds n a t u r a l g a s ； p r e s s u r e r e g u l a t i n g s y s t e m； s a f e t y 0 概述 近十几年以来 ，天然气输气管道项 目发展迅速 ，从西 气东输、川气东送等横贯东西的国家级的输气大动脉到浙 江 、陕西 、山东等各省内的输气支线等大小管道项 目都陆 续建成投产并平稳运行。 天然气输气管道的最终 目标是在完成长距离输送天然 气的基础上 ，为下游分输用户提供压力平稳 、安全可靠的 高品质天然气。压力控制是关键的技术之一 ，调压系统除 了正确配置压力控制设备之外，还要保证当调压设备 出现 故障时，下游管道不超压 ，并能进行安全切断。本文以中 石化天然气分公司济南一 青岛输气管道二线工程为例，就压 力调节 系统 的优化设计进行探 讨。 1相关标准规范 1 ． 1国 内标准规范 输气管道工程设计规范 G B 5 0 2 5 1 --2 0 0 3 [1 l 中， 对分输压力控制进行了规定 ，其具体压力控制及安全装置 设施的技术要求 6 ． 2 ． 2 条文说明 为了保证对用户 的供气量和供气压 力 ，在配气站的每一用户管线都必须设置调压装置，对压 力和流量进行调节和控制。 8 ． 4 ． 6 规定 当供气压力超限会危及下游供气系统设施 安全时，应设置可靠的安全装置系统。当可能的最高进口 压力与允许最高出口压力之差大于1 ． 6 MP a 和进出口压力之 比大于 1 ． 6 时，可选择下列措施 1 每一回路串联两台安全截断设备，安全截断设备应 具备快速关闭能力并提供可靠的截断密封。 2 每一回路安装1 台安全截断设备和1 台附加的压力调 节控制设备 。 收稿 日期 2 0 1 4 -1 2 -1 7 作者简介孙金玲 1 9 8 1 一，女 ， 安徽萧县人， 本科，高级工程师，从事石油天然气行业自控仪表设计。 4 8 仪器仪表用户I N S T R U ME N T A T I O N 第2 2 卷 3每一回路安装1 台安全截断设备和1 台最大流量安全 泄放设备。 1 ． 2国外标 准规范 由欧洲标准化委员会 C E N 2 0 0 0 年2 月颁布的 气体 供应系统一 用于输送和分配的气体调压站一 功能要求 G a s s u p p l y s y s t e ms - Ga s p r e s s u r e r e g u l a t i n g s t a t i o n s f o r t r a n s mi s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n F u n c t i o n a l r e q u i r e me n t s E N 1 2 1 8 6 标准中明确提出，在气体分输站当压力调节系统出现故障 时 ，压力安全系统必须 自动地实施 ，以防止系统下游气体 压力超过允许的范围，同时还应考虑到系统压力测量和调 节的偏差，并在8 ． 3 ． 3 具体要求如下 1当MO P u ≤MI P d 或MO P u ≤1 0 k P a 时，气体调压系统 无须设置压力安全系统 。 2当MOP u MI P d 时，气体调压系统必须设置单个的 第一级 压力安全系统。 3当MO P u MO P d I ． 6 MP a ，以及MO P u S T P d 时 ，单 个的 第一级 压力安全系统还须同时加上第二个安全装 置 ，以增加 系统 的压力安全等级 。 其 中 ，MOP u 一 气体调 压系统 上游最 大操作压 力 Ma x i m u m U p s t r e a m O p e r a t i n g P r e s s u r e 。该压力是在正常 操作条件下 气体调压系统和管道无任何设备／ 装置出现故 障 可被连续地控制的。 M0 P d 一气体调压系统下游最大操作压力 Ma x i m u m D o w n s t r e a m O p e r a t i n g P r e s s u r e 。 MI P d 一 气体 调压 系统 下游最 大偶 然 出现 的压力 Ma x i m u m D o w n s t r e a m I n c i d e n t a l P r e s s u r e。该 压力是气 体调压系统和管道能够承受的。其压力可被压力安全装置 所限制 。 s T P d 一气体调压系统下游管道和设备强度测试压力 D o w n s t r e a m S t r e n g t h T e s t P r e s s u r e 。 另E N 1 2 1 8 6 的8 ． 3 ． 2 压力安全系统的操作原则规定若 无放空设备，安全设备可以是一个监控阀、一个过压快速 切断阀或者是一个过压切断阀。若有放空设备 ，安全设备 可以是一个具有足够泄放能力的安全阀。但是安全阀不能 在 压力控制 系统中独立使 用 ，必须 与一个监控 阀或者一个 过压切断阀联合使用，只能作为压力控制系统的第二级安 全设备使用。 1 ． 3国 内外标准规范对比分析 国内外规范对于压力安全系统的要求大同小异，仅对 于两级压力安全系统的设置条件稍有区别。 表1国内外标准规范对比 Ta b l e 1 S t a n d a r d s p e c i fi c a t i o n s c o mp a r e d 规范 两级压力安全系统的设置条件 E N1 2 1 8 6 的9 ． 2 强度试验是参考E N1 5 9 4 【 3 】 ，查阅E N1 5 9 4 的9 ． 5 ． 3 强度试验 压力为MI P O ． 1 5 MOP 。 由于不 同压 力下 的 MI P 与MO P 之间的系数是不相同的 】 ，这需要根据下游管道 的MO P 具体分析。 以济青二线的分输站场为例，调压后下游管道的最大 操作压力MO P d 为4 ． O Mp a ，根据E N1 5 9 4 的要求 ，强度测试 压力 S T P d 为 1 ． 1 5 MO P d O ． 1 5 M O P d I ] 1 ． 3 MO P d ，这样看来 ， 针对天然气长输管道的分输站场 ，在两级压力安全系统的 设置原则上，国外规范比国内规范的要求更为严格。 2 调压系统的配置 气体压力控制系统的作用是保证输气管道能够安全 、 平稳、连续地为各下游用户供气。目前，天然气长输管道 大多满 足GB 5 0 2 5 1 和E N1 2 8 6 设 置两 级压 力安 全 系统 的条 件 ，配置有以下几种方式。 2 ． 1 S S V 安全 切断 阀 P C V 监控调 压 阀 P V 工作调压 阀 S S V P C V P V的配置方式最大程度上保证 了调压系统 的可用性 ，避免由于工作调压阀故障引起突然停气。动作 设定值为P P P c v P 此配置广泛应用在西气东输、川气 东送等国内大型输气管道项 目中。 工作调压阀选用电动调节阀，在正常情况下系统为压 力调节 ，确保系统下游压力不超过设定的压力 ，并可方便 地在调控中心实现对其设定值的调整。当供气流量超过设 定值时 ，控制系统将自动切换为流量调节，对用户供气量 进行限量控制。 监控调压阀是安全调节系统中第一级安全设备，其作 用是当工作调压阀出现故障时，保证下游不超压的同时维 持下游的正常供气。正常情况下 ，监控调压阀因设定值高 于工作调压阀而处于全开位置，当lT作调压阀出现故障造 成下游超压达到其设定值时，串联的监控调压阀将 自动运 行。监控调压阀采用 自力式调压器 ，从动力到调节回路均 与工作调压阀不同，提高了系统的可用性和可靠性 。 自力 式 安全 切 断 阀是 压力 安 全 系统 中第 二 级 安全 设 备 ，其动作的设定值高于工作调压阀和监控调压阀的设定 值 ，正常时处于全开状态。当测量值大于安全切断阀的设 定值时及时切断供气管路并发出报警信号 ，以保证下游设 施的安全。安全切断阀关闭后 ，必须人工在现场确认关闭 原因后才能将其开启。安全切断阀需取得不低于S I L 2 的安 全认证 。 济青二线即采用此配置。 2 ． 2 S S V 安全切 断 阀 S S v 安全 切断 阀 P V 工作调压阀 此配置在陕京线等输气管道项 目有应用 。每一 回路 串联两 台安压全 截断设备 ，两台切 断阀对 系统 进行双 重保 护 ，此配置安全系数较高 ，在下游超压的情况下可迅速切 断管路 。缺点是一旦工作调压阀出现故障，即切断下游供 第1 期 孙金玲 天然气分输站场 调压系统设置探 讨 4 9 图1 S S V 安全切断阀 P C V 监控调压阀 P v 工作调压阀 F i g ．1 S S V s a f e ty s h u t o ffv a l v e P C V mo n i t o ri n g p r e s s u r e r e g u l in g v a l v e P V wo r k i n g p r e s s ure r e g u l a t o r 图2 S S V 安全切断阀 S S V 安全切断阀 P V 工作调压阀 F i g ．2 S S V s a f e t y v a l v e ， S S V s a f e ty s h u t o ffv a l v e P V wo r k i n g p r e s s u r e r e g u l a t o r 图3 S S v 安全切断阀 P V 监控调压阀 P C V 工作调压阀 F i g ． 3 S S V s a f e t y s h u t o ffv a l v e P V mo n i t o r i n g p ms s ure r e g u l a t i n g v a ne P C V wo r k i n g e s s ure r e g u l a t o r 。 图4 S S V 安全切断阀 P C V 监控调压阀 P C V 工作调压阀 F i g ．4 S S V s a f e t y s h u t o ffv a l v e P C V m o n i t o ri n g p r e s s u r e r e gul a t i n g v a lv e P C V wo r k i n g p r e s s u r e r e g u l a t o r 表2 MO P ，p e a k l e v e l OP ，T O P a n d MI P 之间的关系。 T a b l e 2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n MO P ,p e a k l e v e l O T OP a n d MI P M O P ／ M P a p e a k l e v e l O P ／ M P a T O P ／ M P a M I P ／ M P a M O P 4 ． 0 ≤ 1 ． 0 2 5 M O P ≤ 1 ． 1 M 0 P ≤ 1 ． 1 5 M O P 1 ． 6 0 P P c v 此配置应用较少。 3调压系统各阀门压力设定值 国内标准规 范G B 5 0 2 5 1 m 对于压力控制系统中安全装 置 的配置方式给出了3 种选择，但是没有给出各级压力设定值 的设置，因此 ，设计时必须参考国外标准规范。E N1 2 1 8 6 『 2 】 明确给出工作调节阀、监控调压阀、安全切断阀的压力设 定值，是目前进行长输管道分输压力设计的主要依据。 E N 1 2 1 8 6 中第8 节压力控制部分的表2 描述了MO P ，p e a k l e v e l O P ，T O P a n d MI P 之间的关系。 另外 ，在E N1 2 1 8 6 确定了各阀门的压力设定值 ，其中 8 ． 2 明确了压力调节系统设定值应不超过MO P ；8 ． 4 ． 1 规定安 全切断阀的设定值应是MI P 减去其精度正公差；8 ． 4 ． 2 要求监 5 0 仪器仪表 用户I N S T R U ME N T A T I O N 第2 2 卷 表3调压系统各阀门压力设定点 T a b l e 3 T h e p r e s s l l r e s e t t i n g o f t h e v a l v e o fthe p r c s s u r e r e g u l a t i n g s y s t e m 控调压器的设定值不超过T O P 。 4调压系统主备回路 自动切换原理 为保证系统的可靠性 ，调压系统配置一般为一用一 备或者多用一备的形式 ，这就需要考虑主、备路切换的问 题 。不同的配置有不 同的实现方式 ，下面仅对济青二线 采用的S S V P C V P V的配置形式进行 阐述。对于不同的配 置 ，各阀门的设定值也不相 同，在设计时可根据经验初 定，但需要在投产运行过程中进行不断摸索，调试出最合 理的设定值，以保证调压系统的顺利运行、平稳切换。 4 ． 1通过前 后阀门的自动开关实现 正常情况下主路供气 ，备用路上的前 后 电动球阀 处于关闭状态。当主路的工作调节阀及监控调压阀出现故 障时或者由于某种情况导致安全切断阀切断，为保证下游 用户正常用气，通过站控系统手动打开调压前 后 开关 阀、切换到备用路。 备用路P s 主路P ，约为1 ． 0 5 1 ． 1 倍的主路P s ，监控 调压阀和工作调压阀的主、备路的设定值没有区别。 4 ． 2前后 阀门均打开 ，通过P V的设定值 实现 通过 自动修改各调压 回路的电动调节阀P V压力设定 值 ，实现 回路的 自动切换。当主路电动调节阀正常工作 时 ，备用 回路 的P V 设定值低于主路P V 设定值1 0 ％甚至更 低。备用路的电动调节阀则处于关闭状态。 举例说明调压系统各阀门压力设定点。 从 表3 可 以看 出，此配置的P 备 P 主 ，约为1 ． 0 5 ～ 1 ． 1 倍的主路S S V 设定值，而备用路工作调压阀的设定值远远低 于主路P v 设定值。 正常工作时 ，主路负责调压工作 ，假设其出 口压力 值设定为4 ． O MP a ，备用路切断阀、监控调压器处于正常 调节状态 ，但是备用路电动调节 阀此时的调节设定值为 1 ． O MP a ，由于主路出口压力大于备用路出口压力，故备用 路气流无法流出。 当主路切断时，安全切断阀输出关闭信号到站控系 统 ，站控系统控制备用路的电动调节阀的调节设定值由 1 ．0 MP a 变为4 ．0 MP a ，备用路开始正常调节 、供气。 济青二线的压力控制系统各阀门设定值暂按此设置 ， 在投产运行过程中将不断调试 、找出最合理的设定值，以 保证调压系统的顺利运行、平稳切换。 5调压控制器 调压系统的控制可 以由专用的调压控制器实现 ，也 可以是集成在站控系统内部，由站控系统实现。现阶段 ， 多数项 目的调压系统配套了调压控制器，此做法虽然可由 调压橇厂家对整个调压系统负责 ，减少了业主协调的工作 量，减少开车时的麻烦 ，但同时也增加了投资并增加了中 间环节和故障点。若了解清楚各阀门的设定点及主、备回 路的切换原理后 ，调压系统的控制功能完全可以由站控系 统实现 。 6结论 天然气分输站场调压系统的设置关系到是否可以为下 游用户提供压力平稳 、安全可靠的高品质天然气，压力调 节系统其配置具有多样性 ，不同配置的各阀门设定点以及 切换方式也不尽相同。设计人员在进行配置时需综合考虑 多种因素，并在投产运行过程中将不断调试 、找出最合理 的设定值，以保证调压系统的顺利运行、平稳切换。 参考文献 [ 1 ] 输气管道工程设计规范 G B 5 0 2 5 1 2 0 0 3 [ S 1 2 0 0 3 ． [ 2 ] B S E N 1 2 1 8 6 气 体供应系统一 用于输送和分配的气体调压站一 功能要求 G a s s u p p s y s t e ms G a s p r e s s u r e r e g u l a t i n g s t a t i o n s f o r t r a n s mi s s i o n a n d d i s t r i b u t i o n F u n c f o n r e q u i r e me n t s [ S ] ． 【 3 】 B S E N 1 5 9 4 ． 气体供应系统一 最大压力超过1 6 b a r 的管道一 功 能要 求 Ga s s u p p l y s y s t e ms P i p e l i n e s f o r ma x i mu m o p e r a t i n g p r e s s u r e o v e r 1 6 b a r F u n c t i o n a l r e q u i r e me n t s [ S ] ． [ 4 ] 王书惠． 天然气长输管道分输压力控制系统技术研究[ J 1 ．石油规 划设计，2 0 1 2 ， 2 3 1 2 3 2 6 ． _一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一一一一一一一一一一一- 上接 第3 1 页 施工设计，通过以上可靠的自控设计保证了整条输气管线 的安全运行。 参考文献 【 1 ] 李春艳， 毛敏， 陈凤 输气管道阀室设计浅析 fJ ] ． 石油规划设 计， 2 0 1 4 ，2 5 1 4 6 ． [ 2 】 蒋永涛． 线路截断阀气液联动执行机构引压管安装 管道技术 与设备， 2 0 0 7 ， 1 3 4 ． [ 3 】 王多才， 高鹏， 王海峰， 等 气液联动执行机构意外关断分析及在 西气东输的应用 石油规划设计， 2 0 1 2 ，2 3 2 5 1 ． [ 4 】 端木君， 段冲， 李伟． 对雷电干扰导致西气东输管道线路G O VI] 误关断事件的研讨U 】 l石油工程建设， 2 0 1 3 ，3 9 4 5 5 ． 【 5 ] S Y ／ T 6 6 7 1 2 0 0 6 ， 石油设施电气设备安装区域一级、0 区、1 区 和2 区区域划分推荐作法[ s 】 [ 6 ] 王向明， 李萍， 赵国敏， 等． 长输管线远控阀室的供电设计 石油 化 工自动化 ，2 0 1 1 ， 4 7 5 6 5 ． [ 7 ] 张继亮， 王艳芳， 王蕾， 等． 输气管道手动阀室数据远传系统改造 l I 1 ． 管道技术与设备， 2 0 1 3 2 2 6