無人值守天然氣調(diào)壓站方案設(shè)計

夏月星，李朝，陳玉銀

（新疆天能化工有限公司，新疆石河子83200）

新疆天能化工有限公司400kt／a片粒堿生產(chǎn)采用三效逆流蒸發(fā)工藝，最終通過終濃縮制成片粒堿，終濃縮采用的載熱體熔鹽主要通過熔鹽爐原料燃燒天然氣產(chǎn)生。目前該粒堿系統(tǒng)有4套熔鹽爐和1套制氫系統(tǒng)使用天然氣，天然氣壓力的穩(wěn)定與否與生產(chǎn)安全息息相關(guān)，壓力頻繁波動給正常安全生產(chǎn)帶來安全隱患。因此，在天然氣入廠區(qū)獨立設(shè)置1套調(diào)壓裝置，采用無人值守調(diào)壓站，用于滿足粒堿系統(tǒng)和制氫系統(tǒng)的工藝要求。

1 調(diào)壓站設(shè)計參數(shù)的選定

1.1 調(diào)壓站進出口壓力

粒堿系統(tǒng)天然氣供氣壓力為0.35～0.40MPa，波動范圍為0.30～0.42MPa，放空壓力為0.45MPa。制氫系統(tǒng)壓力為0.55～0.60MPa，波動范圍為0.50～0.75MPa，放空壓力為0.92MPa。而天然氣進站管網(wǎng)設(shè)計壓力為0.75～0.90MPa。因此，需要通過調(diào)壓站，將天然氣降壓，滿足生產(chǎn)工藝要求。由于粒堿系統(tǒng)和制氫系統(tǒng)對天然氣壓力要求不同，故對調(diào)壓站要求有2套裝置以滿足不同的出口壓力。

1.2 調(diào)壓站供氣規(guī)模

粒堿系統(tǒng)每臺熔鹽爐流量為400m3／h，天然氣總量為2 400m3／h，由于粒堿系統(tǒng)生產(chǎn)中既可使用爐氣加熱也可采用天然氣加熱，或采用爐氣加天然氣混合加熱。因此，粒堿系統(tǒng)天然氣流量：0～2 400m3／h，制氫系統(tǒng)天然氣流量：300m3／h，天然氣管道瞬時流量應(yīng)為最小200m3／h，最大800m3／h。

考慮到粒堿系統(tǒng)和制氫系統(tǒng)生產(chǎn)能力的提高，故將粒堿系統(tǒng)最大瞬時流量確定為2 800m3／h，制氫系統(tǒng)最大瞬時流量確定為900m3／h。按粒堿系統(tǒng)和制氫系統(tǒng)滿負荷同時生產(chǎn)計算：最大瞬時流量為3 700m3／h。

2 調(diào)壓站工藝方案的選定

該調(diào)壓站使用無人值守集成式的調(diào)壓柜，2套裝置共設(shè)2個調(diào)壓柜，壓力、流量信號分別進粒堿和制氫中控室監(jiān)控。總管通過埋地方式至調(diào)壓柜，在調(diào)壓柜前分兩路，一路給粒堿，另一路給制氫；由調(diào)壓柜底部進柜，分別有一個手動閥，每個柜內(nèi)分兩路，一備一用。同時調(diào)壓柜預(yù)留一個接口，過濾、調(diào)壓、緊急切斷、安全放空、流量計量全部集成在調(diào)壓柜內(nèi)，另在柜內(nèi)設(shè)可燃氣體檢測儀，調(diào)壓柜出口分別有一個手動閥。

制氫系統(tǒng)壓力要求不能低于0.4MPa，進爐前有調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進爐流量。粒堿系統(tǒng)進爐前有減壓閥，壓力減到15kPa，低于8.5kPa自動關(guān)火。

2.1 進口計量管路的設(shè)計方案

天然氣輸送能力為4 000m3／h，天然氣計量能力為最小100m3／h，最大4 000m3／h，設(shè)計壓力為2.0MPa，設(shè)計溫度為－10～60℃，進口管徑選取DN150，進口管壓力等級為PN25。根據(jù)系統(tǒng)流量和壓力，選擇符合貿(mào)易結(jié)算標準要求的G4000型渦輪流量計，該流量計不僅能顯示瞬時流量，累積流量，同時也能顯示管道絕對壓力和溫度。粒堿系統(tǒng)流量計量程范圍為50～3 000m3／h，制氫系統(tǒng)流量計量程范圍為50～1 000m3／h，為了防止天然氣管路中的雜質(zhì)損傷渦輪流量計，用旋風(fēng)分離器和過濾器二級過濾分離設(shè)備，來濾除天然氣中夾帶的雜質(zhì)，以確保渦輪流量計的正常使用。在旋風(fēng)分離器前和過濾器后設(shè)旁通管，以備過濾分離設(shè)備檢修時，仍可連續(xù)供氣。

2.2 調(diào)壓管路的設(shè)計方案

天然氣經(jīng)過進口切斷球閥后進入一級指揮器作用式調(diào)壓閥。天然氣的減壓過程為一級減壓方式。一級調(diào)壓路的作用是將進口壓力為0.78～0.85MPa，天然氣通過調(diào)壓閥減壓至0.35～0.40MPa，以滿足粒堿系統(tǒng)天然氣的工藝需求，同時為二級調(diào)壓路提供恒定低壓的天然氣。一級調(diào)壓路由兩條配置相同的調(diào)壓路構(gòu)成，粒堿系統(tǒng)每路的設(shè)計流量為3 000m3／h，制氫系統(tǒng)每路的設(shè)計流量為1 000m3／h，其工作方式為一開一備（熱備用模式），第三路的兩端分別安裝球閥與蝶閥，并用法蘭盲板封閉。主路與熱備用旁路通過差壓來切換，主路壓力設(shè)定為0.40MPa，當主路管道由于過濾器阻力增大壓力低于0.38MPa時，主路主動切換到備用一路，并同時發(fā)出報警，經(jīng)維護人員現(xiàn)場檢查處理問題后，再重新切換到主路，始終保持正常運行。如果天然氣管道壓力突然升高或降低，則放空閥防空的同時，緊急安全切斷閥動作關(guān)閉通路，保證安全停車，控制過程如圖1所示。主路天然氣用量增加到3 000m3／h時，只需卸下法蘭盲板，即可進行第三路調(diào)壓路的安裝。此時可通過安裝在管道中限流孔板的作用，以兩開一備的方式進行工作。

圖1 天然氣調(diào)壓系統(tǒng)流程

根據(jù)進出口壓力和流量要求，一級調(diào)壓路一般選擇導(dǎo)閥控制式調(diào)壓器（出口壓力的變化通過放大控制主閥動作）。一般天然氣中含有各種雜質(zhì)，因而在調(diào)壓器入口處安裝了過濾器，燃氣攜帶的固體顆粒撞到擋板上，并積聚在過濾器的下部，定期由清掃孔排出，在燃氣中殘余的小顆粒固體和塵屑阻留在濾芯上。根據(jù)過濾器前壓差計測得的壓力降可以判斷過濾器的堵塞情況。在正常工作情況下，燃氣通過過濾器的壓力損失不得超過10kPa，壓力損失過大時應(yīng)拆下清洗。在調(diào)壓器后設(shè)置緊急切斷閥，為防止由于調(diào)壓器薄膜破裂、關(guān)閉不嚴或調(diào)節(jié)失靈，或由于意外原因所導(dǎo)致的調(diào)壓器下游壓力的非正常升高，使調(diào)壓器失去自動調(diào)節(jié)及降壓作用。因此，調(diào)壓站必須設(shè)置安全閥，調(diào)壓室的出口壓力由安全切斷閥和安全放空閥進行控制。安全切斷閥控制壓力的上限和下限，安全放空閥只控制壓力的上限。放空閥的放空壓力應(yīng)比切斷閥的關(guān)閉壓力低。當調(diào)壓器正常工作時，僅在應(yīng)當關(guān)斷而關(guān)閉不嚴時（由于閥門上積存雜質(zhì)、磨損等原因），天然氣才放空到大氣。此時，經(jīng)由關(guān)閉不嚴的閥門流過的天然氣量大于用氣量，出口壓力就會增大，為了避免出口壓力過高，就必須將多余的天然氣排入大氣，調(diào)壓器能夠在進口壓力和流量波動的情況下，保證出口壓力恒定。為了保證調(diào)壓柜安全運行，在每個調(diào)壓柜里安裝了可燃氣體探頭，檢測天然氣泄漏情況。并且將調(diào)壓柜的壓力、流量、可燃氣分析儀信號全部引入中央控制室進行監(jiān)控。

3 效果分析

該系統(tǒng)自投入運行以來，在粒堿系統(tǒng)和制氫系統(tǒng)中，調(diào)壓、供氣、安全保護等功能穩(wěn)定可靠，滿足了生產(chǎn)工藝需要。使用無人值守集成式的調(diào)壓柜，不僅工藝可行，安全可靠，出現(xiàn)異常情況反應(yīng)迅速，而且，達到降本增效的目的。

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