淺談?wù){(diào)壓撬在天然氣分輸場站中的應(yīng)用

上海天然氣管網(wǎng)有限公司 魏 星

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淺談?wù){(diào)壓撬在天然氣分輸場站中的應(yīng)用

上海天然氣管網(wǎng)有限公司 魏 星

以調(diào)壓撬為代表的天然氣調(diào)壓設(shè)備，在天然氣分輸場站中的應(yīng)用越來越廣泛。結(jié)合調(diào)壓撬在天然氣分輸場站中的使用情況，對(duì)調(diào)壓撬的工作原理、常見故障尤其是冰堵故障進(jìn)行了詳細(xì)分析，并給出了相應(yīng)的解決措施，具有很好的現(xiàn)場實(shí)踐意義。

天然氣 調(diào)壓撬 常見故障 電伴熱裝置

0 引言

天然氣作為清潔能源，在社會(huì)能源結(jié)構(gòu)中的比例越來越大，而且隨著國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，在部分領(lǐng)域?qū)γ禾康氖褂糜兴拗疲S多煤炭使用企業(yè)轉(zhuǎn)向利用天然氣作為原料，如燃?xì)獍l(fā)電行業(yè)等，因此，天然氣需求越來越大。近年來，以西氣東輸為代表的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，城市燃?xì)庠诟鞯卣闹С窒乱驳玫搅丝焖俚陌l(fā)展。天然氣分輸場站越來越多，其中調(diào)壓設(shè)備作為分輸場站中最重要的工藝設(shè)備，也得到了飛速的發(fā)展，功能不斷完善，設(shè)計(jì)更加安全，以滿足各類調(diào)壓站的不同需求。下面將以上海天然氣管網(wǎng)公司使用的調(diào)壓設(shè)備為例，對(duì)調(diào)壓撬在天然氣分輸場站的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)說明。

1 調(diào)壓閥概述

調(diào)壓閥是指用于流體介質(zhì)輸送管道上的減壓器，它具有閥門的特點(diǎn)，可以控制流體的通斷和節(jié)流；也具有自動(dòng)控制元件的特點(diǎn)，它自身構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，而且不需要其他的輔助能源，只取自流體本身的壓力差作為操作能源。

調(diào)壓閥主要功能是通過調(diào)節(jié)將進(jìn)口壓力減至某一需要的出口壓力，并依靠介質(zhì)本身的能量，使出口壓力自動(dòng)保持穩(wěn)定的閥門。從流體力學(xué)的觀點(diǎn)看，減壓閥是一個(gè)局部阻力可以變化的節(jié)流元件，即通過改變節(jié)流面積，使流速及流體的動(dòng)能改變，從而達(dá)到減壓的目的。然后依靠控制與調(diào)節(jié)，使閥后壓力的波動(dòng)與閥體內(nèi)彈簧力相平衡，使閥后壓力在一定的誤差范圍內(nèi)保持恒定。

2 調(diào)壓閥種類和特點(diǎn)

調(diào)壓閥一般可分為直接作用式調(diào)壓閥和指揮器式調(diào)壓閥。

直接作用式調(diào)壓閥特點(diǎn)是：

(1)零件數(shù)量少，價(jià)格低。

(2)壓力、閥體尺寸和流通能力受到限制。

(3)通常調(diào)壓精度比較低。

相對(duì)于直接作用式調(diào)壓閥，指揮器式調(diào)壓閥具有精度高和壓力范圍寬、響應(yīng)速度快的明顯優(yōu)點(diǎn)，所以在天然氣調(diào)壓系統(tǒng)中迅速得到了廣泛的應(yīng)用。

指揮器式調(diào)壓閥按照安裝類型還可以分為曲流式調(diào)壓閥和軸流式調(diào)壓閥。

3 調(diào)壓撬在分輸場站中的應(yīng)用

上海天然氣管網(wǎng)公司負(fù)責(zé)上海市多種壓力等級(jí)天然氣管網(wǎng)及其分輸場站的管理與維護(hù)，其中普遍使用上海飛奧公司提供的REFLUX819系列調(diào)壓閥，如REFLUX819+DB819+HBC975/SBC782等。該類型調(diào)壓閥屬于指揮器式調(diào)壓閥，安裝類型上屬于曲流式調(diào)壓閥。一般來說，調(diào)壓閥不是單個(gè)使用，而是由多個(gè)調(diào)壓閥門組成的調(diào)壓撬共同控制。調(diào)壓撬需要具有安全切斷、監(jiān)控調(diào)壓和工作調(diào)壓三大功能，因此調(diào)壓撬通用的配置方式為安全切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓閥+工作調(diào)壓閥，當(dāng)然有些調(diào)壓閥同時(shí)具備安全切斷和監(jiān)控調(diào)壓兩大功能，為內(nèi)裝一體式，具體配置要根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)壓需求。

上海飛奧公司提供的REFLUX819+DB819 +HBC975/SBC782調(diào)壓閥，主體為REFLUX819調(diào)壓閥，配套DB819消音器，配套HBC975或SBC782安全切斷閥。

3.1 工作原理

3.1.1 監(jiān)控調(diào)壓閥REFLUX819+DB819

REFLUX819+DB819系列監(jiān)控調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 REFLUX819+DB819系列監(jiān)控調(diào)壓閥結(jié)構(gòu)

其工作原理是將上游導(dǎo)入的天然氣經(jīng)預(yù)調(diào)器過濾、減壓后再經(jīng)導(dǎo)閥調(diào)壓，然后送入主調(diào)壓閥皮膜下部，將皮膜向上推移形成開啟節(jié)流閥的力；而下游引入的天然氣進(jìn)入指揮器(預(yù)調(diào)器+導(dǎo)閥組成指揮器)，又迅速調(diào)節(jié)進(jìn)入主調(diào)壓閥皮膜下部的天然氣流量，并由下游主調(diào)壓閥壓力反饋管引入的天然氣作用于主調(diào)壓閥皮膜上部，和主閥桿上的彈簧形成閉合節(jié)流閥的力，兩股力的平衡決定了節(jié)流閥的開啟度。當(dāng)指揮器彈簧完全放松時(shí)，通往主調(diào)器皮膜下部的天然氣被切斷，皮膜則失去了向上的推力，下游天然氣作用在皮膜上部的力和主彈簧壓制力將節(jié)流閥關(guān)閉。反之，當(dāng)旋緊指揮器彈簧時(shí)，通往主調(diào)器皮膜下部的天然氣量增大，作用在皮膜下方向上的推力增大，使得節(jié)流閥閥口開度變大，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。REFLUX819+DB819監(jiān)控調(diào)壓閥外形見圖2。

圖2 REFLUX819+DB819監(jiān)控調(diào)壓閥外形

3.1.2 安全切斷閥HBC975

HBC975安全切斷閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 HBC975安全切斷閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

其工作原理是將上游導(dǎo)入的天然氣經(jīng)切斷閥控制箱過濾調(diào)壓后，其出口的天然氣送入切斷閥氣缸，將氣缸活塞向上推移并克服彈簧壓制力使得閥口打開。當(dāng)下游天然氣壓力升高至設(shè)定的切斷壓力時(shí)，經(jīng)導(dǎo)壓管引至切斷閥控制箱，觸發(fā)控制箱內(nèi)壓力釋放閥，將氣缸內(nèi)的壓力釋放到大氣中，活塞桿經(jīng)彈簧復(fù)位的力將切斷閥閥口關(guān)閉。

切斷閥控制箱的實(shí)物簡介見圖4。

圖4 HBC975安全切斷閥控制箱

如果是內(nèi)裝式緊急切斷閥，如飛奧公司提供的SB82系列，其外形見圖5，SB82可裝在在線監(jiān)控器或主調(diào)壓閥REFLUX819上，同時(shí)具備調(diào)壓和安全切斷功能。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是模塊化設(shè)計(jì)，可以再不改動(dòng)管道的情況下將切斷閥加裝到已經(jīng)安裝好的REFLUX819調(diào)壓閥上。該內(nèi)裝式緊急切斷閥的主要特性包括：精度AG：設(shè)定值的0.5%；超壓和欠壓介入；手動(dòng)按鈕操作；可選擇氣動(dòng)或電磁遙控；人工復(fù)位，帶有由操作桿驅(qū)動(dòng)的內(nèi)部旁路；總體尺寸??；維修方便；可加裝閥位遠(yuǎn)傳裝置等。

圖5 REFLUX819+SB82調(diào)壓閥外形

3.2 調(diào)壓撬壓力調(diào)節(jié)方式

調(diào)壓撬一般包括：安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥、工作調(diào)壓閥以及撬體進(jìn)出口閥門。在投用之前，要對(duì)三個(gè)閥門進(jìn)行壓力設(shè)定，工作調(diào)壓閥設(shè)定為最終分輸需要達(dá)到的壓力，監(jiān)控調(diào)壓閥設(shè)定值比工作調(diào)壓閥高0.1~0.2 MPa，安全切斷閥設(shè)定值比監(jiān)控調(diào)壓閥高0.1~0.2 MPa。正常情況下，安全切斷閥和監(jiān)控調(diào)壓閥處于全開位置，由工作調(diào)壓閥對(duì)下游壓力進(jìn)行控制調(diào)節(jié)；當(dāng)工作調(diào)壓閥出現(xiàn)故障，無法調(diào)節(jié)下游壓力時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓閥開始工作，使下游壓力維持在一個(gè)略高于正常工作壓力下的狀態(tài)，確保下游壓力處于安全范圍；當(dāng)監(jiān)控調(diào)壓閥出現(xiàn)故障，無法控制下游壓力時(shí)，壓力持續(xù)上升，當(dāng)上升至安全切斷閥的設(shè)置壓力時(shí)，安全切斷閥動(dòng)作，自動(dòng)切斷氣源，以此實(shí)現(xiàn)下游壓力的超壓保護(hù)，確保下游管路和設(shè)備的安全。

通用調(diào)壓撬調(diào)壓方法大致如下：

3.2.1 最先調(diào)整安全切斷閥壓力

(1)關(guān)閉調(diào)壓撬出口處閥門。

(2)將安全切斷閥、工作調(diào)壓閥的調(diào)整螺釘向內(nèi)旋緊，使壓力設(shè)定值調(diào)整到最大；監(jiān)控調(diào)壓閥調(diào)整螺釘向外旋出，使壓力設(shè)定值調(diào)整到最小。確認(rèn)安全切斷閥處于完全開啟狀態(tài)。

(3)打開下游放空閥，降低出口壓力。切斷閥壓力由監(jiān)控調(diào)壓閥指揮器上設(shè)定，設(shè)定時(shí)需由放空閥進(jìn)行放空。緩慢旋緊監(jiān)控調(diào)壓閥指揮器調(diào)整螺釘，增大監(jiān)控調(diào)壓閥設(shè)定值，每次以1/4圈為一步，觀察下游出口壓力，直至達(dá)到安全切斷目標(biāo)值為止。

(4)緩慢向外旋出安全切斷閥調(diào)整螺釘，減小安全切斷閥壓力設(shè)定值，聽到閥門有切斷聲音即可，再將安全切斷閥調(diào)整螺釘向相反方向(旋緊方向)調(diào)整1/4圈，壓力設(shè)定完成。

3.2.2 監(jiān)控調(diào)壓閥壓力設(shè)定

(1)緩慢旋松監(jiān)控調(diào)壓閥指揮器調(diào)整螺釘，使監(jiān)控調(diào)壓閥壓力設(shè)定值到最小。對(duì)安全切斷閥復(fù)位，復(fù)位前應(yīng)使安全切斷閥前后壓力平衡。打開下游放空閥，將出口壓力降低。

(2)緩慢旋緊(每次1/4圈)監(jiān)控調(diào)壓閥指揮器調(diào)整螺釘，逐步增大監(jiān)控調(diào)壓閥設(shè)定值，同時(shí)觀察下游出口壓力，直至達(dá)到需要的壓力值為止，最后擰緊調(diào)整螺釘?shù)逆i緊螺母。

3.2.3 工作調(diào)壓閥壓力調(diào)整

(1)緩慢旋松工作調(diào)壓閥調(diào)整螺釘，使工作壓力調(diào)整到最小。

(2)緩慢旋緊工作調(diào)壓閥調(diào)整螺釘，增大工作調(diào)壓閥設(shè)定值。觀察下游壓力表，當(dāng)達(dá)到需要的設(shè)定值時(shí)停止調(diào)節(jié)。

如果工作調(diào)壓閥為電動(dòng)閥門，則只需在SCADA系統(tǒng)上設(shè)定其出口壓力值，即可由系統(tǒng)遠(yuǎn)程操控。

4 調(diào)壓撬常見故障及處理方式

安全切斷閥常見故障及處理方式見表1。

表1 安全切斷閥常見故障及處理方式

監(jiān)控調(diào)壓閥常見故障及處理方式見表2。

表2 監(jiān)控調(diào)壓閥常見故障及處理方式

5 調(diào)壓撬冰堵故障分析及處理方式

近年來，隨著天然氣用戶的迅猛發(fā)展，各城市、工業(yè)區(qū)天然氣用量大幅度提升，尤其是每年冬季更是用氣量高峰期，天然氣分輸站調(diào)壓撬的安全運(yùn)行顯得尤為重要。而冬季又是調(diào)壓撬出現(xiàn)冰堵故障的高發(fā)期，調(diào)壓撬一旦出現(xiàn)冰堵故障，將會(huì)造成調(diào)壓撬不能正常工作，勢(shì)必嚴(yán)重影響城市或工業(yè)區(qū)的正常供氣。下面就調(diào)壓撬冰堵故障進(jìn)行分析、探討。

5.1 冰堵故障原因分析

造成調(diào)壓撬冰堵的原因是來自天然氣中的固體或液體雜質(zhì)。雖然經(jīng)過上游凈化除塵裝置后天然氣已經(jīng)很“干凈”，但是天然氣中C3以上的烴類和少量的水分仍然保留在天然氣中，天然氣經(jīng)過調(diào)壓撬降壓后，溫度隨之下降。在冬季環(huán)境溫度很低的情況下，天然氣經(jīng)過降壓后溫度變得更低，此時(shí)天然氣中極易凝析出大量天然氣液(多碳烴)和固態(tài)冰，這些液體和固體物質(zhì)極易堵塞調(diào)壓閥以及指揮器、預(yù)調(diào)裝置等調(diào)壓設(shè)備，造成調(diào)壓撬冰堵故障發(fā)生。

5.2 調(diào)壓撬冰堵故障的危害

調(diào)壓撬出現(xiàn)冰堵故障后，使得調(diào)壓單元無法正常調(diào)壓，致使出口壓力迅速上升至切斷閥切斷，如果此時(shí)切斷閥也有“冰堵”情況出現(xiàn)時(shí)，將會(huì)造成切斷不嚴(yán)密或無法切斷，對(duì)管道設(shè)備的安全運(yùn)行以及用戶的用氣安全產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。

另外，調(diào)壓撬長期在低溫情況下工作，調(diào)壓閥內(nèi)的橡膠密封件使用壽命也將減少，給調(diào)壓閥的正常工作埋下了安全隱患。

5.3 預(yù)防冰堵故障的措施

5.3.1 調(diào)壓撬增加電伴熱

調(diào)壓撬安裝電伴熱保溫裝置，用220 V電壓單獨(dú)供電，每路調(diào)壓撬上電伴熱保溫裝置由獨(dú)立開關(guān)控制，用哪路調(diào)壓撬就開啟哪路電伴熱保溫裝置，這樣既能預(yù)防冰堵現(xiàn)象發(fā)生，又節(jié)約了能源。對(duì)調(diào)壓閥信號(hào)管、調(diào)壓單元及前后直管段加電伴熱線纏繞，同時(shí)包裹保溫材料。

保溫材料選用聚氯乙烯，由無毒無味的低密度聚乙烯樹脂經(jīng)物理發(fā)泡形成無數(shù)個(gè)非交聯(lián)閉孔氣泡制成。該產(chǎn)品性能特點(diǎn)是柔韌、質(zhì)清、富有彈性，克服了EPS發(fā)泡膠易碎、變形、回復(fù)性差的缺點(diǎn)。具有環(huán)保、緩沖、減震、回彈、防水、保溫、隔音、抗腐、阻燃和質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)。

5.3.2 工藝系統(tǒng)增加加熱裝置

在調(diào)壓撬前端工藝系統(tǒng)中增設(shè)加熱裝置也可以有效避免調(diào)壓撬冰堵的發(fā)生。在上海天然氣管網(wǎng)公司普遍采用的是在進(jìn)分輸站管線后增設(shè)一套水浴加熱爐裝置，提前將天然氣加熱到一定溫度，經(jīng)過調(diào)壓撬后雖然溫度有所降低，但是只要保證分輸溫度在0°C以上，即可有效避免調(diào)壓撬產(chǎn)生冰堵。

水浴爐是通過燃燒器產(chǎn)生火焰和高溫?zé)煔猓浠鹧婧透邷責(zé)煔庖暂椛?、?duì)流等傳熱形式將熱量傳給爐體中的水，使水的溫度升高，再由水將熱量傳遞給盤管中的被加熱介質(zhì)(天然氣)，使被加熱介質(zhì)(天然氣)溫度升高，達(dá)到生產(chǎn)工藝所需求的溫度。

水浴爐分為帶壓和常壓兩類，上海天然氣管網(wǎng)公司采用的是帶壓水浴爐，水浴溫度可達(dá)130 ℃，能有效增強(qiáng)盤管換熱效果，減少盤管換熱面積。由于被加熱介質(zhì)與火焰、高溫?zé)煔獠恢苯咏佑|，其盤管外面是介質(zhì)水，因此，水浴爐是一種高效、安全可靠的加熱系統(tǒng)。

水浴爐控制方式有兩種，一種是控制水溫，另一種是控制水浴爐出口天然氣的溫度。通過設(shè)定水浴爐出口天然氣的溫度，水浴爐可以根據(jù)進(jìn)口天然氣的溫度調(diào)節(jié)爐體負(fù)荷，以達(dá)到出口天然氣的溫度在合理的范圍內(nèi)，保證分輸出站的溫度大于0度，避免冰堵發(fā)生。

6 結(jié)語

天然氣分輸場站在城市管網(wǎng)中普遍存在，一方面接收上游長輸管線來氣，另一方面從城市管網(wǎng)中下載天然氣，通過凈化、計(jì)量、調(diào)壓、加臭后分輸至下游用戶。調(diào)壓撬的正常運(yùn)行，直接關(guān)系到城市的用氣保障和安全，在實(shí)際運(yùn)行中，一方面可從其工作原理出發(fā)，對(duì)其常見故障進(jìn)行分析處理，尤其對(duì)冰堵采用多方位的預(yù)防措施可做到“防患于未然”，另一方面分輸站各級(jí)調(diào)壓撬一般都設(shè)計(jì)成兩路或多路，做到有運(yùn)行有備用，防止調(diào)壓撬突發(fā)故障造成停輸事故的發(fā)生。

Application of Gas Regulating Skid in Natural Gas Transmission Station

Shanghai Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd. Wei Xing

The gas regulating skid is more and more widely used in natural gas transmission stations. In this paper, the working principle, frequent malfunction, especially ice plugging faults of gas regulating skid are analyzed in detail, and the corresponding solutions are given, which have good practical significance.

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