天然气调压橇系统配置

第35卷第3期煤气与热力Vol 35 No. 32015年3月GAs heatMar.2015·燃气输配与储运天然气调压橇系统配置刘子良(高拓石油天然气技术(上海)有限责任公司北京分公司,北京100023)摘要:分析了天然气调压橇系统的配置,包括安全切断阀的选择,调压设备(调压器和调节阀)类型和结构形式的选择,主要功能阀(安全切断阀、工作调压设备、监控调压设备等)的配置减压级的选择。关键词:天然气调压;调压橇;系统配置;安全切断阀;调压器;调节阀中图分类号:TU996.6文献标志码:B文章编号:100-4416(2015)03-0B01-04概述2安全切断阀的选择本文所讨论的调压橇,包括输气管道分输站内安全性是调压橇设计的重中之重。在调压橇的的调压橇,也包括城市门站、调压站内的调压橇以及核心设备中,最重要的设备之一是安全切断阀(又压缩天然气(CNG)减压橇,在此统称调压橇,它是叫作紧急安全切断阀),它安装在调压器上游,位于集过滤分离、安全切断、气体加热、气体减压稳压等调压橇的入口位置,在紧急情况下,当安全阀放散、功能于一体的集成橇装系统。监控调压器动作等一系列安全措施动作(或失效)较之欧洲200多年的天然气工业历史,我国天后,下游气体仍然持续超压时,通过快速关断来切断然气行业发展较晚基础较弱,在标准上、技术上、经上游来气。它是保护整站安全,避免因调压器失效验上、人才上都有着明显差距。从行业层面上,我国造成下游超压的最后一道安全屏障。因此,要求它没有1.6MPa以上天然气调压橇的行业标准,各设必须反应灵敏、切断迅速、可靠性高、抗外界干扰能计单位也都只能参照欧洲标准执行。从企业层面力强。上,我国现有的橇装站生产厂家技术水平参差不齐,目前市场上有各种型式的安全切断阀,有自力对专业标准的理解也有很大差异,技术人员从业时式的、气动的、电动的等。现实情况是,如果设计文间相对较短,大多数企业与国外专业公司学习交流件没有明确提出要求,大多数厂家在选用安全切断先进技术的机会较少,与国际先进水平差距较大。阀时会主要考虑成本,而不是安全可靠性。例如,在调压橇的主要功能是实现在人口压力不断变化压力高达20MPa的CNG减压橇市场,因进口高压和下游流量不断变化下,经调压橇后获得一个稳定自力式安全切断阀价格较高,国内又没有成熟的高的出口压力。调压橇一般由进出口阀门、过滤器、安压自力式安全切断阀产品,因而厂家大多选用价格全切断阀、监控调压器、工作调压器(或工作调节低廉的国产气动安全切断阀。在笔者走访过的阀)等组成。其中核心设备是安全切断阀、监控调CNG储配站中,看到国产气动安全切断阀经常有漏压器和工作调压器。这些核心设备的选择和配置方气,提供动力气源的氮气瓶很少进行定期检测和定案很大程度上决定着调压橇的品质和可靠性,下面期查验剩余压力,有的储配站甚至连气动气源氮气我们就这些核心设备的配置原则做一些探讨。瓶都没有配备气动安全切断阀就成了摆设,一旦调作者简介:刘子良(1974-),男,河北无极人,工程师,硕士,从事燃气输配工程技术工作。收稿日期:2014-12-08;修回日期:2015-01-21B01第35卷第3期煤气与热力www.watergasheat.com压器出现故障,其危险程度可想而知。般不使用管道气做气动气源。气动调节阀的优点是调压橇上的安全切断阀应选用自力式的安全切反应速度快,尤其是相对于电动调节阀。缺点是在断阀。自力式安全切断阀是不依靠外界动力(如电国内项目中需要配置仪表风,在没有配置仪表风的动、气动液动等),仅依靠管道自身压力和阀门内厂站就不能应用。中海油广东大鹏LNG项目当年部弹簧储能自动工作的安全切断装置。它具有切断是国外机构提供的咨询,工作调节阀全部采用气动迅速、可靠性高、抗干扰能力强等特点,不存在因停调节阀。电、线圈老化、气压不足等潜在可能因素造成误动作在不配置仪表风的厂站,又有调节流量要求的或不动作的风险,也不存在因操作人员疏忽,没有及项目上就会以电动调节阀为主,中石油的西气东输时更换或维护动力气源、电源而造成的人为失误风工程就是采用电动调节阀作为工作调节阀。电动调险。因此,调压橇上的安全切断阀应首选自力式安节阀具有安装方便、动力源简单易实现的特点,但电全切断阀。如果选用气动或电动安全切断阀,则必动调节阀反应速度相对于自力式、气动式要慢一些,须保证动力气源或电源的持续可靠供给,并且当动因而通常会与监控调压器配合使用力气源或电源出现失效时,阀门必须处于切断状态。综上所述,如果一个调压橇是以调压为主要任这对产品质量和操作人员的素质水平提出了更高的务,应首选调压器;如果既有调压的需求又有调流的要求。需求,则首选气动式调节阀;如果既有调压需求又有3调压器和调节间的选择调流需求,但站内不配置仪表风的,则选用电动调节3.1调压设备类型的选择阀调压设备包括调压器、调节阀。工作调压器或32调压设备结构形式的选择调节阀是调压橇的核心功能设备,担负着核心任调压设备分为截止式和轴流式两种结构形式。务—减压稳压。目前行业内使用的工作调节阀主无论哪种结构形式,其基本原理都是一样的,即节流要有气动式调节阀、电动式调节阀。我们看到电动减压。式调节阀作为工作调节阀越来越多地应用到各个厂调压设备都需要一个负载元件,这个负载元件站上。决定要求的下游压力。感应元件(薄膜)持续比较在早期的天然气输配工程中,下游用户数量有负载元件给出的调节力和经信号管传递来的下游压限,而天然气供气量稳定且因大规模储存设备不足,力,从而将得出的动作指令(开大或关小)传递给作上游公司往往希望下游用户公司多用气,签订的用用元件阀芯,经一定周期的动态过程,两者趋向协气合同也多为照付不议合同,调压橇的主要功能是调,阀芯趋向稳定,这就是调压的基本原理和过程减压稳压。这期间,工作调压设备主要以调压器为无论是截止式还是轴流式,只是阀口形式不同,主,因为调压器是各种工作调压设备中反应速度最其流通能力取决于阀口的大小,也就是流通截面积快、精度最高、稳定性和可靠性最好的。的大小,与结构形式没有本质关系。随着燃气市场的蓬勃发展,下游用气量越来越截止式调压设备的优点如下:大,上游供气能力开始受到挑战,在用气高峰季节就①安装维修方便,检修时所有内部部件都可会出现供不应求的局面,上游公司开始提出限流的以从顶部和底部取出,不需要把阀体从管道上拆下要求,以对不同用户进行流量分配。这个时候既可来。对于大口径阀门的检修来说,便利性尤其突出以按压力信号控制阀口开度实现压力调节,还可以节约了检修时间,经济效益明显。按流量信号控制阀门开度实现流量调节的调节阀就②由于截止式调压设备的阀口特点,可以加被大量应用了。装内置式消声器,把噪声消除在产生的地方,降噪效调节阀按驱动形式可以分为气动调节阀和电动果明显,阀门运行平稳安静,对管道上的超声波流量调节阀。在我国气动调节阀的动力气源主要是仪表计影响较小。风(由站内提供的压缩空气),在国外除仪表风外,③截止式调压设备阀体容易实现整体铸造还可以是管道气经减压后就地用作气动气源。国内压力可以做到很高,比如42MPa。设计人员出于受国内标准所限和对安全的考虑截止式调压设备的缺点是由于阀杆为上下径向www.wateat. com刘子良:天然气调压橇系统配置第35卷第3期运动由于大口径阀门的阀杆需要的运动行程长,因或者最大上游工作压力小于等于10kPa时。此,实现大口径(比如DN250mm及以上)时比较困对于这条的理解有两个方面,一是最大上游工难。目前欧洲截止式调压设备的厂家只有少数公司作压力比可能出现的最大下游工作压力还小的时可以做到DN400m的调压设备和DN500mm的候那就表示下游管道设备等的设计压力等级至少安全切断阀。不会比上游低,这样必然是安全的;第二个方面就是轴流式调压设备的优点如下:当最大上游工作压力小于等于10kPa时不需要压①容易实现大口径,因其阀口形式为轴向,受力安全设备,也就是说,10kPa及以下的管道不需要阀杆行程局限小,对于大口径阀门需求易于实现。安装安全切断阀等压力安全设备。②噪声可以通过在出口处加装整流器来减②在如下条件时,须安装一个压力安全设备:小,虽然不如安装在阀口处的消声器降噪效果明显,当最大上游工作压力大于最大下游偶发极限压但是也可以做到噪声达标。力(在安全设备限制内,系统可以短时经历的最大轴流式调压设备的缺点是加工难度大,造价高,压力)时。进行阀内维修时必须把整阀从管道上拆下,对于大对于这一条,其实还应该和第一条结合起来理口径调压设备的维修需要的时间较长,维修和采购解,就是当最大上游工作压力大于可能发生的最大成本偏高。下游偶发极限压力,且最大上游压力大于10kPa另外,近两三年有些球阀厂家通过对球阀进行时,必须加装一个压力安全设备。改造,试图以简单改变节流面积的方法用球阀实现③在如下条件下,需要安装两个压力安全设调压。球阀调压仅仅关注了节流降压的实现,没有备:很好地解决平衡负载和反馈校准的问题,阀门的调最大上游工作压力减去最大下游工作压力大于节特性差,无论是调压精度、稳定性,还是反应速度1.6MPa,并且最大上游工作压力大于下游强度试方面都不适于要求较高的应用场所。验压力时,需要在按照第二条要求安装了第一个压调压橇主要功能的配置力安全设备之外,再加装第二个压力安全设备。第目前行业内对于调压橇内的主要功能阀的配二个压力安全设备的作用是提高安全水平。置,多是参照欧洲标准EN12186:2000《供气系统对于这一条的理解不仅仅是上下游最大压力的传送和分输用气体调压站一功能要求》( Gas supply压差大于1.6MPa时,更要注意还有一个条件就是systems- Gas pressure regulating stations for transmis-最大上游工作压力大于下游的强度试验压力。这个sion and distribution- Functional requirements,以下下游强度试验压力不仅仅是下游管道,还包括下游简称EN12186:2000)。该标准适用于进气压力不的设备用户等。超过10MPa的调压站,对于压力超过10MPa的调第一个压力安全设备包括了安全切断阀和监控压站可指导使用。源于对标准的理解存在着偏差或调压设备,第二个安全设备包括了安全切断阀、监控对标准内容不清楚,行业内对于标准的执行效果也调压设备,也包括了安全阀。但是安全阀的使用是差异很大。有条件的第一,它只能作为第二个压力安全设备使调压橇的常见配置有:安全切断阀(SSV)+工用,不能作为唯一压力安全设备;第二,在作为第二作调压设备(R);安全切断阀(SSV)+安全切断阀个压力安全设备使用时必须是全流量放散阀,以确(SSV)+工作调压设备(R);安全切断阀(Ssv)+保工作调压设备失效后,仅通过放散,下游压力也不监控调压设备(M)+工作调压设备(R)。这里工作会超过下游强度试验压力。调压设备可以是调压器,也可以是气动调节阀或电既然安全切断阀和监控调压设备都是压力安全动调节阀。设备,那么什么时候采用安全切断阀(SSV)+安全欧洲标准EN12186:2000第83.3条分3种情切断阀(SV)+工作调压设备(R),什么情况下采况做了规定用安全切断阀(Ssv)+监控调压阀(M)+工作调压①在如下条件时,压力安全设备是不需要的:设备(R)呢?笔者认为,这主要取决于下游用户的最大上游工作压力小于最大下游偶发极限压力性质。如果下游用户是允许随时停气检修的,则选B03第35卷第3期煤气与热力www.watergasheat.com用Ssv+SsⅤ+R的配置,这种配置不仅保证了高安MPa。这样既可以使降压任务均匀地分配到两级减全性,还因为安全切断阀的造价比监控调压设备低压上,又可以减轻每一级加热器的负荷,更重要的是而节约了造价。如果下游用户要求尽可能连续供在小流量的情况下仍然可以获得很好的阀门开度,气,则选用SsV+M+R的配置,当工作调压设备失避免了喘振和高噪声。效后监控调压设备开始工作,在保证下游不超压的减压级的选择没有强制性的规定,但通常压力前提下可以不间断供气。同时,现场操作人员可以降超过5~6MPa时,应通过计算最大压差、最小流根据监控调压设备状态做出判断,及时切换备用路,量条件下的阀门开度,考虑增加减压级,这样做会使并对失效工作调压设备进行检修。调压器工作在合适的开度范围内,能够让调压器在5减压级的选择最优特性曲线区间内工作,从而获得整个调压橇的通常分输站的调压橇使用一级减压,但当压力最优工作品质。降比较大时,比如自用气橇,一般从8~9MPa减到6结语0.2~0.4MPa,则需要多级减压。自用气橇的两级对于调压橇的系统配置,在遵循相关标准为基减压也是笔者多年呼吁的配置优化方案,目前中石本原则的基础上,仍需根据项目实施的实际情况进油已经率先开始改变以往一级减压的做法。过去一行分析和配置。由于各个项目都具有其特殊性,技直使用的自用气橇一级减压已经证明存在很多问术方案和选择方法很难一概而论,需要在实践中以题:容易冰堵、易喘振、噪声大等,造成自用气橇从交安全为首要条件,研究和分析技术参数,并充分考虑货试运行起就一直难以稳定工作用户特点,如用户性质、管理水平、操作经验等确定进出口压力差较大时采用单级减压的主要弊病最适宜的配置方案。是,由于压力降太大,阀口开度很小,小流量时尤其Configuration of Natural Gas Pressure严重,造成阀口流通面积过小,有时甚至小至1%,Regulating Skid System大压力降又导致了温降过大,如果调压前加热不足LIU Ziliang比如换热器结垢,则在温降大、开度小的条件下,阀Abstract: The configuration of gas pressure reg-口很容易发生冰堵。而冰堵发生后,因流道被堵塞, ulating skid system is analyzed, including the selection下游压力迅速下降调压器会自动打开,高速气体流 of safety shut-off valve, the selection of pressure regu-过又将冰堵吹掉,使得流通面积陡升,下游又会超 lating equipment( pressure regulator and control压,调压器又迅速关闭…如此反复,就形成了喘 valve) type and structure form, the configuration of振。同时,由于阀口开度过小,当流道内有颗粒杂质 main function valves( safety shut-off valve, pressure时,又很容易造成阀口损伤,从而使调压器失效,造 regulating equipment, monitoring pressure regulating e成超压切断。quipment and so on) and the selection of pressure re-解决的办法就是使用两级减压,例如在自用气 ducing grade橇中,可以先将进站压力从8~9MPa降到4~6Key wordstural gas pressure regulating;MPa,具体降到多少,需通过计算得出一个最优中间 pressure regulating skid; system configuration; safety压力。然后二级减压将出口压力降到0.2~0.4 shut-off valve; pressure regulator; control valve删删删肉离限再B04