天然氣長輸管道分輸壓力控制系統(tǒng)分析

任福建(中石油管道公司中原輸油氣分公司,山東德州253020)

天然氣長輸管道分輸壓力控制系統(tǒng)分析

任福建(中石油管道公司中原輸油氣分公司,山東德州253020)

由天然氣長輸管道輸氣站供氣的燃?xì)庥脩舻娜細(xì)鈮毫φ{(diào)節(jié)需要由輸氣站分輸壓力控制系統(tǒng)來完成，分輸壓力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式與選用關(guān)系到燃?xì)庥脩舻纳a(chǎn)安全，必須引起足夠的重視。

近年來，隨著天然氣行業(yè)的快速發(fā)展，天然氣管道建設(shè)里程越來越長，天然氣輸氣站（輸氣站在此是指首站、末站、分輸站、分輸壓氣站、分輸閥室等可以進(jìn)行天然氣下載、分輸?shù)恼緢?，下同）建設(shè)的越來越多，由天然氣輸氣站分輸供氣的管道燃?xì)庥脩粢苍絹碓蕉?。在天然氣分輸運行中對天然氣分輸壓力進(jìn)行控制是確保燃?xì)庥脩舭踩a(chǎn)的必要措施，這就使得天然氣分輸壓力控制成為輸氣公司（供氣方）不可忽視的問題，必須引起足夠的重視。

1 分輸壓力控制系統(tǒng)概述

為確保輸氣站燃?xì)庥脩艄艿篮统鞘虚T站供氣安全、平穩(wěn)，在輸氣站針對不同的燃?xì)庥脩粼O(shè)置有不同的分輸壓力控制系統(tǒng)。分輸壓力控制系統(tǒng)一般包括安全切斷設(shè)備、壓力檢測設(shè)備、壓力控制設(shè)備及系統(tǒng)和相關(guān)的流量計量系統(tǒng)等。

常見分輸壓力控制系統(tǒng)調(diào)壓閥門組成結(jié)構(gòu)有三種：一是安全切斷閥+監(jiān)控調(diào)節(jié)閥+工作調(diào)節(jié)閥；二是安全切斷閥+安全切斷閥+工作調(diào)節(jié)閥；三是安全切斷閥+工作調(diào)節(jié)閥。以上閥門按照氣流的方向由上游到下游先是安全切斷閥再是監(jiān)控調(diào)節(jié)閥最后是工作調(diào)節(jié)閥，且各閥門之間相對獨立。同時，鑒于供氣連續(xù)性和設(shè)備維檢修的需要，每個燃?xì)庥脩糁辽儆袃陕贩州攭毫刂葡到y(tǒng)，個別重要用戶可設(shè)置三路甚至更多路分輸壓力控制系統(tǒng)和輸氣旁路。

以上述第一種方案為例說明分輸壓力控制系統(tǒng)的工作過程，正常情況下，安全切斷閥和監(jiān)控調(diào)節(jié)閥處于全開位置，由工作調(diào)節(jié)閥對分輸壓力進(jìn)行控制。當(dāng)工作調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障，無法控制分輸壓力時，監(jiān)控調(diào)節(jié)閥開始工作，繼續(xù)保持分輸壓力在安全范圍內(nèi)。若監(jiān)控調(diào)節(jié)閥也出現(xiàn)故障，不能控制分輸壓力時，當(dāng)達(dá)到安全切斷閥的切斷值時，安全切斷閥動作，切斷氣源，以保證下游管道和設(shè)備的安全。

1.1 安全切斷閥

安全切斷閥又叫安全截斷閥或緊急截斷閥是分輸壓力控制系統(tǒng)中的安全裝置，采用獨立于監(jiān)控調(diào)節(jié)閥和工作調(diào)節(jié)閥的專用設(shè)備，采用自力式結(jié)構(gòu)，采用管道內(nèi)的天然氣作為動力源。安全切斷閥在正常工作狀態(tài)下為常開，一旦分輸壓力達(dá)到設(shè)定值的上限或下限或接收到ESD命令、關(guān)閥命令后，它將自動切斷供氣管路。自動切斷后，它不能遠(yuǎn)程打開，只能就地復(fù)位后手動打開。安全切斷閥應(yīng)具備壓力值重新設(shè)定的功能，能夠根據(jù)要求自行判斷壓力進(jìn)行切斷保護(hù)，應(yīng)具備切斷報警功能等。安全切斷閥的選擇應(yīng)按照口徑大小和壓力等級及進(jìn)出口的壓力比來選擇。

1.2 監(jiān)控調(diào)節(jié)閥

監(jiān)控調(diào)節(jié)閥可選用高可靠性的自力式調(diào)節(jié)閥，該自力式調(diào)節(jié)閥應(yīng)帶有指揮器。調(diào)節(jié)閥動力氣源為管道內(nèi)的天然氣。監(jiān)控調(diào)節(jié)閥的壓力設(shè)定值往往高于工作調(diào)節(jié)閥0.1-0.2MPa。監(jiān)控調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有良好的降噪功能。

1.3 工作調(diào)節(jié)閥

工作調(diào)節(jié)閥多采用電動調(diào)節(jié)閥，也可采用自力式調(diào)節(jié)閥。采用電動調(diào)節(jié)閥時，接收站控系統(tǒng)發(fā)出的命令，對壓力或流量進(jìn)行自動控制。工作調(diào)節(jié)閥應(yīng)具有良好的降噪功能，在最惡劣的工況下，距離閥門一米處的噪音應(yīng)小于85分貝。

1.4 壓力檢測

壓力檢測采用壓力表加壓力變送器的結(jié)構(gòu)，壓力表用于現(xiàn)場壓力調(diào)試和壓力對比，壓力變送器用于壓力精確測量和自動控制。

1.5 壓力控制

為了提高分輸壓力控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，結(jié)合輸氣流量、壓力、溫度等參數(shù)，對分輸管路進(jìn)行壓力/流量控制。在正常的流量設(shè)定范圍之內(nèi)，分輸壓力控制系統(tǒng)處于壓力調(diào)節(jié)狀態(tài)，控制分輸壓力在規(guī)定的范圍內(nèi)。當(dāng)供氣流量超過設(shè)定值時，分輸壓力控制系統(tǒng)則切換到流量控制狀態(tài)，進(jìn)行分輸流量的限流控制。分輸壓力控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程修改設(shè)定值、手動操作的功能。

1.6 PID控制

PID控制是天然氣管道分輸壓力控制系統(tǒng)最常采用的控制方法，傳統(tǒng)的PID控制器為專用控制器，現(xiàn)在更多的是采用站控系統(tǒng)PLC的功能模塊等軟控制器。

在天然氣長輸管道輸氣應(yīng)用中，常常需要對天然氣分輸壓力和流量同時進(jìn)行控制，以防止分輸壓力過高給下游燃?xì)庥脩魩砦ｋU，也防止瞬時流量過高影響計量準(zhǔn)確度或損壞計量儀表。

2 分輸壓力控制系統(tǒng)選用

對于城市燃?xì)庥脩?，如需提供壓力兩級安全保護(hù)，在具有穩(wěn)定的外供電保障時，可采用“安全切斷閥+安全切斷閥+工作調(diào)節(jié)閥（電動調(diào)節(jié)閥）”結(jié)構(gòu)的調(diào)壓系統(tǒng)；在不具備穩(wěn)定外供電保障的情況下，宜采用“安全切斷閥+安全切斷閥+工作調(diào)節(jié)閥（自力式調(diào)節(jié)閥）”結(jié)構(gòu)的調(diào)壓系統(tǒng)。

針對特定的工業(yè)燃?xì)庥脩簦缧杼峁毫杉壈踩Ｗo(hù)，可采用“安全切斷閥+監(jiān)控調(diào)節(jié)閥（自力式）+工作調(diào)節(jié)閥（電動調(diào)節(jié)閥）”結(jié)構(gòu)的調(diào)壓系統(tǒng)。

針對小型用戶、下游管容小（如背靠背站場，對方設(shè)有調(diào)壓系統(tǒng)），如需提供壓力兩級安全保護(hù)，可采用“安全切斷閥+安全切斷閥+工作調(diào)節(jié)閥（自力式調(diào)節(jié)閥）”結(jié)構(gòu)的調(diào)壓系統(tǒng)。

對于需要提供壓力一級安全保護(hù)的燃?xì)庥脩?，?yīng)采用“安全切斷閥+工作調(diào)節(jié)閥”結(jié)構(gòu)的調(diào)壓系統(tǒng)。

3 分輸壓力控制系統(tǒng)運行中的常見問題及處理

作為輸氣站中十分重要的關(guān)鍵設(shè)備和系統(tǒng)，分輸壓力控制系統(tǒng)在輸氣運行過程中會遇到振動、節(jié)流造成的冰凍、凍堵甚至冰堵等諸多不利因素的影響，可采取閥門加固、天然氣加熱（電加熱器、水套爐加熱）、外部蒸汽加熱等措施來應(yīng)對。

輸氣站；分輸；壓力控制；系統(tǒng)PID