向煉化企業(yè)平穩(wěn)供氣淺析

＊桂 航

（中國石油化工股份有限公司天然氣分公司廣西天然氣銷售中心 廣西 536000）

引言

經(jīng)濟的發(fā)展離不開能源，天然氣作為重要的能源和化工基礎(chǔ)燃料，在工業(yè)和生活中，發(fā)揮的作用日益突出。煉化企業(yè)作為重要的天然氣用戶，具有前期調(diào)試階段用氣量大、用氣波動大、主要將天然氣作為燃料氣的特點。如何根據(jù)煉化企業(yè)的用氣特點，采取措施平穩(wěn)向煉化企業(yè)供氣，確保計量準確、設(shè)備安全平穩(wěn)可靠，成為供氣單位考慮的重點。

1.煉化企業(yè)用氣特點及存在的問題

(1)煉化企業(yè)用氣特點

燃料氣是煉化企業(yè)主要的能源介質(zhì)，占常減壓、焦化、重整等裝置能源消耗的80%以上，主要來源于各裝置副產(chǎn)干氣及補充的液化氣、天然氣等[1]。以廣東某個煉化企業(yè)（下面簡稱：A煉化企業(yè)）用氣為例：A煉化企業(yè)每日需要燃料氣用量在95萬立方米左右，在2020年建成調(diào)試階段，每日從外部補充用氣95萬立方米左右，在調(diào)試結(jié)束后由于A煉化企業(yè)自身副產(chǎn)干氣約80萬立方米/日，因此從外部補充用氣15萬立方米左右，但由于A煉化企業(yè)副產(chǎn)干氣氣量不穩(wěn)定，導(dǎo)致從外部供氣需求瞬時用氣量劇烈波動，用氣趨勢呈現(xiàn)鋸齒形（從瞬時3萬立方米/日到0），并且出現(xiàn)小流量紅色報警。如圖1和圖2所示。

圖1 A煉化企業(yè)用氣流量趨勢圖

圖2 A煉化企業(yè)用氣低流量紅色警報

(2)供氣過程中存在問題

①計量設(shè)備選取困難

煉化企業(yè)對外部供氣的氣量需求是分階段的，主要分為調(diào)試階段和正常運行階段。調(diào)試階段由于需要暖爐，而自身無副產(chǎn)干氣產(chǎn)出，主要依靠外部供氣，所以用氣量大；正常運行階段由于生產(chǎn)過程副產(chǎn)大量干氣，對外部供氣需求小，所以用氣量小。兩個階段用氣量相差巨大，如A煉化企業(yè)，調(diào)試階段需要供氣約95萬立方米/日，正常運行階段需求降低到15萬立方米/日，有時用氣量甚至只有2-3萬立方米，瞬時流量波動更是巨大，這給供氣單位在流量計的量程選取上造成困難。

②瞬時流量波動大，計量、調(diào)壓設(shè)備易損壞

在天然氣計量中，超聲波以其可靠性高、準確度高的優(yōu)點，在大流量氣體的測量中占有重要地位[2]。每臺流量計都有相對固定的量程范圍，當實際流量偏離量程過大后：

一是流量計計量不準，精度無法保證，導(dǎo)致出現(xiàn)異常輸差。

二是超聲波流量計會根據(jù)流量的大小，自動調(diào)節(jié)探針發(fā)射聲波信號的強度，以便準確計量，瞬時流量變化過快，流量計探頭聲波發(fā)射強度變化劇烈，容易導(dǎo)致流量計故障。

三是調(diào)壓撬在下游用氣劇烈波動過程中，反復(fù)調(diào)節(jié)開合度，極易造成動作部件疲勞老化，造成調(diào)節(jié)失效，出現(xiàn)故障損壞。

③用氣量預(yù)測不準，用氣協(xié)調(diào)難度大

2019年12月9日，國家管網(wǎng)公司成立。自2020年10月，管道資產(chǎn)劃歸國家管網(wǎng)[3]。根據(jù)國家管網(wǎng)公司要求，供氣單位要嚴格按照計劃量輸氣，由于煉化企業(yè)自身副產(chǎn)干氣氣量不穩(wěn)定，實際需求量不符合計劃量，并且對于下游煉化企業(yè)，一旦無法充量穩(wěn)定供氣，被突然中斷供氣，煉化企業(yè)將因燃氣不足使得部分設(shè)備被迫停車，這樣將造成煉化企業(yè)出現(xiàn)巨大損失。一方面上游國家管網(wǎng)是按量開關(guān)閥，一方面下游煉化企業(yè)停氣將造成巨大損失，不能停止供氣。供氣單位與國家管網(wǎng)、煉化企業(yè)的協(xié)調(diào)工作量大。

④煉化企業(yè)場區(qū)復(fù)雜，進入場區(qū)手續(xù)繁雜

給煉化企業(yè)供氣，考慮節(jié)約建設(shè)征地成本和簡化相關(guān)手續(xù)辦理，一般將供氣計量調(diào)壓裝置或者輸氣末站設(shè)置在煉化場區(qū)內(nèi)。

在運營階段，由于煉化企業(yè)對外人員管理非常嚴格，受煉化企業(yè)制度約束，要求外來人員進場需要接受安全教育、辦理入場門禁卡等等，并且由于某些煉化企業(yè)安全要求經(jīng)常變化，門禁卡經(jīng)常變更，所以在人員進行倒班及組織對供氣門站設(shè)備設(shè)施進行維護保養(yǎng)上非常被動，特別是應(yīng)急搶修上，維搶修隊伍無法立即入場，極易導(dǎo)致現(xiàn)場應(yīng)急事態(tài)擴大，甚至造成事故。

煉化企業(yè)的場區(qū)內(nèi)，地下管道、電纜、光纜錯綜復(fù)雜，施工隊伍繁多，第三方施工單位在不清楚的情況下，容易發(fā)生門站電纜或者管線被第三方施工破壞的現(xiàn)象，門站的安全運營存在很大的安全風(fēng)險。

如果計量調(diào)壓設(shè)施或供氣門站已經(jīng)建設(shè)在煉化企業(yè)場區(qū)內(nèi)，門站將接受煉化企業(yè)的統(tǒng)籌管理，比如用電管理、通信光纜進出管理等等，必須嚴格按照煉化企業(yè)要求的路線鋪設(shè)通信光纜，甚至部分電信運營商未取得煉化企業(yè)的入場資格，無法接入光纜，這將嚴重限制通信運營商的選擇，提高門站運營通信運營費用。

⑤下游氣壓低，易產(chǎn)生冰堵

對于煉化企業(yè)，天然氣僅僅作為燃料氣的補充，所需要的供氣壓力相對較低，一般屬于燃氣中壓水平，而上游供氣特別是國家管網(wǎng)接氣一般都比較高，在6MPa以上，這樣導(dǎo)致在輸氣調(diào)壓過程中，上下游壓差特別大，如果一次性調(diào)壓，氣體溫降能達到30℃以上，在冬季極易發(fā)生冰堵，特別是我國北方。

調(diào)壓幅度大，一是對調(diào)壓撬的性能要求高，易出現(xiàn)調(diào)壓失效；二是冰堵導(dǎo)致閥門、調(diào)壓器等設(shè)備被冰抱死，無法正常進行供氣。

3.建議

(1)設(shè)置多支路多量程供氣支路

通常在給一個用戶供氣時，一般設(shè)置一用一備兩條支路，兩條支路的計量、調(diào)壓參數(shù)保持一致，如圖3所示。但針對煉化企業(yè)，在設(shè)計階段就與煉化企業(yè)深入溝通，充分考慮煉化企業(yè)的用氣特點，根據(jù)調(diào)試階段和正常運行階段的用氣量需求的差異，形成多支路分階段供氣方案。一是根據(jù)生產(chǎn)穩(wěn)定時期的用氣量，正常設(shè)置小量程供氣支路，二是為調(diào)試階段和煉化企業(yè)正常生產(chǎn)過程中設(shè)備故障或其他情況突發(fā)情況下的大流量，設(shè)置大量程的供氣支路。

圖3 供氣支路示意圖

調(diào)試階段用大量程支路供氣，正常運行階段用小量程支路供氣，確保流量在流量計的計量范圍內(nèi)，從而保證計量的精度。

(2)做好設(shè)備的選擇和保養(yǎng)

在采購流量計和調(diào)壓撬時，結(jié)合使用工況和現(xiàn)場條件，進行多家比選，貨比三家選取質(zhì)量好、性能可靠、能適應(yīng)瞬時流量劇烈波動的設(shè)備。

天然氣計量儀表選擇過程中需嚴格考慮環(huán)境、溫度以及氣壓等，除此之外，還需考量天然氣計量儀表的安裝地點，只有經(jīng)過詳細的研究與考量，才能根據(jù)不同要素選擇出適宜的計量儀表[4]。同時做好設(shè)備日常巡檢、月度檢查、年度維護保養(yǎng)，按期進行流量計檢定，在流量計計量出現(xiàn)較大偏差的時候，通過上下游流量計對比，發(fā)現(xiàn)故障及時處理。

(3)間歇性供氣

煉化企業(yè)對供氣壓力的承受在一個范圍內(nèi)，如A煉化企業(yè)可承受供氣壓力變化在1.6-4MPa范圍內(nèi)。因此可考慮在計量調(diào)壓后，設(shè)置緩沖容器，如氣柜、氣罐，或者利用長距離管道，進行反復(fù)充壓供氣，以避免煉化企業(yè)瞬時劇烈波動對計量調(diào)壓設(shè)備造成損壞。特別是氣柜[5]，在煉油化工企業(yè)中，經(jīng)常作為儲存、回收煉油廠低壓瓦斯和調(diào)節(jié)瓦斯管網(wǎng)壓力的重要設(shè)施，也是煉油廠重要的環(huán)保設(shè)施，在煉油廠低壓瓦斯的平衡中起著重要作用?？梢越梃b氣柜在煉化企業(yè)干氣回收的成功運用，將氣柜用于給煉化企業(yè)供氣，達到緩沖的作用，實現(xiàn)平穩(wěn)供氣。

利用管存進行間歇性供氣，要綜合考量這個作為緩沖的管道長度，管容管存要滿足要求，結(jié)合下游用氣情況進行設(shè)置，能減輕或阻止下游用氣劇烈波動的傳導(dǎo)，合理設(shè)置開、關(guān)閥壓力值，減少開關(guān)次數(shù)。

(4)做好上下游協(xié)調(diào)

建立聯(lián)動協(xié)調(diào)機制，發(fā)現(xiàn)異常及時協(xié)調(diào)處理。對于煉化企業(yè)的供氣單位，最重要的是建立上下游單位聯(lián)絡(luò)機制和應(yīng)急處理聯(lián)動機制，保持溝通渠道暢通，促進之間的信任。在這種聯(lián)動機制下，首先煉化企業(yè)結(jié)合自身生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)，盡可能的準確報送用氣需求，當出現(xiàn)設(shè)備故障或用氣異常，能第一時間聯(lián)動，通知供氣單位，盡早進行氣量協(xié)調(diào)，實現(xiàn)損失最小化。

同時供氣單位充分結(jié)合自身管道管存，在下游用氣量發(fā)生變化，而上游國家管網(wǎng)公司無法調(diào)配時，利用公司管道自身作為儲氣容器的特點，多存少補，確保下游用戶的用氣需求。

(5)合理設(shè)置門站

為保證更好的加強運營期間管理，在建設(shè)階段將供氣計量調(diào)壓設(shè)施或供氣門站設(shè)置在煉化企業(yè)場區(qū)外，這需要建設(shè)項目部和運營管理隊伍充分對接，提前考慮，為運營安全提供支持。

將計量調(diào)壓設(shè)施設(shè)置在場外：一是能根據(jù)維護保養(yǎng)計劃，定期對設(shè)備設(shè)施維護保養(yǎng)；二是方便對供氣門站的日常檢查，便于對門站的強化管理；三是脫離了煉化企業(yè)場區(qū)內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境，門站的周圍施工風(fēng)險將減少，電纜、光纜、管道的安全性會有保障。

如果計量調(diào)壓設(shè)施或供氣門站已經(jīng)建設(shè)在煉化企業(yè)場區(qū)內(nèi)，為確保門站運營安全，一是和煉化企業(yè)保持良好聯(lián)系，注意煉化企業(yè)規(guī)章制度的變化，在變化后及時為現(xiàn)場值班、維護人員及車輛辦理門禁；二是和煉化企業(yè)建立聯(lián)動機制，在出現(xiàn)應(yīng)急搶險情況下，能提供應(yīng)急支持。

(6)正確選擇調(diào)壓策略

為避免調(diào)壓造成溫降，繼而發(fā)生冰堵問題，可考慮：

圖4

方案一：鑒于煉化企業(yè)用氣壓力低，上游供氣壓力較高的實際情況，可以選擇多級調(diào)壓的方式，比如在國家管網(wǎng)下氣點進行一級調(diào)壓，將壓力從6MPa以上降到4MPa以下，然后在給煉化企業(yè)的供氣門站進行二級調(diào)壓，將壓力從4MPa降到1.6MPa以下，最后煉化企業(yè)再進行三級調(diào)壓，將壓力從1.6MPa降到所需壓力。通過分級調(diào)壓，利用分級調(diào)壓之間的長輸管道緩沖溫降，確保供氣溫度平穩(wěn)，避免出現(xiàn)冰堵。

方案二：還可以通過增設(shè)加熱爐，提前將氣溫提高，將供氣溫度保持在0℃以上，從而防止冰堵的產(chǎn)生。

方案三：結(jié)合現(xiàn)場實際情況，可以將分級調(diào)壓和加熱爐結(jié)合，從而有效避免溫降，解決冰堵問題。

4.結(jié)束語

煉化企業(yè)作為重要的用氣客戶，供氣單位在做好服務(wù)的同時，也要提前考慮向煉化企業(yè)供氣存在的風(fēng)險。

在下游用戶是煉化企業(yè)時，從設(shè)計階段就采取應(yīng)對措施，提前和用戶溝通，確定用氣性質(zhì)和特點，從設(shè)計角度避免減輕這種波動。同時做好日常上下游協(xié)調(diào)，按期開展設(shè)備巡檢、檢定和維護保養(yǎng)，使設(shè)備的處于最佳狀態(tài)，從本質(zhì)上確保供氣的安全平穩(wěn)可靠。