加注撬在天然气输送管线上的应用.pdf

第1 2 期 一 4 3一 加注撬在天然气输送管线上的应用 胡军 西安泵阀总厂有限公司，陕西 西安7 1 0 0 3 2 [ 摘要]介绍了加注撬的构成、功能分类以及加注介质和系统主要参数，从流程、管路设置和控制原理等方面阐述了该类 产品的结构原理，分析了加注撬的优势，探讨了加注撬的发展方向。 [ 关键词]天然气站场；加注撬；流程；控制原理；应用 天 然气 站 场及 长 输 管线 因气 体 组 分原 因可 造成水合 物、冰 堵、腐 蚀等情 况，影 响管线的正 常输送和 使用寿命 。为了抑制 水合物 生成、防止 冰堵 ，缓解 介质对 管线 的腐蚀 ，需要 向管线注入 定量 的雾化 良好 的液体化 学物质 。近年来 ，工 艺 装置模块化 、撬装化理念得 到广泛认 可，加注撬 因此诞生 ，它具备加注 系统 的所有功 能，使加注 系统 的标准化 设计 、快捷施工甚至移 动加注成 为 可 能，这些优 点促进 了加注撬得到愈发广泛 的应 用 。 1 加注撬的构成及功能 根 据功能需要 ，加注撬可配储液罐 、进液齿 轮泵 、加注计量泵 、加注管路 、备用加注管路 、 溢流 回路 、管路 附件 、压力显示或压力变送器 、 流量计 、动力控制装置 、 自动控制装置等 ，可称 为 加注 单 元 。上述 配备 单元 可 实现 以下 功 能 1 在场地提供电源的情况下独立完成液体 加注工作。 2 实现流量、压力的智能化控制并提供操 控平 台。 3 实现连续加注或间歇加注 。 4实现 固定加 注撬加 注或移 动加注撬 加 注 。 5 在连续加注工况下 ，可手动或 自动切换 加注泵和加注管路 ，进行加注泵维修和加注管路 过滤器的清理和管路 附件维护。 2 加注撬分类 加注撬 可从 自动化程度、可移动性 、是否带 储液罐三方面进行分类和组合，主要分为 2 ． 1 智能加注撬和普通加注撬 具备有加注流量 、加注压力反馈和 比较并依 靠 自身携带的 自动控 制装 置按设定值进行 自动调 整精确加注的，为智能加注撬。 依靠加注泵 自身 的计量功 能和额定扬程对加 注 流量、压力进 行控制 ，无反馈和 自动控制系统 的，为普通加注撬 。 2 ．2固定式加注撬和移动式加注撬 移 动式 加注 撬 是 对 固定 式加 注撬 在 可移 动 性 如 吊装 与防护 、储液罐配备 、动力 电源、 自动控 制箱 、管路接 口等 方面进行适应性改进和 配备 ，具备较 高的机动性和独立 的动力 、控制配 备，可满足 多条定期加注 管线 的需要 ，能 降低加 注装置的购置和建设成本。 2 ．3 带储液罐式和无罐式加注撬 对 无集 中加注站的场合 ，因现场无加注液储 罐 ，通 常使用 带有储液罐 的加注撬 ，定期 由罐车 向储液罐 内补充加注液。 对于有加注液储罐的集 中加注站或场所 ，使 用无罐式加注撬 。加注液储罐 内的加注液通过管 线或罐车补给 ，加注撬仅执行加注功能。 对 于现场无储液罐但加注量较大的场合，可 订制装有大容量储罐的加注撬或设置独立储罐 。 2 ．4其它加注撬 根据站场模块化设计的需求 ，还可 以订制一 个加注撬含多组加注单元 的产品，可对2 个以上的 输送管线进行加注 ，便于集中管理。 3 加注撬结构原理 由于加注撬模块分类 的多样性，现仅 以智能 作者简介 胡军 1 9 6 6 一，男，江苏无锡人，工程师。主要从 事阀门技术研发工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 一 一 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 2 年第1 5 卷 化单泵单管路无储液罐加注撬为例进行说明。 g 甄 t 叠 廷 3 ． 1 加注撬管路仪表流程 i ， 加注撬流程图见图1 。 一 一 I ～ _ l_一 蔫 长 爨 走 _ 1『 ⋯ 一 一 一 曼 诲 臻 基 谢 箍 鞴 鞴 叠 四 麓 袋 。 拭 葛 残 ． ’ 蠹 糍 j j 晓∞ 旃 订辫 秘甑 避 、 ； ≮ 盘 嚣 g 由 裘 疆 瑟 翘 l l i Il ；，i盘 嚣 鬻 l I i 。 一 _l ～ 羹 鬈 一 、 ▲ 谴 甜 乏 鲢 秘 谴 氍 爱 汪 澎 矗 蹿 ／ 连 一 j ． - ． _ 露施姥爨 路 簿瓣 巍跫 、 图1 加注撬流程图 通过流程图可 以看 到加注撬 的基本加注流程 和管路设置 1 加注液经齿轮泵输送进入加注计量泵进 口管路，为防止杂质进入加注泵影 响使用寿命 ， 在其前段增加 了过滤器 。增加齿轮泵是 为了保证 计量泵有稳定 的流量输入并能增加 一部分的加注 压力 。齿轮泵 的流量通常较大 ，因此在 齿轮泵 的 出口增加 了溢 流管路 ，管路接至泵进 口。当现场 条件有稳 定的供给 时，可不经齿轮泵而通过进 口 备用管路 向加注泵提供加注液。 2 加注计量泵输 出的加注液通过加注撬加 注管路向下游输送管线的雾化器提供一定流量和 压力的加注液。由于加注计量泵需要较高压力输 出，通常选用柱塞泵 ，柱塞往复运动时压力波动 较大 ，因此在泵后的管路 中安装 了阻尼器用来 削 峰和补偿 ，起到一定的稳压作用 。管路上的压力 变送器 或压力表 和流量计用来对实际压力和 流量进行测定 ，避免加注计量泵 自身计量误差 ， 保证 工艺需要 的加注压力和 流量 。当加注计量泵 工作 出现异常、输出压力超过加注管路设计压力 时，安全 阀开启 ，通过超压溢流管路 回流到加注 撬管路进 口，保护输出管路的安全。 3 ．2加注撬智能控制系统原理 智能控制 系统采用 目前 国际流行控制理论～ P I D 闭环控制，基于反馈的概念，这个理论和应用 自动控制 的关键是在正确测 量和 比较后 ，及时准 确地纠正系统。系统原理示意如图2 。 图2 系统原理示意图 3 ．2 ． 1 P I D 及其运算方法 P I D由比例单元 P 、积分单元 I 和微分单元 D 组成 ，是应用很成熟的控制器 。其输入e t 与 输 出u t 的关系为 u t - k p [ e t l ／ T I j ’ e t d t T Dd e t ／ d t ] 式中积分的上下限分别是0 和t 。 传递函数为 G s U s ／ E s k p [ I I ／ T I s T Ds 】 式中k D 为比例系数，T I 为积分时间常数，T D 为微分时间常数。 3 ．2 ． 2 加注撬智能控制系统工作原理 齿轮泵 的转速 由压力 l 控制，该压 力1 必须处 于一个稳定的压力值 ，压力值实时反应给P L C 控制 系统，P L C 控制系统输出相应的电流信号给齿轮 泵，从而达到调节齿轮泵转速 、最终稳定压力1 的 数值，该控制是一个P I D的闭环回路。因在实践中 齿轮泵不需要较高的输出流量和压力精度，通常 不设置此控制回路。 流量计数值 的稳定过程与齿轮泵 的工作 原理 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第1 2 期 胡军 加注撬在天然气输送管线上的应用 ． 4 5． 相 同 ，加注计 量泵 的转 速 受 出 口流量计 控制 ，流 量 值 实时反馈 给P L C控制 系 统 ，P L C 经过P I D运算 ，输 出相应 的电流信 号调节 计 量泵 的转速 ，从而稳 定 出 口流量 值 ，该控 制也 是一 个P I D的闭环回路 。在加注 撬 的工程实践 中 ，主要 设 置此控制回路。 3 ． 3智能控制系统基本流 程 智 能控 制系 统示 意图 见图3 。 智能控制系统的核心是P L C 在控制箱中。 P L C将两个压力信号和一个流量信 号进 行实时采 集，P L C的C P U进行逻辑运算，同时将采集到的压 力、流量信号经过4 8 5 总线上传给人机界面，人机 界面将数据显示 出来 ，以便操作人员及时得到设 备 的实时参数 。C P U除 了将信号给人机界面上传 外同时进行P I D运算，运算结果送给变频器或其他 控制加注计量泵 的操作机构 ，变频器收到数据后 及时改变输出频率，从而达到控制电机转速调整 加注泵工作参数 的要求 ，最终实现压力、流量的 稳定运行。 4 加注介质及加注撬参数 加注撬 用于天然气 管道时通常加注 甲醇 、乙 二醇 、缓蚀剂等液体化工 品，抑制水合物生成和 防止冰堵，缓解介质对管线的腐蚀 。 加注撬 的参数 由加注 流体系统和智能控制系 统两大部分组成 。 4 ． 1 加注流体系统参数 加注流量Q，系统每小时的加注液流量 ，根据 输送管线 所加注管线 的工艺需要确定 ，是选 择加注泵 、流量计 、阀门、管路及 附件 的主要参 数 。 加注压力P ，为使加注液体能够顺利注入输送 管线，一般加注压力比输送管线压力高一个级别 或是输送管线压力 的1 ． 3 倍左右 。加注压力是选择 加注泵 、流量计 、阀门、管 路及 附件 的另一主要 参数。 图3 智能控制系统示意图 4 ．2智能控制系统参数 防爆等级系统整体根据加注环境对动力线 路和控制线路提 出防爆等级要求。通常对天然气 管线的加注撬，整体系统应符合防爆d l I B T 4 等级 要求 ” 。 测 量 信 号 加注 撬控 制 系 统信 号通 常选 择 4 2 0 mA模拟量 。当现场具备撬外控制系统时，加 注撬 的输 出与输入按撬外系统要求选择信号 。加 注计量泵前后可以设置两个压力测量点，以便精 确控制齿轮泵和加注泵 ；通常在加注泵和 阻尼器 之后设置一个压力测量点即可 。 通 讯 标 准 加 注 撬 的 通 讯 标 准 通 常 选 择 R S 4 8 5 ，以适应联网、高速和长距离传送等要求。 现场电源加注撬通常按现场具备A C 3 8 0 V 工业电源设计动力控制。 其 它要求 浪涌保护 对 于安装在室外 的加 注撬，依据现场条件应考虑防雷电保护。 移动要求对于需要移动的加注撬，应考虑现 场起吊或装卸条件 ，设置吊装环和铲卸槽 ，并设防 护框架，在 吊装时对撬 内设备和管路进行防护。 5加注撬具备的优势 常规加注装置需要在采、集、输站场建设泵 站、安装储罐、架设注入管线并在输送管线安装 雾化器，整套装置需要专门设计、制造，施工安 装较 为繁琐 ，且 占地面积较大 ，费用 高、制造和 安装周期长。 下转4 8 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ． 4 。 ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 2 年第 1 5 卷 表4 应用螺杆泵提液计划安排表 批次 油井状况 井数 井 号 第一批 螺杆泵井 5 H I 2 2 8 2 0 m 、H 8 1 5 1 8 ． i m 、H I 3 1 8 5 ． 8 m 、H C 7 2 7 C 4 ． 9 m 、H 1 7 3 3 1 2 ． 7 m H l 8 - 2 6 7 ． 5 m 、H 1 1 3 5 7 m 、H 5 6 C 4 ． 3 m 、H 6 2 0 7 ． 8 m 、I { i 3 4 4 1 2 m 、H l l 4 l 5 ． 8 m 、H l 6 2 第二批 含水 9 0 ％ 2 7 2 5 C 、H I 9 1 3 0 、H 2 1 2 3 0 、H C I 3 1 6 、H C l 9 2 5 、H C 7 1 7 、H 9 1 9 、H 1 2 3 5 、H 1 7 3 4 、H 1 6 ～ 2 6 C、H 2 2 6 、HI 9 3 O 、H l 4 4 2 C 、H X I 9 1 2 7 、H C 7 2 9 、H 2 0 1 3 O 、I { 1 6 1 3 4 第 四批 已下大泵井 7 H 2 4 1 6 、H 1 0 2 3 、H I 4 4 7 、H I 6 3 0 、H 2 3 ～ 1 5 、H 1 4 1 6 、H 2 0 1 2 7 合计 5 1 3结论与建议 1 正常检泵 。目前海外河油田正常运转螺 杆泵井3 7 口，按单井年检泵一次计算，需井下泵 3 7 台。 2 变 频器 调参 。现 有螺 杆泵 可调 参井 5 口 。 3 稳油控水试验 。对1 5 口抽油机井进行稳 油控水试验，需配套2 0 0 ml ／ r p n l 井下泵 1 5 台，地面 控制装置1 5 套，变频器 1 5 套。 4 大排量提液。需配套8 0 O ml ／ r p m井下泵 和地面控制装置及变频器 。 ◆参考文献 [ 1 】 马强． 倾斜管道内油／ 7 ／ 层流的稳定性分析[ J ] ． 国外油田工 程，2 0 0 9 ，2 5 3 、 4 8 ． 5 1 ． 【 2 】 马强． 螺杆泵采油工艺在海外河油田的应用[ J ] _ 江汉采油工 艺，2 0 1 2 ，l 6 1 l 1 1 4 ． [ 3 ] 马强． 海l 块复合深度调驱体系研究[ D ] ． 大庆东北石油大 学，2 0 1 2 l - 5 8 ． 上接4 5 页 加 注 撬 实行模 块 化设 计和 工 厂化 制造 ，优 势在于 能降低站场建设在征地 、设备 改造方面的 投入成本 ，降低改造 时的生产损失 ，缩短建设周 期 ，提高建设和改造的工作效率。 加注 撬 不仅 简化 了站场 的设 计和 施 工工 作 量，而且可 以最大程度地减少原无加注装置站场 改造 的工作量 ，并减少站场改造对集输运行 的影 响，还可对一些周期性加注的管线实施移动式加 注 。 6 加注撬的应用及发展 加注撬在 国内已有较早的应用 。西气 东输管 道沿线分输站 的甲醇加注撬 ，用于调压后温 降较 大分输站 的越冬保护 。加注撬经过多年 的工程应 用实践，普通 型产 品性能稳定、质 量可靠 ，近年 来大量使 用在 甲醇 、乙二醇、缓蚀 剂等加注系统 中，运行情况 良好 。近年来随着天 然气站场建设 自动化程度 的提高 ，加注撬逐渐 向智 能化方 向发 展 ，智能化不但提高 了作业效率，还有效提高 了 加注精度 ，取得 了较好 的加注工艺效果 。具备 良 好通 讯接 口和操作界面 的智能化加注撬得到广泛 应用 ，使得现场操作和集散控制更加 方便 ，可 以 为无人化作业站场 的加注提供 良好的支持 。智 能 型产品随着站场建设 自动化程度的提高得到更广 泛 的推广和应用 。加注撬适应 了站场建设模块化 和 自动化发展的需要 ，该类产品具有 良好 的应用 前景 。 ◆参考文献 [ 1 】 G B 3 8 3 6 ． 1 2 0 0 0 ，爆炸性气体环境用电气设备第1 部分通 用要求[ S ] ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m