煉廠天然氣調壓站設計方案的確定

屈 威，劉亞賢，祝春強

(1.中國石油天然氣集團公司廣西石化公司儲運一部，廣西 欽州 535008；2. 中國石油華南化工銷售公司欽州調運分公司，廣西 欽州 535000)

設備與自控

煉廠天然氣調壓站設計方案的確定

屈 威1，劉亞賢2，祝春強1

(1.中國石油天然氣集團公司廣西石化公司儲運一部，廣西 欽州 535008；2. 中國石油華南化工銷售公司欽州調運分公司，廣西 欽州 535000)

天然氣以CNG的形式由外部管輸進入煉廠，要加以使用，需設置調壓站進行調壓至使用壓力。以安全有效為原則，對調壓站工藝流程認真研究，對影響安全、平穩(wěn)運行的各種因素加以認真分析，確定可靠、有效的方案，保證調壓站高效、安穩(wěn)長運行。

天然氣；調壓站；冰堵；凝析；加熱器；回路；放散閥；控制閥

1 煉廠天然氣調壓站方案確立的原則

目前，在世界范圍內的能源供應中，天然氣以約每年12%的高速增長，在如此快速發(fā)展的情況下，煉化企業(yè)利用該能源具有更加明顯的優(yōu)勢。天然氣的熱值能夠滿足煉廠作為燃料的要求。煉廠擁有獨立的燃料氣管網(wǎng)，只需將天然氣降壓到煉廠燃料管網(wǎng)壓力引入即可使用。這就需要在天然氣輸送管道與煉廠燃料氣管網(wǎng)之間設立調壓站，其作用是將前一級較高的進口壓力調節(jié)至下游所需的壓力，并能抵御波動的進口壓力及流量變化干擾，保持出口壓力為某一恒定值[1]。天然氣調壓站設立的原則是：安全，可靠/有效，高效。其中高效是成本最低產出最大化，因此調壓站設計方案的確定始終以此為主線。

2 調壓站方案的確定

2.1調壓站壓力控制系統(tǒng)的配置

設計規(guī)范對調壓站壓力控制系統(tǒng)的配置一般為：(1)安全切斷閥+監(jiān)控調壓閥+工作調壓閥；(2)安全切斷閥+安全調壓閥+工作調壓閥；(3)安全切斷閥+工作調壓閥。

用戶也可以根據(jù)實際要求選擇其中一種或多種形式，因此調壓站的壓力控制系統(tǒng)要根據(jù)實際情況適當增加一些相應的設施，確保工藝運行靈活，系統(tǒng)安全。

2.2影響系統(tǒng)運行的因素

2.2.1 介質物性

我國天然氣用量缺口較大，今后一段時間里天然氣的使用將會是多產地天然氣混合使用的情況。不同產地的天然氣物性不盡相同，尤其是重要的指標如水露點、烴露點、組分中C1～C4摩爾百分比等。煉廠作為終端用戶有時無法控制和及時了解混合氣的物性變化，可能出現(xiàn)游離水的產生、天然水合物（又稱可燃冰）的生成等，結果將造成調壓閥“冰堵”現(xiàn)象及對管線的腐蝕，影響生產裝置燃料的供給，嚴重的會危及煉廠安全。

在降壓過程中，如果壓力降過大，由于焦耳-湯姆遜效應，介質溫度可能低于天然氣烴露點，產生天然氣水合物[2]。天然氣中雜質H2S、CO2、N2和O2等可促進水合物生成，因此輸送以甲烷為主的CNG經(jīng)調壓站降壓時，必須防止天然水合物的形成以確保調壓設施運行平穩(wěn)。

2.2.2 調壓站的運行設備

調壓站中的相關設備對其運行有較大影響。

(1)過濾器。在進入調壓器前設置過濾器是防止雜質堵塞調壓器，避免整個調壓站的失靈。調壓站中的調壓器一般采用自力式調壓器，要求雜質顆粒直徑小于20μm即可，因此調壓站入口設置的過濾器過濾精度為20μm，可減少進氣壓力降同時避免因過高的過濾精度而帶來的過濾器造價的提高。

(2)閥門限流。天然氣經(jīng)節(jié)流后會出現(xiàn)降壓膨脹產生降溫的現(xiàn)象，被稱之為節(jié)流效應[3]。為防止在閥門處出現(xiàn)節(jié)流情況，要求所有閥門閥體包括調壓閥、切斷閥、監(jiān)控調壓閥等，工稱直徑與進口法蘭保持一致，不能使用縮徑閥體，防止發(fā)生溫降出現(xiàn)水合物現(xiàn)象。

(3)加熱器。天然氣在輸送調壓過程中最有害的情況是水合物的形成。天然氣冰堵的條件是：低溫高壓，有適量的水（不一定是游離水），存在水合物形成體。另外閥門節(jié)流、氣體高速攪動、游離水、硫化物、CO2等會促進水合物形成“冰堵”。冰堵現(xiàn)象在調壓站中最容易形成的部位是調壓閥門。同時多種天然氣混輸時存在多組分體系，在調壓站等溫降壓過程中會出現(xiàn)液體凝析現(xiàn)象即反凝析現(xiàn)象（也稱逆變現(xiàn)象）[4]。

由此要保證調壓站的安全平穩(wěn)運行，將天然氣進入調壓站的溫度提高到調壓后也高于水、烴露點，就可以解決上述問題。因此需在天然氣調壓站入口安裝加熱器。但要注意加溫后天然氣達到的溫度不能過高，滿足調壓器出口的溫度在表1[5]的范圍即可，避免過高的溫度對調壓器閥膜的損害。

表1 氣體生成水合物的臨界溫度 /℃

2.2.3 調壓站系統(tǒng)配置

調壓站中調壓器如果出現(xiàn)故障，將會引起供氣管網(wǎng)的供氣壓力超高或管網(wǎng)“空運行”及供氣壓力的波動。在煉廠中輕者引起生產裝置波動，大量不合格產品出現(xiàn)，影響生產系統(tǒng)平衡，重者會由于超壓造成設備破壞，或供氣不足引起終端裝置熄火，天然氣與空氣混合氣吸入管道引起爆炸等。因此調壓站系統(tǒng)的配置必須在安全可靠的原則下確定。

(1)系統(tǒng)流程。對于連續(xù)供氣的管線調壓基本采用雙回路或多回路并聯(lián)的壓力調節(jié)系統(tǒng)。對于次高壓以上的調壓站采用壓力控制系統(tǒng)配置的方案，兩套并聯(lián)使用。鑒于天然氣在煉廠燃料系統(tǒng)使用壓力較低，調壓站的調壓值較大，為確保調壓閥運行可靠平穩(wěn)，避免因工作壓差過大造成閥門本體的損傷及供氣管網(wǎng)波動，在每一回路上設置采用二級調壓方式，使調壓的目標值經(jīng)過調壓閥兩次分級降壓完成。同時在一、二級調壓閥之間設置自動控制閥，實現(xiàn)兩并聯(lián)回路的互相備用或兩回路每一級調壓閥互為備用。對于煉油企業(yè)燃料氣管網(wǎng)，為保證連續(xù)運行，除天然氣供氣外往往設有氣化液化氣等備用手段，為避免煉廠管網(wǎng)波動影響調壓系統(tǒng)，應在放散閥后部設置單向閥。

(2)工藝參數(shù)設置原則。確立了工藝流程后，需對各回路設備參數(shù)予以確定。

在一個并聯(lián)兩級調壓回路中，主要有安全切斷閥、監(jiān)控調壓閥、工作調壓閥、放散閥等設備。其中安全切斷閥的壓力設定值與放散閥的壓力設定值不能混淆，對于煉廠的燃料氣管網(wǎng)，控制的主要指標是壓力穩(wěn)定不波動連續(xù)供氣。對于煉廠來說放散閥起跳排除的天然氣可排入火炬防空系統(tǒng)，不會加劇大氣環(huán)境污染。因此在壓力設定時宜采取放散壓力設置低于切斷閥壓力的設置[6]。放散閥應采用小排量的安全放散閥[7]。

為保證調壓站連續(xù)平穩(wěn)運行，設備的壓力設置為：Pqs＞Pq＞Pf＞P2＞P2s[8]，其中：Pqs-備用支路切斷壓力；Pq-常用支路切斷壓力；Pf-放散壓力；P2-常用支路調壓器出口壓力；P2s-備用支路調壓器出口壓力。

互為備用支路壓力設有一定的差值，應保證在下游煉廠燃氣管網(wǎng)的使用壓力范圍內，要求調壓器的選用要切實可靠，精度準確（Sp=0.5%～1.5%）。

3 煉廠調壓系統(tǒng)方案確定

煉油廠其燃料氣管網(wǎng)壓力要求較低（0.5MPa左右），因此可以有2種以上手段保證管網(wǎng)壓力平穩(wěn)。根據(jù)煉廠的具體情況、目前天然氣的現(xiàn)狀，以及調壓設備的具體能力，遵守國家現(xiàn)行規(guī)范，并參考國外相關規(guī)范及資料，確定煉廠天然氣調壓站的工藝設計方案應包括：

(1)采用并聯(lián)雙回路兩級調壓流程。兩回路設置為互相備用并達到兩回路中任意一級調壓可與另一回路同級調壓互備，大大提高調壓系統(tǒng)運行穩(wěn)定及連續(xù)運行。

(2)采取加熱器升溫的方法消除天然氣水合物的形成、凝析現(xiàn)象、反凝析現(xiàn)象發(fā)生。

(3)在進出調壓站口處設置ESD系統(tǒng)，保證安全。

(4)考慮到煉廠燃氣管網(wǎng)可能出現(xiàn)的壓力波動，增加單向閥，減少對調壓器等調壓設備的影響。

(5)目前調壓設施設計規(guī)范按照天然氣管道相關規(guī)范執(zhí)行，調壓站不設固定式可燃氣報警及有毒有害檢測設施。煉廠內調壓站應按照GB 50493-2009《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》執(zhí)行。

[1] 吳多勤，等.淺談燃氣調壓站安全裝置[J].應用能源技術，2006(7)：19-20.

[2] 周剛.天然氣調壓站工藝方案設計實踐[J].化學工程與裝備，2010(4)：70-71.

[3] 張鴻鵬，等.門站調壓節(jié)流引起管道低溫的分析[J].煤氣與熱力，2009，29(1)：B01-B04.

[4] 劉檣，等.天然氣水合物生成預測及防治技術[J].天然氣技術，2007(6)：67-69.

[5] 姚杰，等.天然氣水合物防治[J].廣州化工，2012，40(17)：31.

[7] 胡嶸.燃氣輸氣站調壓系統(tǒng)參數(shù)設置[J].上海煤氣，2012(5)：8-13.

[8] 許慶華.關于燃氣調壓站安全裝置的分析[J].經(jīng)濟技術協(xié)作信息：工程技術，2010（15）：214.

[9] 邵華.燃氣調壓站的安全裝置及其安全性分析[J].煤氣與熱力，2009，29(6)：B01-B04.

Design Scheme of Refinery Natural Gas Pressure Regulatory Station

QU Wei1, LIU Ya-xian2, ZHU Chun-qiang1
(1.Guangxi Petrochemical Company, CNPC, Qinzhou 535008, China; 2. South China Chemicals Marketing Company, CNPC, Qinzhou 535000, China)

TE 8

B

1671-9905(2014)02-0055-02

屈威(1966-)，碩士，高級工程師，畢業(yè)于撫順石油學院儲運專業(yè)，已在省部級刊物發(fā)表論文10余篇。電話：0777-3885135；E-mail: quwei@petrochina.com.cn

2013-12-09