天然氣無人值守站供氣流程安全自控方案探討

古有聰 胡佑東 古佳月 王旭 徐里

摘 要：隨著生產(chǎn)信息化的建設和完善，現(xiàn)場操作人員流向新開發(fā)區(qū)成為大趨勢，天然氣生產(chǎn)老區(qū)無人值守站越來越多，生產(chǎn)運行全靠中心站管控。根據(jù)現(xiàn)場建設現(xiàn)狀和中心站管控模式，目前場站設備對生產(chǎn)的安全和平穩(wěn)供氣存在較多不足和缺陷，應該對現(xiàn)有的供氣流程進行功能性改造和完善，達到安全受控，提高運行的連續(xù)性，實現(xiàn)遠程操作，降低中心站管理難度的目的。

關鍵詞：天然氣;無人值守站;供氣流程;安全自控方案

1 供氣流程現(xiàn)狀

老區(qū)場站供氣流程一般是由自力式調(diào)壓閥控制供氣流量和壓力，流程中安裝一臺閥門執(zhí)行機構，由中心站遠程控制，出站管線上安裝安全閥實現(xiàn)超壓泄放，有的民用供氣流程上增設一臺緊急切斷閥，超壓可自動關閉氣源。一般控制邏輯是：正常情況下調(diào)壓閥控制供氣壓力，當調(diào)壓閥故障導致超壓時，緊急切斷閥關斷或由中心站遠程啟動電動執(zhí)行機構關閉閥門;當電動執(zhí)行機構停電、站控系統(tǒng)故障等因數(shù)失效時，或未安裝緊急切斷閥的，最后一道防線就是安全閥泄壓排放。

2 目前供氣流程存在的缺陷

當工況變化較大時，需人工調(diào)節(jié)調(diào)壓閥的指揮器才能達到供氣壓力要求值，有的地方還需頻繁操作才能達到理想值，有人值守時很容易做到這樣的操作，能達到相對平穩(wěn)供氣。但實現(xiàn)無人值守后這樣的操作就很難得到滿足，不及時調(diào)節(jié)調(diào)壓閥指揮器就無法實現(xiàn)平穩(wěn)供氣。

當閥門執(zhí)行機構遇停電、站控系統(tǒng)故障或通訊中斷時，因壓力異常（遇調(diào)壓閥失效時）無法遠程切斷氣源，只能依靠安全閥動作泄放壓力。安全閥動作后有一定的危害，即放空泄壓現(xiàn)象不能在中心站直觀表現(xiàn)出來，只能依靠值班人員根據(jù)上傳數(shù)據(jù)的變化分析出來，這對中心站員工來說有很大的難度，因此安全閥起跳泄壓存在無人知曉，長時間放空氣量的可能，帶來較大的安全環(huán)保問題。

遠程或緊急切斷閥關閉氣源，這對民用氣用戶來說可以接受，但對于許多工業(yè)用氣用戶來說，無準備的切斷氣源會造成較大的經(jīng)濟損失，存在經(jīng)濟糾紛的風險。緊急切斷閥動作后需中心站人員到現(xiàn)場啟動（復位），這種費工費時的操作給中心站管理帶來不便，同時延長了恢復供氣時間，增加用戶的不滿意度。

綜上所述，目前無人值守站的供氣流程存在工況變化較大的情況下難以保證供氣壓力平穩(wěn)、自力式調(diào)壓閥失效導致安全放空閥動作泄壓帶來的安全環(huán)保風險、緊急切斷閥動作中斷氣源導致用戶經(jīng)濟損失等問題，同時給中心站管理帶來風險和難度。

3 改進措施

供氣流程的主要風險和安全問題在于調(diào)壓閥的穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)調(diào)壓的精準和供氣壓力的平穩(wěn)全靠調(diào)壓閥來實現(xiàn)，因此研究調(diào)壓閥問題應該是我們的主攻方向。因此改進措施的主要思路就是改造調(diào)壓裝置，既要保證壓力的平穩(wěn)和流量的連續(xù)性，又要保證系統(tǒng)的安全性，降低安全閥和緊急切斷閥動作機會，實現(xiàn)工藝流程的本質(zhì)安全。

3.1 供氣流程改造方案

拆除現(xiàn)有的調(diào)壓閥，在此位置串聯(lián)安裝電動調(diào)節(jié)閥和監(jiān)控自力式調(diào)壓閥，無輸壓變送器的需增加變送器，作為電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)壓力檢測值，實現(xiàn)聯(lián)鎖控制。保留電動執(zhí)行機構、緊急切斷閥和安全閥等安全控制設備。

工作原理：電動調(diào)節(jié)閥是主閥，監(jiān)控自力式調(diào)壓閥作為備用閥（監(jiān)控自力式調(diào)壓閥與一般自力式調(diào)壓閥工作方式相反，即未達到設定壓力值時，調(diào)壓閥處于全開狀態(tài)），兩臺調(diào)壓閥的設定值有一定的壓差，即主閥低于備用閥設定值，正常情況下電動調(diào)節(jié)閥處于工作狀態(tài)，監(jiān)控自力式調(diào)壓閥待令。

當電動調(diào)節(jié)閥因失電或站控系統(tǒng)失效時會失去調(diào)壓功能（電動調(diào)節(jié)閥一般選型為故障時保位模式，但聯(lián)動壓力變送器失電時給于調(diào)節(jié)閥的信號是零壓力，從而使其全開）時，壓力會上升至監(jiān)控自力式調(diào)壓閥的設定值，此時自力式調(diào)壓閥由待令時的全開狀態(tài)立即進入調(diào)節(jié)（關小開度）模式，接替電動調(diào)節(jié)閥的工作，繼續(xù)保持連續(xù)供氣和起到穩(wěn)壓的作用。只是此時供氣壓力要比之前高，高至預先設定的差值位置，但是在我們要求的供氣壓力范圍內(nèi)。

改造前后流程圖比較：

3.2 改造方案起到的作用

3.2.1 遠程調(diào)節(jié)控制作用

電動調(diào)節(jié)閥的最大優(yōu)點是幾乎不受管網(wǎng)工況變化的影響，調(diào)節(jié)壓力穩(wěn)定，同時可實現(xiàn)遠程調(diào)節(jié)。真正能起到現(xiàn)場無人操作，遠程控制的目的，適用于無人值守站的設備。

3.2.2 安全可靠作用

利用自力式調(diào)壓閥這種機械方式，克服電動式設備因失電、站控系統(tǒng)失效、通訊中斷等原因而失控的致命弱點，起到安全控制的作用，實現(xiàn)了機械和電子功能的互補，充分發(fā)揮了兩者的優(yōu)點，相互克服了對方的不足，達到我們的理想結(jié)果。

3.2.3 供氣連續(xù)性作用

當電動設備出現(xiàn)故障時，機械設備無縫連接接替工作，同時為檢修提供足夠的時間。這種冗余式的安裝方式，大大提高了正常生產(chǎn)的可靠性，從而保證了供氣的連續(xù)性。

4 改造費用

按照此方案進行工藝設備改造，工作量主要有電動調(diào)節(jié)閥和自力式調(diào)壓閥各一臺，工藝安裝和控制電纜敷設，站控系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)等，預計一路供氣流程改造費用在10萬元以內(nèi)。

小改造，少投入，實現(xiàn)了工藝控制的遠程操作，提高了生產(chǎn)的安全性，真正實現(xiàn)無人操作，提高了中心站對無人值守站的管控能力。