長輸天然氣管道壓氣站運(yùn)行分析

史穎維

中國石油集團(tuán)西南管道有限公司南寧輸油氣分公司 廣西南寧 530000

長輸天然氣管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用主要有由各站壓縮機(jī)運(yùn)行過程中能耗費(fèi)用組成，在各種不同輸氣方案選擇會造成能耗費(fèi)用的參差不齊。要在保證各壓縮機(jī)組工作高效率的運(yùn)行狀態(tài)下，降低能源消耗，從而進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 調(diào)壓系統(tǒng)的硬件組成及控制要求

天然氣調(diào)壓系統(tǒng)是由調(diào)壓閥、切斷閥等調(diào)整部件構(gòu)成，從天然氣管道的上游向下游串聯(lián)，安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥是自力式閥門，工作調(diào)壓閥采取電動(dòng)閥門，可以按著控制要求調(diào)整閥門開度。一般情況下，安全切斷閥和監(jiān)控調(diào)壓閥保持全開狀態(tài)，通過工作調(diào)壓閥來對天然氣管道下游進(jìn)行控制。在工作調(diào)壓閥存在運(yùn)行故障，不能有效對下游天然氣管道壓力進(jìn)行調(diào)整時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓閥會取代工作調(diào)壓閥功能，對下游管道的壓力進(jìn)行調(diào)整，保證管網(wǎng)的運(yùn)行安全。如果監(jiān)控調(diào)壓也存在運(yùn)行故障，無法對下游管道壓力進(jìn)行調(diào)控，安全閥則切斷氣源使下游天然氣供應(yīng)停止。在工作調(diào)壓閥存在運(yùn)行故障，會保證全開的狀態(tài)，而監(jiān)控調(diào)壓閥發(fā)生故障，會保持全關(guān)狀態(tài)。天然氣長輸管道調(diào)壓系統(tǒng)中存在兩個(gè)控制變量，也就是下游壓力、流量。如果控制系統(tǒng)獲取到壓力、流量的設(shè)定值、當(dāng)前壓力、流量的實(shí)際值，還有控制系統(tǒng)允許管網(wǎng)系統(tǒng)的最小壓力、流量值。在實(shí)時(shí)壓力值大于設(shè)定值時(shí)，需要對壓力進(jìn)行控制；實(shí)時(shí)流量大于設(shè)定值，對管網(wǎng)天然氣流量進(jìn)行控制；當(dāng)實(shí)時(shí)壓力、流量介于系統(tǒng)允行的最小值和設(shè)置值之間，需要按著當(dāng)前的閥門開度運(yùn)行；當(dāng)實(shí)際流量低于系統(tǒng)最小值，天然氣長輸管道系統(tǒng)以最低壓力供氣；如果當(dāng)前天然氣流量與設(shè)定值相符，需要保證流量不大于最大設(shè)定值[1]。

2 天然氣壓氣站工藝設(shè)計(jì)

2.1 放空系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作為保證壓氣站平穩(wěn)運(yùn)行的重要輔助系統(tǒng)，放空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重要性不言而喻，壓縮機(jī)出口的高壓緊急放空能力是評價(jià)放空系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理的重要指標(biāo)。以往的壓氣站放空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是多臺壓縮機(jī)共用一個(gè)放空系統(tǒng)。這種方法的弊端是一旦出現(xiàn)停電等緊急放空狀況，很容易導(dǎo)致壓力系統(tǒng)出現(xiàn)故障。最終造成安全事故。這就要求在每個(gè)項(xiàng)目中每臺壓縮機(jī)都應(yīng)有獨(dú)立的放空系統(tǒng)，避免其與其他壓縮機(jī)共用，消除以上所述的安全隱患，避免安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

2.2 壓縮機(jī)組安全控制設(shè)計(jì)

為了便于安全控制，在實(shí)際項(xiàng)目中壓縮機(jī)組一般選用燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)組，這種驅(qū)動(dòng)方式可以調(diào)節(jié)運(yùn)行速度，進(jìn)而達(dá)到控制系統(tǒng)輸出壓力的目的。機(jī)組的壓力報(bào)警和超壓緊急停車系統(tǒng)是重要的功能，這種壓縮機(jī)組設(shè)置了緊急放空閥，這種設(shè)計(jì)為壓縮機(jī)出口管道系統(tǒng)的平穩(wěn)可靠運(yùn)行做出了多重保障[2]。

2.3 壓力檢測與監(jiān)控設(shè)計(jì)

每一個(gè)壓氣站在出站緊急截?cái)嚅y前都必須設(shè)置壓力報(bào)警器，壓力報(bào)警器的作用是在系統(tǒng)壓力超范圍時(shí)進(jìn)行報(bào)警，在壓縮機(jī)出口安裝自動(dòng)放空閥，在壓氣站出口需要安裝緊急截?cái)嚅y，使其與出口的自動(dòng)放空閥進(jìn)行聯(lián)鎖。這種方法大大提高了系統(tǒng)的安全性能，如果一旦出現(xiàn)壓力超過設(shè)定值，壓力監(jiān)測系統(tǒng)就會報(bào)警，并進(jìn)行停車和緊急放空，這種設(shè)計(jì)為壓氣站的平穩(wěn)運(yùn)行做出了保障。

3 長輸天然氣管道壓氣站運(yùn)行

天然氣壓氣站在投入使用期間，工作人員能夠利用仿真軟件來對各個(gè)壓氣站的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后根據(jù)數(shù)據(jù)對不同輸量下的壓氣站的運(yùn)行方式進(jìn)行分析研究，當(dāng)發(fā)現(xiàn)壓氣站數(shù)據(jù)異常時(shí)，首先要分析此時(shí)下游用戶的輸量要求。我國輸氣管道下游用氣結(jié)構(gòu)種類不多，其中家庭用戶用氣和商業(yè)用氣占比較高。用氣量受多種因素影響而不斷變化，例如，在冬季，部分管道用氣量由于供暖而呈現(xiàn)直線上升趨勢，因此，這些管道就必須建設(shè)調(diào)峰專用壓氣站。

3.1 平穩(wěn)工況

平穩(wěn)工況即天然氣管線進(jìn)出平衡（管線的進(jìn)氣量等于出氣量，出氣量又等于銷售量與轉(zhuǎn)供量之和）。各壓氣站進(jìn)出站壓力基本維持不變，整體管線壓力也基本平穩(wěn)，波動(dòng)不大。工況下，天然氣經(jīng)各壓氣站壓縮保持較高的壓力，保證下游用戶的正常用氣。這種壓力坡降圖是大部分天然氣管道所具有的特性，長輸天然氣管道的壓力坡降圖中起始點(diǎn)壓力為天然氣管道氣源的進(jìn)氣壓力，豎直線代表壓氣站所提升的壓力，斜線為壓縮天然氣沿管線流動(dòng)的壓力損失情況。

3.2 啟機(jī)工況

啟機(jī)工況主要是指管線下游壓力不夠，需要增啟機(jī)組或增加壓氣站來維持下游管線壓力。啟機(jī)工況多發(fā)生在管線進(jìn)氣量小于出氣量的情況。工況中，壓縮機(jī)組已達(dá)最大轉(zhuǎn)速，但進(jìn)、出站壓力仍很低，管線整體處于輸量大且壓力低的狀態(tài)。此情況表明管線所啟的壓氣站明顯不夠，需增啟壓縮機(jī)組，來滿足管線輸量和壓力的要求[3]。

3.3 停機(jī)工況

停機(jī)工況主要是指壓氣站出站壓力太高且一直保持快速上漲趨勢，必須停止機(jī)組運(yùn)行。停機(jī)工況多發(fā)生在管線進(jìn)氣量大于出氣量的情況。

（1）單個(gè)壓氣站停運(yùn)機(jī)組。工況中機(jī)組在最低轉(zhuǎn)速，出站壓力已經(jīng)接近設(shè)計(jì)壓力，且仍處于上漲趨勢。因此應(yīng)及時(shí)采取措施，停運(yùn)1臺或多臺機(jī)組，或者停運(yùn)1臺或多臺機(jī)組來緩解機(jī)組的運(yùn)行壓力。同時(shí)相應(yīng)減少上游各站的機(jī)組轉(zhuǎn)速，減小輸量，保證安全運(yùn)行。

（2）全線壓氣站均停運(yùn)機(jī)組或全線停運(yùn)多個(gè)壓氣站。工況中全線壓氣站出站壓力均較高，且仍具有上漲趨勢。同時(shí)，每個(gè)壓氣站的壓力差非常小，且機(jī)組處于最低轉(zhuǎn)速。此工況說明該管線不需要啟多機(jī)組或壓氣站來維持較小輸量下的運(yùn)行，因此，可以采取全線各壓氣站各停運(yùn)1臺或多臺機(jī)組或者間隔停運(yùn)多個(gè)壓氣站運(yùn)行。這樣操作既能避免管線超壓的風(fēng)險(xiǎn)，又可以保證管線的輸氣壓力，并且極大地降低運(yùn)行成本，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

3.4 特殊工況

（1）管線高管存、壓氣站低壓差、機(jī)組低轉(zhuǎn)速。此種情況為管線高管存、壓氣站低壓差、機(jī)組低轉(zhuǎn)速的工況。此工況進(jìn)出基本平衡，各壓氣站進(jìn)出站壓力沒有明顯的波動(dòng)，較為平穩(wěn)。這種工況一般出現(xiàn)在第2天管線下游銷售量有急劇的增加，需要管線維持高管存狀態(tài)來應(yīng)對，并且假如沒有啟這么多機(jī)組，而第2天銷售增加后再啟機(jī)的反應(yīng)時(shí)間不夠的情況。這種工況雖說可以保證高管存來應(yīng)對銷售的急劇增加，但實(shí)際運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大，需要各壓氣站及調(diào)度人員密切關(guān)注壓力、溫度等參數(shù)。一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)組故障停機(jī)，應(yīng)立即重啟機(jī)組或啟備用機(jī)組。若長時(shí)間無法啟機(jī)，則會造成上游壓氣站聯(lián)鎖停機(jī)的大型事故。應(yīng)特別注意的是，天然氣銷售早晚不均，晚間銷氣瞬時(shí)量相比白天有所減小，需要管線留出一部分空間來充裝減小的氣量，否則也會造成超壓。

（2）管線低管存、壓氣站高壓差、機(jī)組高轉(zhuǎn)速。此種情況為管線低管存、壓氣站高壓差、機(jī)組高轉(zhuǎn)速的工況。此工況為氣源壓力低、管線進(jìn)出平衡，整體管線接近最低管存。這種情況一般是氣源的進(jìn)氣量剛好滿足銷氣量，但無多余的氣量給管線充壓造成的。

3.5 壓氣站或機(jī)組切換

下游壓氣站切換至上游壓氣站：應(yīng)該先要求上游壓氣站啟運(yùn)，啟運(yùn)成功之后保持低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，再將下游壓氣站停運(yùn)。因?yàn)橄掠螇簹庹就＿\(yùn)后，在該下游壓氣站進(jìn)出站壓力持平之前，上游壓氣站的出口壓力是持續(xù)上升的。所以應(yīng)繼續(xù)觀察上游壓氣站的壓力上漲情況，再相應(yīng)提升機(jī)組轉(zhuǎn)速至合適的出站壓力，否則容易造成超壓。上游壓氣站切換至下游壓氣站：應(yīng)該先要求下游壓氣站啟運(yùn)，啟運(yùn)成功之后保持低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，再將上游壓氣站停運(yùn)。因?yàn)樯嫌螇簹庹就＿\(yùn)后，在該上游壓氣站進(jìn)出站壓力持平之前，下游壓氣站的入口壓力是持續(xù)下降的。所以應(yīng)繼續(xù)觀察下游壓氣站的壓力下降情況，待下游壓氣站進(jìn)站壓力有上升趨勢之后，再相應(yīng)提升機(jī)組轉(zhuǎn)速至合適的出站壓力，否則容易造成機(jī)組入口壓力低而停機(jī)。

4 加強(qiáng)對長輸天然氣管道的安全管理措施

4.1 建全法律制度，依法管理管道運(yùn)輸

為依法管理天然氣管道，2010年我國制定并頒布《中華人民共和國石油天然氣管道保護(hù)法》，各省也結(jié)合實(shí)際情況頒布了一些《石油天然氣管道保護(hù)條例》，為保護(hù)天然氣管道提供了法律依據(jù)，做到了有法可依。因此，相關(guān)的管道工作人員也應(yīng)以該法律為基礎(chǔ)，做好組織工作和宣傳工作，組織動(dòng)員群眾投身到長輸天然氣管道的保護(hù)工作中，讓群眾明白天然氣管道事關(guān)大家的整體利益，不可置身事外。同時(shí)，相關(guān)部門在法律法規(guī)實(shí)施的過程中，也要結(jié)合實(shí)際，深入群眾，根據(jù)實(shí)際情況的發(fā)展變化適時(shí)修訂，充分發(fā)揮法律法規(guī)在保護(hù)天然氣中的重要作用。

4.2 按照規(guī)范做好長輸天然氣管道的管理工作

長輸天然氣管道的管理和維護(hù)是技術(shù)性、專業(yè)性很強(qiáng)的工作，需要工作人員具有一定的技術(shù)水平和專業(yè)能力，這就要求要建立完善的專業(yè)技術(shù)和管理規(guī)范。由于長輸天然氣管線運(yùn)輸距離長，所經(jīng)地區(qū)環(huán)境復(fù)雜，所以相關(guān)人員要充分考慮到這一因素，要將管線分成一個(gè)個(gè)點(diǎn)及一個(gè)個(gè)段，實(shí)行分點(diǎn)和分段管理。要將具體的某一點(diǎn)段的管線管理工作交由所經(jīng)區(qū)域的相關(guān)單位，以降低管理的難度。而分管地區(qū)的單位要結(jié)合本地區(qū)的實(shí)際情況，組建專業(yè)性的管理小組，全權(quán)負(fù)責(zé)安全管理工作。

4.3 加強(qiáng)安全生產(chǎn)的管理

對于安全生產(chǎn)的管理要從管理層面到施工層面落實(shí)到位，所有人都要意識到安全管理的重要性，在具體施工過程中加大安全意識。雖然我國的安全管理問題已經(jīng)得到了很好的重視，安全管理工作也得到了相應(yīng)的完善，但是正真將安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低，保障施工順利進(jìn)行還要繼續(xù)研究。對于各種施工安全問題的出現(xiàn)要作為案例進(jìn)行深層次的研究，不管是國內(nèi)還有國外的案例，研究每個(gè)安全問題的出現(xiàn)有沒有相似之處，到底需要在那些方面進(jìn)行改善。同時(shí)，安全管理也絕不能紙上談兵，遇到具體的問題要提出具體的處理方法，保證安全第一。

4.4 加強(qiáng)巡護(hù)工作

對于管道建設(shè)的質(zhì)量，真正的檢驗(yàn)是管道的運(yùn)行。長輸管道因設(shè)計(jì)范圍廣，其在運(yùn)行過程中出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)是不可避免地。但加強(qiáng)巡護(hù)工作，能有效降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的幾率。通過有關(guān)部門制定專門的巡護(hù)方案，對管道運(yùn)行過程中的重點(diǎn)，以及安全隱患較大處進(jìn)行重點(diǎn)巡護(hù)。并制定相關(guān)責(zé)任制，確保每個(gè)崗位每個(gè)員工的責(zé)任落實(shí)到位。同時(shí)，建立相應(yīng)的獎(jiǎng)懲機(jī)制，對于任務(wù)完成優(yōu)秀的員工進(jìn)行一定的獎(jiǎng)勵(lì)，并與績效考核掛鉤，激發(fā)員工的工作積極性。在重要部位安排警示標(biāo)志，確保管道運(yùn)行的安全性。

4.5 加強(qiáng)宣傳，提高全民防范意識

天然氣管道的輸送最終通過末站供應(yīng)給用戶，天然氣管道的輸送涉及到從用戶到施工方等各個(gè)層面。因此，對于天然氣的安全問題涉及到全民眾。所以加強(qiáng)宣傳以提高全民防范意識是十分必要的。對于天然氣管道經(jīng)由的地區(qū)進(jìn)行宣傳，加強(qiáng)全面防范意識，讓群眾意識到破壞天然氣管道不僅會給自己的生活帶來不便，甚至?xí){到自己的生命健康，嚴(yán)重的要追究法律責(zé)任。重視安全施工問題，制定有效的懲罰制度，對于管道監(jiān)督到位的給予獎(jiǎng)勵(lì)，對于破壞管道的行為給予嚴(yán)厲的懲治，讓群眾成為管道安全的監(jiān)督人，這樣才能將安全問題落實(shí)到位。同時(shí)，基于施工人員知識體系的完善對于人民群眾的施工安全的宣傳也會起到不可磨滅的作用，施工人員的安全培訓(xùn)工作也要落實(shí)到位。

4.6 提高監(jiān)督力度

天然氣的輸送是一項(xiàng)很大的工程，耗時(shí)又耗力，要想保證整個(gè)施工安全就必須要加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)的安全管理和監(jiān)督力度。對于管道的輸送問題要有一定的規(guī)劃，提前制定可行的實(shí)施方案，對于可能存在的實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。對于實(shí)施材料的選擇要做好監(jiān)管，在符合國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下因條件的改變選擇合適的材料。同時(shí)，監(jiān)管人員在具體的施工過程中也要盡職盡責(zé)，對各個(gè)部門，各項(xiàng)環(huán)節(jié)把好關(guān)，在保障施工安全的前提下施工。在發(fā)現(xiàn)了問題時(shí)，要及時(shí)糾正與指導(dǎo)，對于可能遇見的施工風(fēng)險(xiǎn)要提前告知施工人員提前做好準(zhǔn)備，加強(qiáng)安全意識。

5 結(jié)語

天然氣管道聯(lián)網(wǎng)是近年來我國采用的向下游供氣的一次大膽嘗試，隨著我國幾條長距離天然氣管道的相互連通，其優(yōu)點(diǎn)正不斷顯現(xiàn)，比如，幾條管道能夠在系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)節(jié)下，根據(jù)不同管道運(yùn)行情況，通過分析計(jì)算優(yōu)化運(yùn)行質(zhì)量。