天然氣集輸計量五閥組設(shè)計研究

何炯達 張錦 張靜

摘要：本文簡單介紹天然氣項目中的五閥組以及內(nèi)部構(gòu)成，進一步探討五閥組的設(shè)計，包括技術(shù)背景與和設(shè)計內(nèi)容。并針對五閥組日常應(yīng)用中的故障問題與處理方式展開敘述。以供參考。

關(guān)鍵詞：天然氣;五閥組;計量

一、五閥組簡介

硫含量偏大的氣田集氣站單井以及外輸天然氣，在計量時，通常會選擇孔板差壓進行計量。而五閥組是把節(jié)流設(shè)備孔板所面臨的壓力值，借助導(dǎo)壓管路和多變量的變送裝置，二者實現(xiàn)穩(wěn)定連接，把變送裝置的正負壓室和引壓點之間，進行斷開以及導(dǎo)通等處理，也可把正負壓室進行斷開與導(dǎo)通。最終利用變動裝置實現(xiàn)監(jiān)測識別當(dāng)下計量情況。

計量五閥組的構(gòu)成部件包括高低壓閥門、高低壓平衡閥與放空閥。其中，高壓閥是負責(zé)計量設(shè)備孔板上游的導(dǎo)壓管線，連接多變量變送裝置的高壓腔內(nèi)天然氣。而低壓閥則主要針對相應(yīng)位置的下游區(qū)域，在低壓腔內(nèi)的天然氣。高壓平衡閥，是負責(zé)從高壓閥開始，到多變量的變送裝置高壓腔中，最終進入放空閥與低壓平衡閥區(qū)域的天然氣。低壓平衡閥則針對從低壓閥到變送裝置的低壓腔內(nèi)，之后進入放空閥與高壓平衡閥處的天然氣。閥組中的放空閥，則是由高低壓的平衡閥處，流動傳輸?shù)奶烊粴?。其簡體示意圖如下圖所示。

在實際計量天然氣的過程中，選擇裝配五閥組，應(yīng)當(dāng)在閉合放空閥后，勻速緩慢開啟兩個平衡閥，而后關(guān)上高低壓閥。五閥組在未發(fā)生異常情況的狀態(tài)下，均能保持長效生產(chǎn)工況。在日常檢驗維修期間，要求先開啟兩個平衡閥，而后關(guān)上高低壓閥，也可以選擇關(guān)上節(jié)流設(shè)備上下游出位置的根部針閥，讓多變量的變送裝置內(nèi)，高低壓腔中的壓力保持平衡狀態(tài)，此時多變量的變送裝置，便會出現(xiàn)節(jié)流壓差隨之下調(diào)至 的狀態(tài)。而后開啟五閥組中的放空閥，讓靜壓值同樣下降到 。

二、五閥組內(nèi)部構(gòu)成

在五閥組中，其的高低壓閥門的結(jié)構(gòu)基本一致，具體包括手柄與壓帽、閥桿、螺母、密封填料和其的壓環(huán)與填料函等部件。其中，壓帽的存在價值體現(xiàn)在：密封填料的壓環(huán)，實現(xiàn)下壓填料。而密封填料是針對閥門的閥桿，達到密封的目的。

五閥組內(nèi)的兩個平衡閥和放空閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一致，包括壓帽與閥桿、密封填料和填料函等。在壓帽中，下壓填料，而填料同樣起到密封閥桿的效果，本處的閥門選擇球錐進行密封[1]。

三、五閥組設(shè)計研究

集氣站日常生產(chǎn)期間，需定期在孔板流量計處實施排污處理。在解體查看五閥組的內(nèi)部情況時，會發(fā)現(xiàn)有部分雜質(zhì)，導(dǎo)致平衡閥門無法正常關(guān)閉，造成內(nèi)漏，引起上下游取壓結(jié)果的波動，壓差信號偏弱，儀表輸出結(jié)果也較小。如果出現(xiàn)該類情況，直接清洗及換新便可，但依舊容易出現(xiàn)其他問題。

（一）背景技術(shù)

五閥組是基于三閥組，額外添加兩組閥門產(chǎn)生的。另外增設(shè)的閥門負責(zé)排除管導(dǎo)壓管以及變送裝置中的空氣及雜物，確保儀表儀器日常計量天然氣的精確度。原本的五閥組，涉及到控制閥門、平衡閥門與常說的排污閥。其中的排污閥是安設(shè)于對應(yīng)排污口。為保障日常作業(yè)便利，會在閥體之外，連接對應(yīng)管材。此管材和排污口連接，同時對應(yīng)閥門各自控制閥體中開關(guān)的狀態(tài)。借助此種形式，五閥組在投入工作中，生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部雜物，不能由閥組的排污閥位置排出，僅能借助相連的排污管，有效排出。該類五閥組的內(nèi)部構(gòu)成比較復(fù)雜，同時排污閥和控制閥的結(jié)構(gòu)基本類似，需要在對應(yīng)閥體中，布置管材。但此種結(jié)構(gòu)設(shè)計，既提高生產(chǎn)五閥組本身的材料投入，并且還提高組裝的難度，降低安裝作業(yè)的效率，由此增加五閥組總體的使用成本[2]。

（二）設(shè)計內(nèi)容

為克服五閥組原本內(nèi)部架構(gòu)復(fù)雜、不方便加工安裝等問題，設(shè)計研究得到新型五閥組，既能達到控制材料支出的目的，還提高安裝過程的便利性，優(yōu)化整體效益。主要針對其中的排污閥，其安設(shè)在閥體中的對應(yīng)位置，主要特性是：涉及到調(diào)節(jié)螺栓與安裝座。其中，后者需安裝固定于的閥體上，并在后者內(nèi)部設(shè)置螺紋孔，同時此螺紋孔和排污口連接。而調(diào)節(jié)螺栓則直接擰在上述的螺紋孔中，進入到閥體中，螺紋孔和排污口處的螺紋銜接。上述安裝座的側(cè)壁，接近閥體的一側(cè)，留有排污孔，并且和上述螺紋孔相通[3]。

上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的意圖是：借助調(diào)節(jié)螺栓，開關(guān)系統(tǒng)中的排污口，而且借助安裝座上的排污孔，進行日常排污處理。使用此種閥體設(shè)計結(jié)構(gòu)，既能改善五閥組中閥體結(jié)構(gòu)，并保障后期安設(shè)與投入應(yīng)用的效率，又方便五閥組制作加工與組裝，投入費用不高[4]。

四、五閥組故障及處理方法

（一）五閥組故障識別

目前的五閥組，針對其常見故障的識別方式較多，具體有：

其一，高壓閥的內(nèi)漏問題。正常工況條件下，關(guān)上高低壓閥門，開啟兩個平衡閥與放空閥，在壓力下降到零后，閉合上平衡閥與放空閥。此時如果靜壓值提高，則說明高壓閥存在內(nèi)漏問題。

其二，低壓閥內(nèi)漏問題。關(guān)上計量儀器的全部控制針閥，而后關(guān)上低壓閥，開啟平衡閥與放空閥，在壓力值達到零后，關(guān)上放空閥及高壓閥。假設(shè)靜壓值提升，表示有內(nèi)漏問題[5]。

其三，平衡閥的內(nèi)漏。設(shè)定在正常生產(chǎn)條件中，關(guān)上高低壓閥，也可以是計量設(shè)備的控制針閥。而后開啟放空閥，查看節(jié)流的壓力變化及差值、氣井內(nèi)氣量起伏情況。假設(shè)氣井內(nèi)的氣量下降，同時節(jié)流壓差減小，靜壓值也降低，說明高壓的平衡閥有內(nèi)漏的問題。但如果節(jié)流壓差與氣量均提高，說明是低壓平衡閥存在內(nèi)漏故障[6]。

其四，放空閥的內(nèi)漏。在正常工作情形下，開啟低壓的平衡閥，并關(guān)上高低壓閥，也可以選擇關(guān)上導(dǎo)壓管路在其根部的閥門，查看節(jié)流壓差的情況。如果氣井氣量提高，而且節(jié)流壓力也上升，意味著放空閥有內(nèi)漏的情況。下一步，還原到正常生產(chǎn)條件下，開啟高壓平衡閥，并關(guān)上高低壓閥，同樣也可以關(guān)上導(dǎo)壓管路的根部處閥門，如果氣井內(nèi)氣量減少，而且靜壓值變小，基本能判斷放空閥有內(nèi)漏問題[7]。

其五，堵塞物的位置。在計量五閥組與導(dǎo)壓管路出現(xiàn)堵塞的情況，導(dǎo)致氣井內(nèi)壓力值與氣量發(fā)生明顯起伏。假設(shè)是上游導(dǎo)管有堵塞的問題，在現(xiàn)場氣量增加中，會導(dǎo)致對應(yīng)計量輸出結(jié)果較小。反之亦反。如果是下游的導(dǎo)壓管路出現(xiàn)堵塞的情況，氣井現(xiàn)場生產(chǎn)氣量增加，對應(yīng)計量結(jié)果相對偏大;如果現(xiàn)場生產(chǎn)氣量減少，計量結(jié)果相對偏低。借助壓力與氣量等參數(shù)進行比較分析，可確定故障位置[8]。

（二）五閥組故障處理

針對五閥組故障問題，可選擇解堵與維修的方式。

一方面，解堵處理中，有三類操作可使用。首先是壓差解堵，借助導(dǎo)壓管中流動的天然氣自身壓力，搭配放空處理，達到解堵的目的。實際處理中，技術(shù)員需開啟兩個平衡閥，并關(guān)上高低壓閥，打開放空閥。而后逐漸打開高壓（低壓）閥門，借助高壓（低壓）的管線和閥門，通過操控對應(yīng)閥門，完成解堵處理。其次，調(diào)節(jié)伴熱帶。將伴熱帶安設(shè)于五閥組與導(dǎo)壓管上，在正常工況中，溫度處于 區(qū)間內(nèi)，假設(shè)五閥組和導(dǎo)壓管線出現(xiàn)堵塞，需先檢查伴熱帶安設(shè)情況，有無投用。或者將工作溫度條至 ，配合其他解堵方式，比如加熱吹掃等[9]。在解堵處理結(jié)束后，需立即把溫度恢復(fù)到原本的工作區(qū)間。最后，熱水澆淋。技術(shù)員具體采取的處理步驟為：把氣相流量計的五閥組內(nèi)平衡閥開啟;關(guān)上其中導(dǎo)壓管線對應(yīng)取壓針閥;使用熱水多次澆淋五閥組與導(dǎo)壓管線;把流量計上的放空管線，放在堿桶中;逐漸開啟放空針閥，擴大閥門的開度;關(guān)上放空針閥，開啟取壓針閥;關(guān)上平衡閥;查看流量情況，如果處于正常表現(xiàn)狀態(tài)，說明解堵成功，反之重復(fù)上述操縱[10]。

另一方面，維修處理中，要注意填料的品質(zhì)與總量，合理配裝填料。在確認壓緊的前提下，控制壓套的深度，在填料函高度的 之間最佳。裝入填料期間，為避免發(fā)生材料外漏，需全程查看壓套端面的情況。在檢查與養(yǎng)護緊固件時，擰緊操作環(huán)節(jié)中，需涂敷適量的石墨粉。另外，養(yǎng)護操作應(yīng)定期開展，一旦發(fā)現(xiàn)不滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的緊固件，需立即換新。實際工作中，需針對閥桿不靈敏以及外漏氣、平衡閥與放空閥、閥組內(nèi)漏，選擇適當(dāng)?shù)姆绞?，進行維修[11]。

五、結(jié)束語

通過討論五閥組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與功能性，分析提高五閥組應(yīng)用性能，降低堵塞的改良設(shè)計方向。在當(dāng)前的實踐生產(chǎn)中，要求操作從業(yè)者對五閥組有全面的認識，借助有效改造設(shè)計，控制日常工作強度與危險性，繼而優(yōu)化站場管理效果。

參考文獻：

[1]郭東 黃偉杰 王猛著 《天然氣集輸系統(tǒng)計量輸差原因及控制對策》 化工設(shè)計通訊 ?2020

[2]張立群 馬德慶 李建慶著 《集輸天然氣計量存在問題的分析及改進措施》 石化技術(shù) ?2019

[3]趙鳳龍 李慧 朱峰著 《天然氣分輸站場正反輸計量數(shù)據(jù)切換問題研究》 石化技術(shù) ?2019

[4]楊建華 《淺析長輸天然氣管道計量誤差分析與解決》 儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量 ?2021