關(guān)于天然氣分輸站與門站合建的工藝技術(shù)可行性分析

孫文棟，王海清

（浙江能源天然氣集團有限公司，浙江 杭州 310051）

上游天然氣場站（如分輸站、末站等）一般建在天然氣長輸管線上，通常具有截斷放空、過濾分離、計量、調(diào)壓、清管、分輸?shù)裙δ?，一般由長輸管線輸氣單位投資建設(shè)并管理運行。下游天然氣場站（如城市門站）是天然氣自長輸管線站場（上游站場）進入城市燃氣管網(wǎng)的接氣點，一般具有氣質(zhì)檢測、過濾、計量、調(diào)壓、加熱、加臭、輸配氣等功能，一般由下游燃氣公司投資建設(shè)并運行管理和維護。由于天然氣上下游產(chǎn)業(yè)鏈分工的特點，上下游站場投資建設(shè)主體一般不同，當前較多的建設(shè)模式為上下游場站就近建設(shè)或毗鄰建設(shè)，上下游各自征地、采購設(shè)備，并獨立建設(shè)站場以及建成投產(chǎn)后獨立運行管理。該模式具有產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)分明、便于管理、安全責任界限清晰等優(yōu)點，但也有建設(shè)成本高、土地利用效率低、建設(shè)時序長、投產(chǎn)時間不同步、受多方面外界因素影響等缺點。為了貫徹“十分珍惜、合理利用土地和切實保護耕地”的基本國策，實現(xiàn)建設(shè)用地的集約利用和各類資源的優(yōu)化配置，同時適應(yīng)當前經(jīng)濟社會對產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的要求，運用共享經(jīng)濟思維，性質(zhì)相同或類似的工藝場站，可考慮合并建設(shè)[1]（上下游兩家投資主體合建即合建站）或直接由一家投資主體進行建設(shè)（一體化調(diào)壓站），以便節(jié)約建設(shè)周期，最大限度地提高項目綜合投資效率，提高系統(tǒng)監(jiān)控能力，減人增效，降低土地需求指標，提升油氣體制改革大背景下天然氣企業(yè)的綜合競爭力。

本文擬從相關(guān)行業(yè)規(guī)范和工藝流程角度，分析上下游合建站及一體化建設(shè)的技術(shù)可行性，并對設(shè)計過程中各功能分區(qū)整合時遇到的相關(guān)問題進行探討分析，形成相對標準可行的整合設(shè)計思路，希望對后續(xù)類似項目提供幫助。

1 執(zhí)行規(guī)范的適應(yīng)性分析

GB 17820—2018《天然氣》5.5 中規(guī)定進入長輸管道的天然氣應(yīng)符合一類氣的質(zhì)量要求[2]，與GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》中對燃氣氣質(zhì)的要求基本一致，根據(jù)GB 50183—2004《石油天然氣工程設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定，輸送介質(zhì)天然氣火災(zāi)危險類別屬于甲B 類[3]，但上下游站場運行壓力不同，導(dǎo)致設(shè)計要求有所區(qū)別，目前的設(shè)計規(guī)范中，尚無適用于合建站的統(tǒng)一標準規(guī)范。上游站場主要執(zhí)行GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》[4]，該規(guī)范被廣泛應(yīng)用于石油天然氣行業(yè)中。下游門站主要執(zhí)行GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》，該規(guī)范在燃氣行業(yè)中應(yīng)用比較普遍。根據(jù)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》6.5.13 規(guī)定，燃氣管道設(shè)計壓力大于0.4 MPa 時，其管材性能應(yīng)分別符合現(xiàn)行國家標準GB/T 9711《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件》、GB/T 8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》的規(guī)定，該規(guī)定與GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于站內(nèi)管材的技術(shù)要求基本一致。

綜合比較2 個規(guī)范，發(fā)現(xiàn)GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》相對于GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》在安全放空、進出站截斷閥設(shè)置、調(diào)壓器的安全監(jiān)控、流量控制、自控系統(tǒng)等方面要求更具體一點。對于合建站或一體化建設(shè)調(diào)壓站，本文認為原則上應(yīng)該同時遵循2 個規(guī)范中的相關(guān)條款。在設(shè)計過程中盡量做到統(tǒng)籌兼顧，進行功能整合設(shè)計，采取就高不就低的設(shè)計原則，嚴格控制相關(guān)設(shè)計參數(shù)及要求。

2 工藝流程整合設(shè)計

2.1 上下游站場典型工藝流程

根據(jù)功能定位，上游場站工藝流程一般為進站、過濾、計量、調(diào)壓、出站，兼顧氣質(zhì)分析、通球功能（設(shè)計壓力一般在4.0 MPa 以上）[5]，下游場站工藝流程一般為進站、過濾、計量、伴熱、調(diào)壓、加臭、出站，兼顧通球功能和氣質(zhì)分析（設(shè)計壓力一般在4.0 MPa 以下）[6]。上游場站與下游場站工藝流程基本相似，但設(shè)計壓力與進出站壓力不同。合建站或者一體化建設(shè)在分別實現(xiàn)上下游各功能前提下，可以對功能相似流程進行整合設(shè)計，突出共享原則，以期實現(xiàn)合建站或一體化建設(shè)調(diào)壓的綜合效益。下面以浙江省上下游典型站場為例進行分析研究。

浙江省內(nèi)長輸天然氣站場（上游站場）典型工藝流程如圖1 所示（以云和分輸站為例，設(shè)計壓力6.3 MPa）。

浙江省下游城市門站典型工藝流程（以云和門站為例，設(shè)計壓力4.0 MPa）如圖2 所示。

圖2 云和門站工藝流程圖

2.2 工藝流程各功能區(qū)分析與整合

2.2.1 進出站區(qū)

按照相關(guān)規(guī)范要求，上游場站及下游場站進出站均應(yīng)設(shè)置截斷閥門，同時截斷閥門應(yīng)具有ESD 緊急切斷功能，以保證在突發(fā)事故狀態(tài)下對站場運行進行上下游供氣切斷[7]。對于合建站或者一體化調(diào)壓站，由于是合并建設(shè)，工藝系統(tǒng)已實現(xiàn)融合，可將其看作一個整體系統(tǒng)，在進站區(qū)設(shè)置一個進站截斷閥門，而上游出口閥門與下游接收區(qū)進口閥門已成為工藝系統(tǒng)內(nèi)部閥門，截斷功能重復(fù)，且無需ESD 緊急切斷功能，因此可將原獨立工藝流程中的一出一進兩個閥門整合為一個閥門，然后合建站下游出站區(qū)設(shè)置一個截斷閥門。進出站絕緣接頭（或者絕緣法蘭）也可按照此原則進行整合設(shè)計。整合后的工藝流程如圖3 和圖4 所示。

圖4 上下游一體化調(diào)壓工藝流程圖

從圖3 和圖4 對比可以看出：合建站和一體化建設(shè)工藝流程稍有不同，是因為合建站是上下游雙方合建，設(shè)備資產(chǎn)歸屬上有所區(qū)分，這樣以傳統(tǒng)4.0 MPa區(qū)別資產(chǎn)歸屬就比較方便，而一體化調(diào)壓流程由于所有設(shè)備資產(chǎn)歸屬于一家單位，因此工藝流程上也更為精簡。

2.2.2 過濾裝置區(qū)

天然氣在管道內(nèi)輸送過程中，由于氣質(zhì)以及管道施工等原因，不可避免地會帶有一部分雜質(zhì)、液態(tài)烴、污液與水分。為保證站內(nèi)計量、調(diào)壓設(shè)備正常運行，在天然氣進站之后需要進行過濾分離，將天然氣中的雜質(zhì)、液態(tài)烴與水分去除，《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》和《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》均要求天然氣進站后在計量調(diào)壓前需要設(shè)置過濾裝置。對于合建站及一體化建設(shè)的情況，上下游工藝裝置區(qū)設(shè)置在同一場站內(nèi)，上下游距離短，工藝系統(tǒng)相互整合后將其看作一個整體系統(tǒng)，天然氣經(jīng)過上游分輸區(qū)過濾裝置過濾后雜質(zhì)很少，下游接收區(qū)可不單獨設(shè)置過濾裝置。即根據(jù)實際情況天然氣進站后設(shè)置一套過濾分離裝置即可滿足工藝要求。

2.2.3 計量裝置區(qū)

目前天然氣場站供氣計量方式有貿(mào)易計量和過程計量，計量設(shè)置方式、計量精度與站場功能和管理單位的計量要求有關(guān)。上下游站場之間一般需設(shè)置貿(mào)易計量用于貿(mào)易結(jié)算。目前貿(mào)易計量的設(shè)置方式一般有2種：一是在上游分輸站和下游門站分別設(shè)置貿(mào)易流量計，實現(xiàn)對比計量功能；二是僅在上游分輸站設(shè)置貿(mào)易流量計，下游門站不設(shè)置對比計量。目前方式一被廣泛應(yīng)用于天然氣行業(yè)，對于雙方獨立建站的供氣模式，一般采用方式一。而對于合建站供氣模式，本文認為，由于上下游投資主體不同，建議參考獨立建站模式，考慮設(shè)置對比貿(mào)易計量，雖然初期投資較高，但對上下游投資主體均有利，可以避免后期產(chǎn)生經(jīng)濟貿(mào)易糾紛（如圖2 工藝流程方案）。而對于一體化建設(shè)的情況，由于上下游項目建設(shè)主體為一家單位，無法設(shè)置比對貿(mào)易計量，故只能設(shè)置一套貿(mào)易計量裝置，同時雙方事先約定好計量規(guī)則，且在雙方的共同監(jiān)督下，建設(shè)主體單位按期開展流量計的標定，并將標定證明提供給對方，共同解決輸差問題（如圖3 工藝流程方案）。

2.2.4 調(diào)壓設(shè)備區(qū)

調(diào)壓設(shè)備的設(shè)置方式與進出口壓力及設(shè)計流量有關(guān)，不同的建設(shè)模式對于調(diào)壓流程的整合有不同的要求，根據(jù)GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范》8.4 設(shè)計原則，典型分輸站調(diào)壓區(qū)流程一般可設(shè)計為電動調(diào)節(jié)閥+自力式調(diào)節(jié)閥+安全切斷閥調(diào)壓火車設(shè)置方案。根據(jù)GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》6.6.10.6設(shè)計原則，典型門站調(diào)壓區(qū)流程設(shè)計為調(diào)壓器+安全保護裝置（一般為安全切斷閥）。

合建站模式中，上下游調(diào)壓設(shè)備一般以壓力作為邊界分開設(shè)置，一般是以傳統(tǒng)的4.0 MPa 為邊界，4.0 MPa 以上的調(diào)壓設(shè)備設(shè)置在上游分輸區(qū)，其余設(shè)置在下游接收區(qū)。如6.3 MPa→3.5 MPa 調(diào)壓區(qū)放置于上游，3.5 MPa→1.6 MPa 調(diào)壓區(qū)和1.6 MPa→0.4 MPa 調(diào)壓區(qū)放置于下游。如果是對于一體化調(diào)壓建設(shè)的情況，由于投資主體是一家單位，可以對調(diào)壓區(qū)進一步整合設(shè)計，設(shè)置為6.3 MPa→1.6 MPa 調(diào)壓區(qū)和1.6 MPa→0.4 MPa 調(diào)壓區(qū)（如圖4 工藝流程方案）。而站場內(nèi)工藝管道及設(shè)備壓力等級設(shè)計應(yīng)與工藝流程相適應(yīng)。

3 結(jié)語

通過對以上工藝流程及各功能分區(qū)進行分析，可知合建站內(nèi)諸多功能區(qū)及主要設(shè)備可合并設(shè)置，技術(shù)可行并基本可以做到與相關(guān)規(guī)范相適應(yīng)。主要設(shè)置原則為：①參照上下游場站的工藝流程，進站處設(shè)置進站閥門，經(jīng)上游分輸區(qū)過濾裝置、計量裝置和調(diào)壓裝置后進入下游接收區(qū)。對于設(shè)備投資主體分開的合建模式，下游接收區(qū)內(nèi)設(shè)置貿(mào)易結(jié)算對比計量，之后進入加熱區(qū)，然后經(jīng)過調(diào)壓一區(qū)和調(diào)壓二區(qū)后出站。②而對于站內(nèi)所有設(shè)備投資主體均為一家單位的情況，可整合為一體化調(diào)壓方案，即進站處設(shè)置進站閥門，氣體經(jīng)過濾裝置、計量裝置和二級調(diào)壓裝置后出站。③從整合后的工藝流程圖來看，一體化方案流程可以最大程度整合上下游功能區(qū)，所以在上下游各方同意且有條件的情況下，推薦采用一體化調(diào)壓方案，以便實現(xiàn)資源利用及經(jīng)濟效益最大化。