長(zhǎng)距離輸氣管道實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳鳳山

遼河石油勘探局油田建設(shè)工程一公司，遼寧盤(pán)錦 124120

0 引言

20世紀(jì)90年代后期，中國(guó)骨干輸氣管道的基本框架正在快速形成。截至2009年底，中國(guó)已建成天然氣管道3.6萬(wàn)km，年總輸氣能力超1 000億m3，但同美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還有一定差距，在天然氣的管道輸送方面還有許多問(wèn)題值得研究[1]。

1 裝置概述

1.1 裝置工程概況

實(shí)驗(yàn)裝置采用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。可用于模擬天然氣管道輸送、管道末端儲(chǔ)氣調(diào)峰和輸氣管道特殊工況等。實(shí)驗(yàn)裝置可用計(jì)算機(jī)控制操作過(guò)程，也可手動(dòng)經(jīng)行各種工藝模擬與實(shí)踐研究。整個(gè)裝置由儲(chǔ)氣罐區(qū)、壓縮機(jī)室、輸送管道、各種閥門(mén)、壓力傳送器、溫度傳送器及先進(jìn)的控制系統(tǒng)等部分組成；儲(chǔ)氣罐區(qū)由3座儲(chǔ)氣罐組成；壓縮機(jī)室內(nèi)共有4 臺(tái)壓縮機(jī)，可模擬3個(gè)壓縮機(jī)站進(jìn)行輸氣；輸送管道全長(zhǎng)4 000m，管道直徑為Φ100；閥組由閘閥、球閥、止回閥、泄壓閥等組成。

1.2 工藝設(shè)備

本設(shè)計(jì)方案的壓縮機(jī)室中由4 臺(tái)壓縮機(jī)模擬3個(gè)輸氣站。

表1 儲(chǔ)氣罐的基本參數(shù)

表2 壓縮機(jī)的型號(hào)參數(shù)

2 控制和數(shù)據(jù)采集技術(shù)

實(shí)驗(yàn)裝置采用智能式氣體流量計(jì)，通過(guò)信號(hào)傳輸設(shè)備把數(shù)據(jù)信號(hào)傳送至電腦控制室，電腦可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和處理；壓縮機(jī)的出口壓力可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，也可通過(guò)壓力信號(hào)傳送裝置傳至電腦控制室。在控制室內(nèi)通過(guò)直接監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氣罐的溫度和壓力以及壓縮機(jī)室中各壓力表壓力，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)到各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決特殊工況等問(wèn)題。壓縮機(jī)可以采用兩種開(kāi)關(guān)方式：一種是通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，另一種是通過(guò)控制室的電腦直接控制。壓縮機(jī)的出口都采用電動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行控制，閥門(mén)可進(jìn)行手動(dòng)控制或通過(guò)電腦進(jìn)行遠(yuǎn)舉例控制。在出現(xiàn)特殊工況時(shí)，及時(shí)對(duì)壓縮機(jī)和電動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行控制，停運(yùn)或關(guān)閥。

實(shí)驗(yàn)裝置采用先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定點(diǎn)多次采集。在壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)中采用了自動(dòng)開(kāi)關(guān)程序，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)的自動(dòng)判斷。同時(shí)，電腦的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可對(duì)過(guò)往的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，以便隨時(shí)調(diào)出使用。實(shí)驗(yàn)裝置還增設(shè)了特殊工況的自動(dòng)報(bào)警功能，當(dāng)出現(xiàn)特殊工況時(shí)，及時(shí)報(bào)警，以便操作人員迅速的做出判斷，并及時(shí)解決管道運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題。

3 輸氣管道工藝流程說(shuō)明

工藝流程能夠反映出實(shí)驗(yàn)裝置的主要運(yùn)行過(guò)程，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的合理性，選擇制定符合生產(chǎn)實(shí)際的工藝流程。

3.1 工藝流程的要求[2]

1）技術(shù)成熟，工藝完善；2）做到能源使用最優(yōu)化；3）在保證安全的前提下，最大化減少投資成本；4）操作方便，易于檢修。

3.2 具體工藝流程：

1）輸氣工藝流程：來(lái)氣→輸氣首站（1、2#壓縮機(jī)）→流量計(jì)→輸氣中間站（3#壓縮機(jī)）→輸氣末站（4#壓縮機(jī)）→儲(chǔ)氣罐1 或2；

2）儲(chǔ)氣調(diào)峰流程：來(lái)氣→輸氣首站（1、2#壓縮機(jī)）→儲(chǔ)氣罐1→輸氣中間站（3#壓縮機(jī)）→儲(chǔ)氣罐2→輸氣末站（4#壓縮機(jī)）→儲(chǔ)氣罐3→用戶(hù)；

3）自動(dòng)壓力保護(hù)：輸氣中間站（3#壓縮機(jī)）停機(jī)或輸氣首站出口閥門(mén)關(guān)閉→安全閥→儲(chǔ)氣罐；

4）自動(dòng)停機(jī)保護(hù)：輸氣末站→輸氣中間站→輸氣首站（順序停機(jī)）。

4 防腐蝕保護(hù)

輸氣管道實(shí)驗(yàn)裝置防腐蝕采用的是復(fù)合結(jié)構(gòu)防腐層。操作過(guò)程是首先靜電噴涂熔解環(huán)氧粉末涂層（FBE）[3]，在與擠出的聚乙烯（PE）相結(jié)合。其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械性能良好，穩(wěn)定性好，絕緣電阻值高，粘結(jié)力強(qiáng)。適用于各種敷設(shè)及施工條件惡劣環(huán)境中的管道。雖然成本較高，投資偏大，但它可以增加管道絕緣層的電阻，從而加大管道陰極保護(hù)長(zhǎng)度、減小陰極保護(hù)電流密度，降低陰極保護(hù)系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行費(fèi)用。其次，較好的防腐蝕結(jié)果可以降低管道腐蝕破損及因腐蝕引發(fā)的事故，減少損失、降低管道維護(hù)及搶險(xiǎn)的費(fèi)用。因此，雖然這種防腐蝕施工技術(shù)要求高且價(jià)格較貴一些，但采用這種涂層并嚴(yán)格控制質(zhì)量，從大型管道工程總體的綜合效益來(lái)看，常常是經(jīng)濟(jì)合理的方案[4]。

5 結(jié)論

長(zhǎng)距離輸氣管道實(shí)驗(yàn)裝置是一套科技含量較高、可模擬輸送距離長(zhǎng)，實(shí)用性強(qiáng)的自動(dòng)化控制模擬裝置，可完成長(zhǎng)距離輸氣管道的自動(dòng)化控制和相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量及記錄等功能。該裝置的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可為施工或研究單位提供實(shí)踐和技術(shù)研究等眾多服務(wù)。隨著該裝置的廣泛應(yīng)用，在輸氣管道施工及運(yùn)行過(guò)程中將進(jìn)一步體現(xiàn)其實(shí)用價(jià)值。

[1]中國(guó)新聞網(wǎng).未來(lái)12年中國(guó)擬建30萬(wàn)公里天然氣管道[EB OL].http://www.chinanews.com.cn/ny/news/2010/03-18/ 2176976.shtml，2010，3，18.

[2]王松漢主編.石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2002，1.

[3]杜秀玲，吳希革，李楠.淺談埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)對(duì)熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層的影響.防腐保溫技術(shù)[J]，2007，15(1)：21-25.

[4]張德姜，王懷義，劉紹葉主編.工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)石化出版社，1997，3.