天然气调压设施在工厂中的应用.pdf

第 4 O卷第 1 2期 2 0 1 1年 1 2月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 0 ． N O ．1 2 D e c e mb e r ， 2 0 1 I 天然气调压设施在工厂 中的应用 ， 韩 枫 ， 王 冬 中国寰球工程公司辽宁分公司， 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 6 摘 要随着石油价格的不断上涨 ，天然气凭借其在清洁性 、经济性、方便性、用途广泛性和高效性等方 面的禀赋优势，在全世界许多地方，在越来越多的领域代替煤炭或石油，用于居民生活、 城市燃气 、 工业发电、 化工生产等，成为有利于提高人类生活质量、促进经济发展的 “ 绿色能源” 。介绍了天然气调压设施的组成， 工作原理及其在石油化工中的应用。 关键词过滤器；安全切断阀；工作调压阀 中图分 类号 T E 6 4 文献标识 码 A 文章编号 1 6 7 1 - 0 4 6 0 2 0 1 1 1 2 1 2 8 5 0 4 Ap pl i c a t i o n o f Na t ur a l Ga s Pr e s s ur e Re g ul a t i ng De v i c e i n Ent e r pr i s e s HAN Fe n g， WANG Do n g Ch i n a Hu a n q i u Li a o n i n g Br a c h Co mp a n y , L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t W i t h t h e r i s i n g o f p e t r o l e u m p ric e ， n a t u r a l g a s wi t h c l e a n ， e c o n o my , c o n v e n i e n c e a n d h i g h e ffi c i e n c y h a s wi d e l y b e e n u s e d t o r e p l a c e c o a l a n d p e t r o l e u m i n ma n y fi e l d s ， s u c h a s u r b a n g a s，p o we r g e n e r a t i o n ，c h e mi c a l p r o d u c t i o n a n d S O o n ， a n d h a s b e c o m e” g r e e n e n e r g y ”f o r i mp r o v i n g t h e q u a l i t y o f h u ma n l i f e a n d p r o mo t i n g e c o n o mi c d e v e l o p me n t ． I n t h i s p a p e r , s t r u c t u r e a n d wo r k p r i n c i p l e o f 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 o n d e v i c e we r e i n t r o d u c e d a s we l l a s i t s a p p l i c a t i o n i n p e t r o c h e mi c a l e n t e r p r i s e s ． Ke y wo r d s Fi l t e r ； S a f e t y c u t o ff v a l v e ； P r e s s u r e r e g u l a t i n g v a l v e 天然气作为一种能源为人类 了解和 当作燃料 利用 ，已经有 了 2 0 0 0多年的历史。中国作为世界 上最早利用天然气的国家之一， 早在公元前 3 世纪， 就在四川 1 有了用天然气熬盐的记载。但是，作为重 要 的能源和化工原料为社会所重视和大力开发利用 应该以 1 9 2 5年美国铺设第一条天然气长输管道 路 易斯安那州北部至德克萨斯州博芒特市 作为现代 工业利用的标志，它不仅把天然气作为商品大量推 向市场，而且促进了天然气的化工利用，开创了天 然气利用的新时代。 1 天然气的优点 随着石油价格 的不断上涨 ，天然气凭借其在清 漕 l生、经济性 、方便性 、用途广泛性和高效性等方 面的禀赋优势 ，在全世界许多地方 ，在越来越多的 领域代替煤炭或石油 ，用于居民生活 、城市燃气 、 工业发电、化工生产等，成为有利于提高人类生活 质量、促进经济发展的“ 绿色能源” ，在能源消费结 构中的比例日益攀升，已经与石油、煤炭并列被称 为能源的“ 三大豪 门” 。 2 天然气调压设施在工厂中的应用 2 ． 1 天然气在石油二厂中的应用 随着石油价格的不断上涨 ，节约能源 、降低成 本、减少污染排放成为现代大型工厂的首选。大储 量气田的发现及西气东输管线的建成，使工厂使用 天然气成为可能 。 目前石油二厂燃料气车间担负着东部地区燃料 气的平稳供应、安全管理等，现有湿式气柜 1 台， 容积为 3 2 0 0 0 m 。 ， 燃料气螺杆压缩机 4台 每台额 定功率为 3 1 5 k W， 流量 2 0 0 0 m ／ h ，主要用于回收 低压燃料气，向高压燃料气管网补充高压燃料气。 该气柜建成于 1 9 9 1 年 ，并于 1 9 9 2年投用。 自投用 后，由于全厂没有备用气柜，且检修工期超过 1 个 月 ，如停用气柜进行检修 ，则各生产装置所产低压 燃料气只能放火炬，这样严重影响抚顺石化公司的 燃料气平衡。 经过对石油二厂使用天然气所作的可行性研究 报告的评估，对于使用天然气是可行而经济的。 2 ． 2 天然气调压设施的使用 为使自天然气销售公司来的压力 4 ．0 M P a 的天 收稿 日期 2 0 1 1 1 O - 2 5 作者简介 韩枫 1 9 6 1 一 ， ，辽宁抚顺人，高级工程师，1 9 8 2年毕业于东北电力学院 现东北电力大学 自控专业 ，从事设计工作。 E - m a i 1 h f 3 3 7 7 s i n a ． C O N 、 一 ’ 一⋯ ⋯ 1 2 8 6 当 代 化 工 然气经 D N 2 0 0管道送至石油二厂。 需经过调压站减 气管网。 压维持 0 ． 4 5 MP a ，经管道输送至新建石油二厂天然 图 1 石油二厂调压设施 撬装式 流程图 F i g ． 1 F l o w d i a g r a m o f p r e s s u r e r e g u l a t i n g d e v i c e s k i d mo u n t e d i n N o ． 2 R e fi n e r y F } j 流程图 l 可看出调压站的组成。 入 口总管 电动开关阀 H V 一 1 0 0 1 。管线 1 ，过滤 器 1 、计量级流量计 带温压补偿 、安全切断阀 P C V 一 1 0 0 3 ／ 1 、监控调压阀 P C V一 1 0 0 2 ／ 1 、工作调压 阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 1 ；管线 2 ，过滤器 2 、计量级流量计 带温压补偿 、安全切断阀 P C V 一 1 0 0 3 ／ 2 、监控调 压阀 P C V 一 1 0 0 2 ／ 2 、工作调压阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 2 ，出口 总管电动开关阀 HV 一 1 0 0 2 。 ～ r 作原理 1 进 、 出口电动切断阀 HV 一 1 0 0 1 、 H V 一 1 0 0 2 当进 口或出口出现不利于调压设施或工厂燃料 管网的情况时， 将切断天然气总管供气。 2 计量级流量计 带温压补偿 为了精确计量来 自供气管网进入工厂的天然气 流量设置计量级气体流量计并带温压补偿。 3过滤器 1 、2 图 2 天然气过滤器主要由一级旋风分离器、二级惯 性除沫器预滤和凝聚、三级精滤芯凝聚、排污阀等 组成 ，夹带液体和固体颗粒 的天然气 ，由进气管以 切线方向进入一级旋风分离器。经过旋风分离，较 大的液滴和固体颗粒被分离出来。 图 2过滤器实物图片 F i g ． 2 F i l t e r r e a l o b j e c t p h o t o 然后 ，经过二级除沫器 ，气体通过惯性碰撞作 用下 ，气 、液 、固进一步分离。气体 中粒径较大的 尘埃被滤除 ，对后级精滤芯起保护作用。气体通过 精滤芯 第三级精滤 ，粒径大于 1 0 u m 或更细 的固体粒子被滤除 ；粒径微小的液态雾状物被收集 在精滤芯上 ， 并凝聚成较大的液滴 ， 在重力作用下 ， 沉降到精滤管底部。分离出来的液体由各排污口排 出，经处理的天然气由过滤器顶端的出气 口出气。 在过滤器的进 出口设置差压指示仪用以监视 过滤器是否需要清洗。 4 安全切断阀 P C V 一 1 0 0 3 ／ 1 、 P C V 一 1 0 0 3 ／ 2 图 3 安全切断阀是安装在调压管线的 自动进行切断 的一种安全设备。当下游的压力达到安全切断阀的 切断设定压力时 ， 安全切断阀能够快速的切断供气 ， 以保证调压设施的安全。 从原理上讲该安全切断阀是一种轴流式的切断 阀，它的执行机构与指挥器系统保证安全切断阀处 于打开状态。安全切断阀最主要的部件阀筒在 阀体内是进行轴向运动的， 所以当管道中有压力的 情况下不需要另外 的旁通来先平衡气体。安全切断 阀只能通过逆时针方向手动旋转偏心轴来打开。阀 口垫由于有阀座的保护 ，它不受气流的冲击 ，所以 即使是气体比较脏也不会对它有影响。 当下游的压力低于安全切断阀的设定压力时 ， 指挥器保持正常状态，保证安全切断阀的偏心轴不 动作，使安全切断阀保持在开启的状态。当下游的 压力变化超过安全切断阀的设定压力时 ，安全切断 阀的指挥器释放切断阀的偏心轴，在安全切断阀的 主弹簧的作用下， 阀筒关闭， 安全切断阀切断供气。 安全切断阀的执行机构上有手动切断按钮，在 紧急情况下或进行维修／ 检查时能迅速关断切断阀。 第 4 O卷第 1 2期 韩枫，等天然气调压设施在工厂中的应用 1 2 8 7 图 3安全切断 阀实物 图片 F i g ． 3 S a f e t y c u t - o f f v a l v e r e a l o b j e c t p h o t o 5工作调压 阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 1 、P C V 一 1 0 0 1 ／ 2 工作调压阀是带指挥器作用式调压阀，非常适 合用于需要持续不断提供下游压力 的高压及大流量 工作环境。 调压阀具有 “ 故障关闭 F C ”和 “ 故障开启 F O ”两种型式。 调压阀“ 故障关闭 F c ”型工作原理 调压阀的皮膜组件 与调压阀的阀辨联接在一 起 将调压阀的执行机构分成两个腔室。调压阀一 个腔室与下游压力是相通的，另一个腔室与指挥器 所产生的驱动压力相通 。没有气通过时 ，在主调压 器主弹簧的作用下 ，调压阀的阀口将关闭。 当调压 阀工作时 ，在指挥器 的作用下 ，当指挥 器输出的驱动力大于出口压力加上主弹簧的作用力 时，调压阀的阀 口打开 。当作用在皮膜腔两边 的力 相等时，阀芯保持当前位置不动，此时出口 压力等 于调压 阀的设定压力f 图 4 。 图 4 工 作调 压 阀 实物 图 片 F i g ．4 Wo r k i n g p r e s s u r e r e g u l a t i n g v a l v e r e a l o b j e e t p h o t o 当下游的流量发生变化 时，调压 阀的出口压力 与指挥器的控制压力进行比较 ， 通过指挥器的控制 ， 开大或关小调压阀的阀口来保持下游的压力稳定。 调压阀“ 故障开启 F O ”型工作原理与上述 调压阀“ 故障关闭 F c ”型工作原理正好相反。 6监控调压 阀 P C V 一 1 0 0 2 ／ 1 、P C V 一 1 0 0 2 ／ 2 监控调压阀的调压阀部分的工作原理与上面5 中 的原理相同。而其监控调压阀在调压系统中是一种安 全设备。 安装监控调压阀的目的是当系统超压时， 保 证在不间断供气的情况下，起到安全保护的作用。 监控调压 阀的设定压力 比主工作调压阀的设定 压力稍高。 在正常情况下 ，由于监控调压 阀的设定压力高 于出口压力 ，所以监控调压 阀处于全开状态 ，如 由 于工作调压阀发生故障，使下游压力增高，当下游 压力增加到监控调压阀的设定压力 时监控调压阀则 开始工作 ，出口压力按监控调压阀的设定压力进行 调节。 监控调压方式有两个功能 正常情况下 ，监控 调压 阀可进行二次调压 ；一旦主调压阀发生故障， 监控调压阀变成工作调压阀。 由于加热炉燃料气是整个装置的命脉 ，而撬装 调压设施是供给全厂多套装置燃料气的最重要设 施。它的安全运行与否直接关系到全厂各个装置燃 料气的供应。 由流程图可看出，为安全生产起见调压站设置 两条调压管线 即一用一热备 的工作方式。 正常时来 自天然气传输管线的高压燃气 4 ．0 MP a 经过管线 1或 2的过滤器 、计量级的流量计 带温压补偿 、安全切断阀 、监 控调压器 、工作 调压器降为工厂燃料气管网 所需要的燃气压力 0 ． 4 5 M P a 。 如果以第一条管线为主调压管线 ，第二条管线 为 辅 助 调 压 管 线 相 反 也 可 以 设 定 第 二 条 管线为主调压管线，第一条管线为辅助调压 。 第一条管线上的各个调压阀工作压力分别设 为 工作调压阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 1 0 ． 4 5 M P a即工厂燃料 气管网压力 、监控调压阀 P C V 一 1 0 0 2 ／ 1 稍高于工 作调压阀的设定值 、安全切断阀 P C V 一 1 0 0 3 ／ 1 稍 高于监控调压阀的设定值 。 第二条管线上的各个调压阀工作压力分别设 为 工作调压阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 2 设定值稍低于工厂燃 料气管网的压力 、监控调压阀 P C V 一 1 0 0 2 ／ 2 稍高 于 主 工 作 调 压 阀 的设 定 值 、安 全 切 断 阀 P C V 一 1 0 0 3 ／ 2 稍高于本线路监控调压阀的设定值 调压设施的工作原理是 1 j正 常工作时来 自天然气传输管线的高压燃 气 4 ．0 M P a 经过管线 1 ，由工作调压阀将天然气 降 为工 厂 燃料 气 管 网所 需 要 的燃 气 压 力 0 ． 4 5 MP a ，监控调压阀 P C V 一 1 0 0 2 ／ 1 、2 、安全切断 阀 P C V 一 1 0 0 3 ／ 1 、2均高于主工作调压阀的设定值处于 全开状态 ，而管线 2 上的工作调压阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 2 设定值低于工厂燃料气管网的压力值，所以工作调 压阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 2 处于关闭状态。 2 当工厂燃料气管 网压力增加到监控调压阀 的设定压力时监控调压阀则开始T作 ，出口压力按 监控调压阀的设定压力进行调节。 当压力变化超过安全切断阀的设定压力时，安 全切断阀的指挥器切断供气。 而管线 2 上 的工作调 压阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 2设定值低于工厂燃料气管网的压 力值 ， 所以丁作调压 阀P C V 一 1 0 0 1 ／ 2 处于关闭状态 。 3 当工厂燃料气管网压力下降即燃料气使用 量增加时，管线 1 的流量不足以维持工厂燃料气管 网的压力 ，当压力低于工作调压阀 P C V一 1 0 0 1 ／ 2设 定值时 监控调压阀 P C V 一 1 0 0 2 ／ 1 、2 、安全切断阀 P C V 一 1 0 0 3 ／ 1 、2均高于工作调压阀的设定值处于全 开状态 两条管线 同时处于工作调节状态，以满足 工厂燃料气管 网的压力平衡。 当管网压力逐渐升高恢复到正常值时，丁作调 压阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 2关闭。由工作调压阀 P C V 一 1 0 0 1 ／ 1 单独进行调节 。 根据以上所述调压设施是既可以满足生产需要 又可以保证系统的安全。 3 结束语 中国石油天然气集团公司正在建设从华北地区 通往辽宁地区的天然气管道 ，管线路经廊坊一 秦皇 岛一 沈阳一 抚顺 盘锦 ，抚顺末站设在演武地区。 预计 2 0 1 2年度将建成通气 ，供气质量符合中国国 家二类气标准 G B 1 7 8 2 0 1 9 9 9 o到 2 0 1 4年 由大 连一 沈阳的 L N G天然气管道将与此线连接并网。 近期抚顺石化公司已与天然气销售公司草签了 天然气采购与输送框架协议。 中国石油销售板块负责将天然气管道连接到石 油二厂区域外 1 i n 处 。 抚顺石化公司为充分利用天然气已设计多套调 压设施 ，并将在近期投入使用 。 上 接 第 1 2 8 4页 通过对比，在达到相同减压塔真空度前提下 ， 采用蒸汽喷射抽真空系统时，蒸汽消耗为 3 ． 8 5 t ／ h 。 而采用液体喷射器系统时 ，两级循环泵的电力消耗 总和为 6 7 1 k W／ h ， 能耗降低 4 2 ％左右。 如果考虑冷 却系统的能耗，总能耗降低 4 7 ％左右。 2 操作灵活，工艺包供应商在谈判过程中 提出，通过调节 ，单开一级抽空器可 以实现减压塔 顶真空度 4 0 mmH g a ，开两级抽空器时，减压塔顶 真空度达到 1 5 m mHg a 。格尔木炼油厂在实际试运 行 中分别进行 了考察 ，在抽真空负荷低于设计负荷 时，单独运行其 中一级喷射器 ，即能够满足减压塔 真空度的要求 。同时，一级和二级喷射器气体排放 出口的压力都可以高于设计压力 ，为不凝气排放 出 路 的选择增加了灵活性 。如果将两级液体喷射器 同 时运行 ，真空度能迅速稳定的达到设计要求 ，为减 压塔的稳定操作提供了良好的基础，并降低了调整 操作的难度。 3 环境友好，由于格尔木炼厂减压塔采用 干式操作，而抽空介质是常二线或常三线油，使得 抽真空系统没有任何污水排放 ，也没有减顶柴油的 乳化问题 。相比减压塔顶采用蒸汽的抽空系统 ，污 水排放量大大降低，柴油乳化问题也迎刃而解。 4 结 论 液体喷射抽空器同蒸汽喷射抽空器相 比，不仅 可以大大降低能耗 ，达到节能降耗的 目的。而且由 于此项技术没有酸性水排放， 也降低了酸性水排放 处理的成本 ，是一项节能减排的良好技术 。 参考文献 [ 1 j汉光机械厂水暖三结合小组． 蒸汽喷射器计算[ M ] ． 第一版． 国防工业出版社 ，1 9 7 4 ． [ 2 ] 张乐平 ，陈勃．蒸汽喷射式抽空器变工况性能及 Y o n g 分析『 J 1 ． 化工机械， 2 0 0 1 ，2 8 4 2 0 3 2 0 6 ． [ 3 ] 洪厚胜，谢玉健 ，王亚利． 减压蒸馏装置多级抽空器数值模拟[ J 1． 石油化工设备， 2 0 0 9 ，3 8 2 3 5 3 9 ． [ 4] 韩冰，李洪洋，王雪莲． 两级液体喷射器及其应用『 J l _ 炼油技术 与工程， 2 0 1 0 ， 4 0 5 3 9 4 1 ． [ 5] 王进刚． 液体喷射器在常减压蒸馏装置抽空系统的应re[ J ] ．炼油 技术与工程 2 0 0 6 ， 3 6 8 3 5 3 7 ．