天然氣輸氣站場工藝設(shè)備管理

黃新剛 張皓翔

摘 要：輸氣站場工藝設(shè)備是天然氣的主要運輸方式之一。在生產(chǎn)中擔(dān)負著重要的輸送任務(wù)，一旦發(fā)生失效，將給國家和人民群眾造成重大損失。為了保證輸氣站場的安全運行，保護人民的生命財產(chǎn)安全，我們必須重點對其中一些工藝設(shè)備進行分析和安全性研究。對于輸氣站場工藝設(shè)備來說，工程實際和安裝維修不便導(dǎo)致事故后果更為嚴重，所以輸氣站場工藝設(shè)備管理分析方法指導(dǎo)在我國也逐步引起關(guān)注。鑒于此，本文主要對輸氣站場工藝設(shè)備管理進行了分析研究。

關(guān)鍵詞：輸氣站場;工藝設(shè)備;管理

輸氣站場是通過將一定的設(shè)備和管件相互連接成輸氣系統(tǒng)的，其工藝設(shè)備是在整個輸氣系統(tǒng)輸送方案設(shè)計的基礎(chǔ)上進行的。輸氣站場的工藝設(shè)備流程是站內(nèi)的設(shè)備的布置方案，通過輸氣站的設(shè)備及相應(yīng)的流程，就可以完成輸氣站承擔(dān)的各種生產(chǎn)任務(wù)。

1 安全閥管理

安全閥（Safety Valve）是一種泄壓保護性設(shè)備，屬于安全泄壓裝置之一。安全泄壓裝置的主要作用是防止壓力容器、鍋爐和管道等受壓設(shè)備因火災(zāi)、操作故障或停水、停電造成壓力設(shè)備超過其設(shè)計壓力而發(fā)生爆炸事故。當(dāng)設(shè)備內(nèi)介質(zhì)的壓力達到預(yù)定值時，安全泄壓裝置立即動作，泄放出壓力介質(zhì)。一旦壓力恢復(fù)正常，它即自行關(guān)閉，以保證設(shè)備的正常運行。石油、化工企業(yè)常用的安全泄壓裝置有閥型（安全閥）斷裂型（爆破片）和熔化型（易熔塞）等。而石油、化工裝置常用的安全泄壓裝置一般均需用安全閥或爆破片，或這兩種類型的組合，但常壓設(shè)備則選用呼吸閥。

安全閥是一種由進口壓力開啟的自動閥門，它不借助于任何外力而是利用介質(zhì)本身壓力來排除一定數(shù)量的流體，以防止容器或系統(tǒng)內(nèi)的壓力超過預(yù)定的壓力安全值。當(dāng)壓力恢復(fù)正常后，閥門再自行關(guān)閉，并阻止介質(zhì)繼續(xù)流出。

當(dāng)系統(tǒng)壓力超過最高允許操作壓力時，安全閥將進行排氣泄放以降低系統(tǒng)壓力，從而保證系統(tǒng)的安全。安全閥開啟時，氣體直接排放到大氣或排放到與安全閥不相連的放空管稱為開式系統(tǒng)。安全閥開啟時，氣體通過直接與安全閥相連接的排氣管道排放至遠地的系統(tǒng)稱為閉式系統(tǒng)。

無論是開式安全閥放空系統(tǒng)，還是閉式安全閥放空系統(tǒng)，系統(tǒng)中均存在靜力載荷作用，例如自重、熱位移等，同時也存在動力載荷的作用，例如由于氣體排放引起對管道系統(tǒng)的沖擊、振動等。因此，安全閥放空系統(tǒng)應(yīng)力分析既包括了靜力分析也有動力分析，其主要分析過程與任務(wù)如下：①計算安全閥排氣反作用力，為管道靜力和動力分析提供輸入載荷;②進行安全閥排氣系統(tǒng)靜力分析，校核管口法蘭受力，為支吊架設(shè)計提供依據(jù);③生成動態(tài)響應(yīng)譜，為動態(tài)分析提供載荷譜;④進行安全閥排氣系統(tǒng)動力分析，為支架設(shè)計提供依據(jù)。

進行安全閥放空管道應(yīng)力分析的主要目的是指導(dǎo)支架設(shè)計，安全閥放空管道支架設(shè)計包括：開式排放系統(tǒng)管道支架和閉式排放系統(tǒng)管道支架設(shè)計。所謂支架設(shè)計，實際上是根據(jù)各種已有的支架型式，依據(jù)計算的各點所受的力和力矩，閉式排放管道系統(tǒng)還包括位移，正確選取合適的支架。選取支架的基本原則是：所選取的支架允許應(yīng)力、位移、彎矩等，必須大于實際所受的力和彎矩等。

安全閥開式放空系統(tǒng)管道支架設(shè)計主要包括出口管和放空管支架設(shè)計兩個部分。出口管道一般采用支撐支架;放空管道的支架要求應(yīng)能承受泄放時的反作用力和產(chǎn)生的力矩，通常在安全閥放空管道上靠近最上面排放口處設(shè)置固定支架，同時為了防止安全閥出口產(chǎn)生過大的橫向沖擊力，在固定支架下面的垂直管道上，每隔6～8m設(shè)置導(dǎo)向支架。

安全閥閉式放空系統(tǒng)應(yīng)力分析考慮了二次應(yīng)力的影響，它與開式系統(tǒng)的支架設(shè)計有所不同。通常，根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果，固定點處位移向上，如果采用開式系統(tǒng)管道固定支架形式，則該處在正常穩(wěn)定排放時支點與固定支架會脫空，因此，需在該處設(shè)置彈簧承重支架，根據(jù)計算獲得支架承受的最大載荷和該點管道最大的垂直位移來選擇彈簧。

在安全閥放空管道系統(tǒng)應(yīng)力分析與支吊架設(shè)計中，應(yīng)注意如下幾個方面：①安全閥的出口管道應(yīng)設(shè)置支撐，以防泄壓的過大彎矩造成管道應(yīng)力值超過許用范圍，支撐方法應(yīng)根據(jù)安全閥所在設(shè)備或管道附屬構(gòu)架的具體情況而定;②安全閥出口管和火炬總管要防止由于溫度急劇變化或溫度不均勻產(chǎn)生的應(yīng)力，管道應(yīng)有一定柔性;③安全閥排放時出口管道產(chǎn)生的熱應(yīng)力、機械應(yīng)力和排出反作用力引起入口管道應(yīng)力，此應(yīng)力傳遞到安全閥、入口管道、固定管嘴和相連的容器壁上，應(yīng)對其出口管道進行適當(dāng)?shù)闹位蛟黾尤嵝?，確定彎頭和支架的位置，以克服安全閥與設(shè)備管口根部的彎矩和剪力、出口管自重、振動的熱脹等力的作用，但不能對出口管道強制性定位;④對于可能用蒸汽吹掃的泄壓管道，應(yīng)考慮由于蒸汽吹掃產(chǎn)生的熱膨脹;⑤氣體或蒸汽由安全閥出口排入大氣時，在出口管中心線上產(chǎn)生與流向相反的作用力稱為安全閥的反作用力。管道布置時應(yīng)考慮由于泄壓排放引起的反作用力，合理設(shè)置支架。

2 離心式壓縮機管理

2.1 狀態(tài)監(jiān)測

狀態(tài)監(jiān)測是實現(xiàn)壓縮機組數(shù)據(jù)積累及其他智能化管理功能的基礎(chǔ)。充分利用布置在壓縮機及其周邊設(shè)備上的傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并加裝有線和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，確保設(shè)備監(jiān)測點完整到位，并通過24h全天候在線監(jiān)測，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)完整。另外，以全方位感知、全生命周期管理為核心，將機組本體信息和機組運行信息有效結(jié)合起來，實現(xiàn)全生命周期監(jiān)測，實現(xiàn)壓縮機組全生（下轉(zhuǎn)第15頁）（上接第13頁）命周期的智能化管理。

2.2 智能預(yù)警

2.2.1 運行異常預(yù)警

設(shè)備狀態(tài)異常變化的實時捕捉，是發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和隱患第一步。基于壓縮機組監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)、建模與參數(shù)優(yōu)化等人工智能方法，建立單一測點、同類多測點以及多類組合測點的異常智能預(yù)警模型，實時捕捉早期狀態(tài)異常變化情況并及時預(yù)警，并對運行異常過程進行實時跟蹤，智能判別劣化拐點。

2.2.2 動態(tài)閡值報警

目前壓縮機組報警閡值（高報、低報等）多基于廠家推薦或經(jīng)驗設(shè)定，且都是固定值，受人為因素的影響較大，且不考慮機組實際運行狀態(tài)。因此，通過利用機群大數(shù)據(jù)，并充分考慮設(shè)備的共性與個性，研究基于大數(shù)據(jù)機器學(xué)習(xí)的多維參數(shù)壓縮機組智能動態(tài)閡值報警技術(shù)，動態(tài)確定預(yù)警的偏差閡值和嚴重度，減少虛報警和漏報警，實現(xiàn)壓縮機組報警快速、準確。

2.3 故障智能診斷

故障診斷與預(yù)警是保障壓縮機安全高效運行的重要技術(shù)手段，但傳統(tǒng)的基于傅里葉變換分析的故障診斷技術(shù)主要用于對單一機械故障的診斷，而對多源異構(gòu)參數(shù)、多故障綜合診斷效果欠佳。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展成熟，壓縮機組多源參數(shù)故障智能診斷技術(shù)研究時機趨于成熟。壓縮機組智能故障診斷，首先應(yīng)基于壓縮機組振動、工藝、熱力性能等一體化監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合機組歷史運維數(shù)據(jù)，從機理、數(shù)據(jù)兩個角度研究壓縮機組典型故障與多源數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，挖掘故障與數(shù)據(jù)之間的潛在關(guān)系，建立故障模型，實現(xiàn)壓縮機組故障智能診斷。

2.4 運行狀態(tài)評估

離心壓縮機組特別是燃驅(qū)機組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行時間長且工況多變，運行狀態(tài)難以確定，導(dǎo)致無法采取科學(xué)的維修維護策略，如果壓縮機發(fā)生故障停機，會給公司和用戶造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，壓縮機組運行狀態(tài)評價十分必要且迫切，但一直以來都沒有很好的解決。隨著工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展和深入應(yīng)用，使得從系統(tǒng)層面分析壓縮機組運行狀態(tài)影響因素及其關(guān)聯(lián)影響關(guān)系，進而對運行狀態(tài)評估成為可能。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動的運行狀態(tài)評價方法，從機組工作原理、故障機理及監(jiān)測數(shù)據(jù)出發(fā)，綜合分析運行狀態(tài)影響因素及關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立能夠全面反映設(shè)備運行狀態(tài)的指標評估體系。

3 結(jié)語

隨著新技術(shù)的成熟，天然氣輸氣站場工藝設(shè)備管理將快速向智慧管理邁進。安全閥和壓縮機作為天然氣輸氣站場工藝設(shè)備的關(guān)鍵裝備，其智能化管理水平一定程度上反映了管理的水平。本文將安全閥管理及離心式壓縮機管理進行了探討，從而提高天然氣輸氣站場工藝設(shè)備的科學(xué)性、客觀性和實時性。

參考文獻：

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