濟南—青島輸氣管道二線工程閥室自控設計

李嬌媚

（中石化石油工程設計有限公司 北京分公司，北京 102200）

0 引言

輸氣管道承擔將上游處理廠處理的凈化天然氣向下游用戶供氣的作用，一旦管道事故停輸將對上游處理廠、下游用戶和管道本身造成一定的經(jīng)濟損失[1]。正確的閥室自控設計是長輸管道安全、正常、平穩(wěn)運行的重要保障。

1 項目概況

濟南-青島輸氣管道二線工程輸氣管道全長350km，設計壓力8.0MPa，本項目15座閥室包括2座監(jiān)控閥室（3#和11#閥室）、13座普通閥室。其中1#和10#閥室為露天防護罩型，其余閥室為傳統(tǒng)閥室間型。

2 閥室自控設計

2.1 閥室測控參數(shù)

1）普通閥室測控參數(shù)：

·閥室上、下游壓力就地指示；

·閥室進氣壓力就地指示；

·閥室間地下溫度就地指示；

·線路截斷閥設置電子控制單元對管道進行防爆管檢測。

2）監(jiān)控閥室主要測控參數(shù)：·閥室上、下游壓力就地指示；·閥室進氣壓力就地指示；

·閥室上、下游壓力檢測遠傳；

·閥室間地下溫度檢測遠傳；

·閥室間設可燃氣體濃度檢測遠傳；

·線路截斷閥遠程開關控制、閥位及狀態(tài)反饋，遠控/就地指示；

·線路截斷閥電子控制單元信號上傳：管道壓力、壓降速率、壓力高報警、壓力低報警及事件記錄；

·上傳陰極保護電位信號；

·直流電源信號。

2.2 普通閥室儀表、閥門設計

1）設置就地指示測地溫溫度計，測量沿線工藝管線周圍溫度，溫度計配套一體化保護套管，螺紋安裝：對于防護罩型閥室即露天鐵絲網(wǎng)圍成的閥室，測地溫溫度計直接插入地下，細土回填壓實；而傳統(tǒng)閥室間型閥室，在水泥地面上開孔，插入地下后，保護套管與鉆孔之間空隙需先細土回填100mm，灌注M5水泥砂漿固定。

2）上游來氣旁通DN500管線上設置就地指示壓力表，測量上游來氣壓力，該壓力表采用一體式焊接截止閥作為根部閥，可以保證牢固焊接在管道上。

3）另外兩個壓力檢測點開孔位置：為減少主管線開孔數(shù)量，在上、下游旁通管線上引DN50取氣管線，用于測量上、下游壓力，氣液聯(lián)動執(zhí)行機構取氣。由于一體式焊接截止閥根部取氣處比較粗，其安裝要求為：管線至少DN80管徑。旁通DN50管線取氣管徑過細，無法采用一體式焊接截止閥作為根部閥，故采用單關斷截止閥作為根部閥。

4）線路截斷閥采用全焊接全通徑氣液聯(lián)動球閥，配套電子控制單元壓力檢測裝置，可實現(xiàn)當上下游工藝管道天然氣泄漏，進行爆管檢測，迅速切斷上下游來氣。氣液聯(lián)動執(zhí)行機構為故障保持型。

氣液聯(lián)動執(zhí)行機構的上下游動力氣源口（2個動力氣源口，只要上下游管線不是同時破裂，就能為執(zhí)行機構提供動力氣源[2]）和壓降速率檢測口（下游，即一個壓力變送器取壓，信號傳給電子控制單元，壓力變送器需要分體式安裝，根閥和表頭連接的中間需要用絕緣接頭，避免陰保電流流失，濟青二線該壓變及其配套附件要求廠家配套）。

這3個取氣口選擇在地上旁通管線開孔，與以前取氣口開在閥體袖管埋在地面以下相比，地上取氣更容易檢測取氣口是否泄漏，焊縫是否完好，維護起來更方便，提升了管線安全運行的能力[3]。

執(zhí)行機構的接線盒、電子控制單元和取壓管路均配有與管線和閥門本體絕緣的絕緣部件，以避免陰保電流流失。

線路截斷閥閥腔和氣液聯(lián)動執(zhí)行機構的放空口（包括執(zhí)行機構儲氣罐的安全閥放空）匯聚為一個排氣管，接入閥室放空總管中。

2.3 監(jiān)控閥室儀表、閥門設計

1）壓力表與壓力變送器組合安裝，可以減少管線上的開孔數(shù)量。利用根部閥的一個取氣口，使用卡套式終端接頭連接不銹鋼管，連接至壓力變送器的雙閥組截止閥，不銹鋼管中間設置卡套式絕緣接頭，防止陰保電流流失。

2）管線上總共5個開孔（執(zhí)行機構需要3個、壓力檢測需要2個），開孔數(shù)量還可以減少，例如廣西LNG天然氣管線工程的做法是：上游1個動力氣源開孔，下游將壓降速率開孔和壓力變送器開孔合為一個開孔。上游下游各1個PG，共4個開孔。但這樣需要提前跟氣液聯(lián)動球閥廠家和工藝專業(yè)商量，做相應的配套工作。而本項目事先沒有和工藝專業(yè)商量，導致工藝專業(yè)預留的DN50短管不夠長，加長的話，中間預留空間又變小。導致工藝重新制作安裝圖，給工藝專業(yè)增加了很多工作量。

3）在閥室間設2臺可燃氣體探測器：在可能引起泄漏的氣液聯(lián)動球閥附近，高出工藝管線500mm的位置1臺；在閥室間中間位置，房頂下500mm的位置設置1臺，檢測高處集聚的可燃氣體。閥室房頂為彩鋼板，施工隊負責將DN80鋼管焊接在彩鋼夾芯板板房頂。

4）儀表端的表殼、防爆電纜夾緊密封接頭和護管均應與保護地（電專業(yè)接地網(wǎng)）良好連接，接地線應盡可能短直[4]。電纜護管兩端接地，使用接地螺栓、螺母、墊片與接地鍍鋅扁鋼進行連接，接至電專業(yè)接地網(wǎng)，不可與工藝管線搭接，避免陰保電流流失。

2.4 氣液聯(lián)動執(zhí)行機構太陽能供電設計

普通閥室氣液聯(lián)動執(zhí)行機構的電子控制單元采用太陽能供電，太陽能電池板單獨招標。

太陽能供電系統(tǒng)由太陽能陣列（太陽能電池板、匯線盒、太陽能支架），太陽能控制器，蓄電池組成。本次太陽能電源系統(tǒng)設計蓄電池備用時間為11天，設計利用最長10天周期補足蓄電池最大虧欠容量。本次電子控制單元功率為10w，后期可能將普通閥室改造為RTU監(jiān)控閥室，負載功率加大到30w，本次設計按照30w功率來計算太陽能電源系統(tǒng)，以滿足設備的可靠性和使用壽命。

按照《石油設施電氣設備安裝區(qū)域一級、0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)區(qū)域劃分推薦作法》SY/T6671-2006[5]，通風充分的建筑物輸送比空氣輕的易燃氣體的釋放源，氣體表壓高于1.9MPa，距離釋放源邊界7.5m的空間屬于防爆危險區(qū)二區(qū)，閥室周圍都屬于防爆危險區(qū)二區(qū)，所以太陽能供電系統(tǒng)需要選擇防爆產(chǎn)品[6]。

太陽能電池板采用立桿支架，由結構專業(yè)根據(jù)太陽能板大小、風力、支撐重量計算太陽能支架基礎大小，太陽能控制箱固定在支架上。蓄電池箱埋在室外太陽能支架附近的地面以下，透氣管接到地上，控制器與蓄電池的電纜接線管埋在地下。由結構專業(yè)為蓄電池箱制作水泥基礎，防止蓄電池箱沉降。

2.5 監(jiān)控閥室RTU系統(tǒng)設計

閥室控制系統(tǒng)實現(xiàn)工藝過程的遠程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，對閥室間可燃氣體泄漏進行檢測報警。監(jiān)控閥室數(shù)據(jù)上傳上下游分輸站場，由上下游站場的通訊服務器打上時間標簽上傳調控中心，使用單一IEC60870-5-104協(xié)議。

站場控制系統(tǒng)將站內的所有數(shù)據(jù)集中在一起，通信服務器作為匯聚點調控中心應直接與通信服務器通信就可以獲取站場內所有信息，不用再分別與站內其他設備通信。調控中心與閥室RTU不可以直接通信，需要借助臨近站場[7]。

站場數(shù)據(jù)的匯聚點使用通訊服務器，因為站場上的RS485信號比較多（PLC輪詢485信號很慢，在秒級），所以上一個通訊服務器，由通訊服務器處理較多的485數(shù)據(jù)。

若想讓調控中心與閥室RTU直接通訊，可以用以太網(wǎng)傳輸兩種協(xié)議，同時傳輸MODBUS協(xié)議與IEC60870-5-104，不需要站場上的通訊服務器將RTU的MODBUS協(xié)議轉換為IEC60870-5-104，調控中心與閥室RTU可以直接通信，不需要借助臨近站場。

3 結束語

本文結合濟南-青島輸氣管道二線工程閥室施工圖說明自控設計在長輸管線普通閥室和監(jiān)控閥室的做法，從儀表的設置、安裝，氣液聯(lián)動執(zhí)行機構供電，RTU系統(tǒng)設計等施工設計，通過以上可靠的自控設計保證了整條輸氣管線的安全運行。

[1]李春艷,毛敏,陳鳳.輸氣管道閥室設計淺析[J].石油規(guī)劃設計,2014,25(1):46.

[2]蔣永濤.線路截斷閥氣液聯(lián)動執(zhí)行機構引壓管安裝[J].管道技術與設備,2007,1:34.

[3]王多才,高鵬,王海峰,等.氣液聯(lián)動執(zhí)行機構意外關斷分析及在西氣東輸?shù)膽肹J].石油規(guī)劃設計,2012,23(2):51.

[4]端木君,段沖,李偉.對雷電干擾導致西氣東輸管道線路GOV閥誤關斷事件的研討[J].石油工程建設,2013,39(4):55.

[5]SY/T6671-2006,石油設施電氣設備安裝區(qū)域一級、0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)區(qū)域劃分推薦作法[S].

[6]王向明,李萍,趙國敏,等.長輸管線遠控閥室的供電設計[J].石油化工自動化,2011,47(5):65.

[7]張繼亮,王艷芳,王蕾,等.輸氣管道手動閥室數(shù)據(jù)遠傳系統(tǒng)改造[J].管道技術與設備,2013(2):26.