某天然氣管道增壓工程中站場自控系統及工藝系統的設計

李非

摘要：擬新建塔榆增壓站一座，設計規模 53×108m3/a，并對塔榆首站、塔榆末站工藝裝置區進行改擴建。塔榆首站和塔榆末站為五級站場。站場自控系統的設計是關鍵的設計內容之一。塔榆增壓站自控系統的設計，主要測控參數有：管線及設備的壓力、溫度就地指示及遠傳檢測； 主要設備及匯管集液包液位檢測；過濾分離器差壓檢測和遠傳等。塔榆首站本次改造主要包括：在工藝裝置區預留過濾分離器位置新增 400× 104Nm3/d 過濾分離器一臺，并將站內進氣管線連通，實現所有過濾分離器并聯運行，互為備用，方便操作，同時，在增壓站未投用之前可實現中干線和 34#‐塔榆首站管線接入天然氣的臨時過濾。塔榆末站改建流程：將原進站總管延伸，并新增 3 臺過濾分離器。原調壓區調壓管路取消， 原匯管 1 去調壓區的 3 路分支管路以及去陜京二線管路直接與過濾分離器后新建總管連接，以實現所有過濾分離器并聯安裝（5 用 1 備）。

關鍵詞：天然氣管道；增壓站；工藝改造； 系統設計；改建流程； 規范

隨著大牛地氣田被不斷開發，外輸天然氣的氣量在逐年增加，到2015年末需要通過塔榆管線外輸的天然氣量將達到53×108Nm3/a。已建塔榆管線設計壓力為6.0MPa，管道公稱直徑為DN700，采用不增壓輸氣工藝，輸氣規模為30×108Nm3/a，目前管道運行壓力為4.5MPa左右。為保證天然氣順利外輸至榆濟管線，擬充分利用已建塔榆管線， 采用增壓輸送工藝，從而對管線的輸氣性能進行提高。擬新建塔榆增壓站一座，設計規模53×108Nm3/a，站內設進站清管、過濾分離、壓縮、外輸等裝置以及相應配套設施。并對塔榆首站、塔榆末站工藝裝置區進行改擴建。新建中干線越站至增壓站管線和增壓站與塔榆管線連接段管線。塔榆首站具體的改造內容包括：新增過濾分離器一臺， 并與站內已有過濾分離器并聯，使站內過濾分離器互為備用；塔榆末站的改造內容為：擴建工藝裝置區，天然氣處理能力從30×108Nm3/a 提高至53×108Nm3/a，并改造調壓管路及新增計量設備。另外從新建立一座110kV的變電所，即塔榆增壓站配套新建110/10kV變電站1座。塔榆增壓站進站壓力，塔榆首站天然氣來氣壓力：2.0～4.5MPa。中干 線天然氣來氣壓力：2.0～5.7MPa。塔榆增壓站進站溫度，天然氣平均 溫度：289K（16℃）。中石化天然氣分公司榆濟管線負責華北分公司天然氣輸送，榆濟首站的進站壓力為4.0MPa，考慮塔榆末站站內 0.1MPa的壓力損失，塔榆末站進站壓力為4.1MPa，塔榆增壓站在輸量為53×108Nm3/a的條件下出站壓力為5.7MPa。根據《石油天然氣工程設計防火規范》GB50183-2004規定劃分，新建塔榆增壓站為四級站場， 塔榆首站和塔榆末站為五級站場。站場自控系統的設計是關鍵的設計內容之一。并且新建中干線越站至增壓站管線和增壓站與塔榆管線連接段管線，站場工藝系統的設計是關鍵的設計內容之一。

1. 天然氣管道增壓擴能工程中站場自控系統的設計方案

根據《石油天然氣工程設計防火規范》GB50183-2004規定劃分， 大牛地氣田新建塔榆增壓站為四級站場，塔榆首站和塔榆末站為五級站場。設計站場自控系統是整個方案的關鍵環節。塔榆增壓站自控系統的設計，主要測控參數有：管線及設備的壓力、溫度就地指示及遠傳檢測；主要設備及匯管集液包液位檢測；過濾分離器差壓檢測和遠傳等。改造優化塔榆首站的自動控制系統，即首站增加一臺過濾分離器。對塔榆末站自控系統進行改造，可燃氣體探測器信號上傳至壁掛式可燃氣體報警器，由壁掛式可燃氣體報警器輸出報警信號至站控系統（SCS）。手動報警按鈕輸出信號去站控系統。流量計算機通過RS485 接口（遵循標準MODBUSRTU 協議）傳輸流量數據至站控系統。流量計算機為盤裝式，安裝在儀表值班室新增的控制機柜上，計量橇廠家提供電涌保護器。

1.1 線路部分與通信的設計

（1） 線路部分的設計。中干線越站至增壓站段管線，管道公稱直徑為DN500，長度約0.7km，設計壓力6.3MPa；增壓站與塔榆管線連接段管線，管道公稱直徑為DN700，長度約0.6km，設計壓力6.3MPa。中干線越站至增壓站段，管線起自1#閥室預留接頭（34#集氣站-塔榆首站管線），出閥室后向南敷設進入塔榆增壓站。增壓站與塔榆管線連接段，塔榆增壓站位于已建塔榆管線東側，就近將原有塔榆管線截斷接入塔榆增壓站，增壓后外輸管線接入現有塔榆管線。中干線越站至增壓站段管線：站場上下游200m管道，閥室上下游50m管道，直管段采用Φ508×10mmSAWL（直縫埋弧焊），熱煨彎頭采用Φ508× 12.5mmSAWL（直縫埋弧焊），其它直管段管道采用Φ508×7.1mmSAWH（螺旋縫埋弧焊）鋼管，冷彎彎管采用Φ508×7.1mm SAWL（直縫埋弧焊）鋼管，熱煨彎頭采用Φ508×10mmSAWL（直縫埋弧焊）鋼管。增壓站與塔榆管線連接段管線，冷彎彎管采用Φ711×11mmSAWL（直縫埋弧焊）鋼管，熱煨彎頭采用Φ711×12.5mm SAWL（直縫埋弧焊）鋼管。冷彎彎管曲率半徑為40D，熱煨彎管曲率半徑為6D。

（2） 通信設計。中干線越站至增壓站段光纜設計，線路起點為34#站至塔榆首站光纜線路標志TX-J34-4，終點為塔榆增壓站內通信機柜內光纖配線架。光纜與管道同溝敷設，光纜線路敷設至增壓站外后，沿圍墻上預留鋼管敷設至站內新建手孔，再沿站內通信管道敷設至機柜間光纖配線架。

1.2 站場自控系統的設計

（1） 塔榆增壓站自控系統的設計。主要測控參數：管線及設備的壓力、溫度就地指示及遠傳檢測；主要設備及匯管集液包液位檢測；

過濾分離器差壓檢測和遠傳；遠程開關閥控制及閥狀態檢測；清管器通過檢測；鍋爐房減壓閥閥位狀態檢測；各橇塊內的上傳信號；火氣檢測，包括站場可燃氣體濃度檢測報警，火災檢測報警，火災手動報警按鈕，可燃氣體探測器、防爆手動報警按鈕和火焰探測器信號直接進入FGSI/O 模塊，火災報警控制器安裝于控制室墻上。站內同時配備了便攜式可燃氣體探測器。防雷：除控制室側的DO點外，所有由室外來的信號在控制室一側均安裝防雷浪涌保護器，其中系統側的浪涌保護器由SCADA供貨商負責配套提供。接地：1）工作接地。所有屏 蔽電纜的屏蔽接地均在系統側單端接地，系統機柜內設置獨立的工作接地匯流銅排，接入聯合接地系統，接地電阻不大于4歐姆。電源接地也接入工作接地匯流排。2）保護接地。現場以及房間內的盤、箱、柜等設備應做保護接地，盤、箱、柜內設置獨立的保護接地匯流銅排， 接入聯合接地系統，保護接地電阻不大于4歐姆。3）防雷接地。站控室內浪涌保護器的防雷接地與工作接地合用接地匯流排，室外儀表浪涌保護器的防雷接地接到電專業的現場防雷接地上。電纜敷設：儀表主電纜采用電纜溝和電纜橋架或埋地敷設方式，站內工藝裝置區內分支電纜采用全程鋼管保護敷設至電纜溝或電纜橋架，放空區的電纜采用直埋敷設至電纜橋架。動力供應：用電負荷屬于有特殊供電要求的負荷，由電氣專業提供220VACUPS 電源分別分配給站控室的站控系統機柜、可燃氣體報警器等。站內普通電動開關球閥由電專業提供非UPS 380VAC電源。站控系統（SCS）負責現場儀表以及相關設備的供電。壓縮機控制系統：壓縮機廠商配套提供接線箱、就地控制盤以及控制系統，其橇內部接線由廠商負責。壓縮機控制系統機柜到控制室之間的電纜由施工方完成。

（2） 對塔榆首站自控系統進行改造。首站增加一臺過濾分離器， 相應增加以下測控參數：過濾分離器壓力就地指示；過濾分離器壓差檢測和遠傳顯示；過濾分離器集液包液位就地指示（設備自帶）。新建過濾分離器區可燃氣體濃度檢測報警，可燃氣體探測器信號上傳至壁掛式可燃氣體報警器，由壁掛式可燃氣體報警器輸出報警信號至站控系統（SCS）。

（3） 對塔榆末站自控系統進行改造。主要測控參數：管線壓力、溫度就地指示及遠傳檢測；過濾分離器的壓力就地指示；壓差檢測和遠傳顯示；集液包液位就地指示（設備自帶）。遠程開關閥控制及開關閥狀態檢測；計量前管線壓力調節；流量計量；開關閥控制和開關閥狀態檢測；火氣檢測：新建工藝裝置區內可燃氣體濃度檢測報警， 手動報警按鈕。可燃氣體探測器信號上傳至壁掛式可燃氣體報警器， 由壁掛式可燃氣體報警器輸出報警信號至站控系統（SCS）。手動報警按鈕輸出信號去站控系統。信號接口及傳輸：計量設備為橇裝形式， 每路流量計配套一臺流量計算機。計量橇供貨商配套提供上下游直管段、整流器、儀表、接線箱、流量計算機等。流量計算機通過 RS485 接口（遵循標準 MODBUSRTU 協議）傳輸流量數據至站控系統。流量計算機為盤裝式，安裝在儀表值班室新增的控制機柜上，計量橇廠家提供電涌保護器。防雷、接地：防雷及接地要求與增壓站相同。電纜敷設：儀表主電纜采用電纜穿管埋地敷設方式，工藝裝置區內分支電纜采用全程鋼管保護，電纜過路或遇工藝管線應穿保護管。動力供應：動力供應要求與增壓站相同。

1.3 遵循的主要標準規范

（1）《火災自動報警系統設計規范》 GB50116-98；（2）《石油天然氣工程可燃氣體檢測報警系統安全技術規范》 SY6503-2008；（3） 《油氣田及管道計算機控制系統設計規范》SY/T0091-2006；（4） 《油氣田及管道儀表控制系統設計規范》SY/T0090-2006；（5）《工業生產過程中安全儀表系統的應用》SY/T10045-2003；（6）《綜合布線系統工程設計規范》 GB50311-2007；（7）《通信工程建設環境保護技術暫行規定》 YD5039-2009；（8）《通信管道與管道工程設計規范》 GB50373-2006。

2 天然氣管道增壓擴能工程中站場自控系統的設計方案

2.1 站場工藝系統的設計

（1） 塔榆增壓站的工藝設計。該增壓站位于塔榆首站附近，原塔榆管道東側，負責接收原塔榆管道天然氣及氣田其它干線來氣，經過站內過濾分離及壓縮等流程后再送入原塔榆管道，輸送至塔榆末站。原塔榆管道來氣（氣量為25×108Nm3/a）已經在塔榆首站經過濾分離，進入增壓站后直接經壓縮機組增壓外輸；大牛地中干線、東干線復線和氣田其它來氣（氣量為28×108Nm3/a）進入增壓站后首先進行過濾分離，然后與塔榆首站來氣混合進入壓縮機組增壓（壓縮機進口壓力為2.0～4.5MPa、出口壓力為4.85～5.7MPa），增壓后氣體經過空冷器冷卻，再進入已建塔榆管線外輸至塔榆末站。考慮站場后期將擴建脫水脫烴裝置，本次設計在工藝裝置區預留了與脫水脫烴裝置區的連接口。該站場設計輸氣規模：53×108Nm3/a；進站運行壓力：塔榆首站來氣2.0～4.5MPa；中干線及其它來氣2.0～5.7MPa；出站運行壓力：4.85～5.7MPa；設計壓力：6.3MPa；進站溫度：0～16℃；出站 溫度：40～50℃。該站場的功能：接收塔榆首站、中干線、東干線復線及氣田其它來氣；清管器接收、發送；來氣過濾分離；氣體增壓； 工藝氣空冷；站場緊急截斷和放空；站場輔助配套，預留脫水脫烴裝置接口。該站場工藝流程：塔榆增壓站主要工藝流程有正常流程、越站流程、緊急切斷流程、放空流程、排污流程等；分離流程：中干線來氣經ESDV102、ROV102、ROV105A/B/C、FS101A/B/C、ROV106A/B/C完成天然氣過濾分離。前期中干線來氣壓力較高，通過ROV110可實現不增壓外輸功能。過濾分離器為2用1備；增壓流程：當來氣壓力低于越站要求時， 中干線來氣過濾后經ROV109A/B ， 首站來氣經ROV108A/B分別進入壓縮機進氣總管NG-126和NG-139，然后經過 ROV111A～K、Z101A～K、AC101A～K、BV138A～K完成天然氣增壓流 程。天然氣壓縮機橇為10用1備；清管器收發流程：中干線來氣經ESDV102、ROV103、PR101、ROV104完成收球流程。

外輸天然氣經ROV113、PL101、ROV114、ESDV103外輸至下游塔 榆末站。站內設收球筒1套（PR101）及發球筒1套（PL101）；緊急切斷流程：站內各路進站管線及出站管線均設有緊急切斷閥（ESDV）， 當遇到緊急狀況，可以迅速將站場與線路切斷，并做事故處理。站場目前設有兩級關斷。一級關斷ESD-1：站場泄壓關斷塔榆增壓站一級關斷： 全站泄壓關斷。生產流程及輔助流程均關斷，緊急放空閥打開泄壓，應急電源延時關斷；放空流程：放空流程的設置主要有三種：安全閥放空、 站場放空、站外管線放空。第一種，安全閥放空。站內收發球筒、過濾分離器、排污罐、自用氣橇塊、壓縮機組均設置有安全閥，當來氣壓力高于安全閥設定壓力時安全閥起跳，實現緊急放散。同時設備還有手動放空，能夠在檢修時實現放空。第二種，站場放空。在站場發生重大事故時，站內ESDV101、ESDV102、ESDV103緊急關斷，站場內BDV閥立 即開啟，緊急放空站場內天然氣。第三種，站外管線放空。通過進出站放空閥能夠放空本站與上、下游截斷閥室或站場之間管道內天然氣；排污流程：在過濾分離器、壓縮機橇塊、收球筒等設備上都裝有排污閥， 通過排污管道將收集的污液集中排到站內排污罐，罐內污水集中拉運至處理地點；儀表風流程：空氣經空壓機增壓后進入無熱再生干燥橇塊， 經過干燥脫水再進入儀表風儲罐，儀表風經過分配管網為站內氣動閥門供氣，并為壓縮機控制柜及電機提供密封氣。

（2） 對塔榆首站進行工藝改造。塔榆首站位于陜西省榆林市榆陽區小壕兔鄉東南，設計規模30×108Nm3/a。目前負責接收大牛地東、西、中干線來氣，經站內過濾分離、計量后外輸。即將建設34#集氣站-塔榆首站管線（即：規劃東干線復線前段），將部分集氣站天然氣直接輸送至塔榆首站。由于已建塔榆首站過濾分離器已滿負荷運行（單臺處理量270×104Nm3/d，3臺，無備用），中干線設置越站流程，并與規劃東干線復線匯合，待塔榆增壓站建成后輸送至增壓站進行過濾、增壓。塔榆首站本次改造主要包括：在工藝裝置區預留過濾分離器位置新增400× 104Nm3/d過濾分離器一臺，并將站內進氣管線連通，實現所有過濾分離器并聯運行，互為備用，方便操作，同時，在增壓站未投用之前可實現中干線和34#-塔榆首站管線接入天然氣的臨時過濾。現有流程：西干線來氣經收球筒進過濾分離器FS201B、FS201C，過濾后進入匯管1，經出站計量區，計量后外輸。東干線來氣經收球筒與26#、27#集氣站來氣，一同進入過濾前計量區，計量后進入FS201A過濾分離器，過濾后進入匯管2， 經出站計量區，計量后外輸。中干線來氣經收球筒后和34#來氣一同直接進入匯管2，經出站計量區，計量后外輸。目前，塔榆首站設有的3臺過濾分離器（無備用），單臺處理量270×104Nm3/d，2臺過濾西干線來氣， 1臺過濾東干線及6#、27#集氣站來氣，中干線不進行過濾。為滿足中干線和34#-來氣臨時過濾分離的需要，以及后期過濾分離器的備用，塔榆首站新增過濾分離器1臺（處理量400×104Nm3/d），同時將站內進氣管線連通，實現所有過濾分離器并聯運行，互為備用。改造流程：新建過濾分離器FS-202安裝在站場預留位置，與東干線來氣管道、站內匯管2進口管道預留口連接。同時西干線來氣管道、東干線及26#、27#集氣站來氣管道（過濾分離器前計量區內東干線來氣管道及26#、27#集氣站來氣管道連接的旁通閥BV202應打開）、中干線來氣管道相互連通，實現全部過濾分離器并聯運行。站場擴建后，過濾分離器共4臺，在增壓站未投入使用時，中干線及34#站來氣臨時進入本站過濾分離器進行過濾分離，過濾分離器4臺全部運行，無備用。當增壓站投入使用后，中干線來氣越站反輸至34#站，并由34#站輸送至增壓站過濾分離，此時，站內過濾分離器 采用3用1備的模式運行。中干線及34#站來氣臨時過濾流程：打開新增閥門BV119，同時關閉該管路通向匯管2閥門BV201，實現過濾分離器前進氣管網連通，氣體進入過濾分離器進行過濾分離。中干線越站流程：關閉BV119和BV201，同時打開ROV205，以實現中干線越站。

（3） 對塔榆末站進行工藝改造。塔榆末站位于陜西省榆林市榆陽區芹河鄉，設計規模30×108Nm3/a，具有清管器接收、來氣過濾分離、調壓、交接計量等功能。目前站內過濾分離器已滿負荷運行（單臺處理量270×104Nm3/d，3臺，無備用）。本次設計中將整體考慮工藝裝置區擴建，將末站處理規模提高至53×108Nm3/a，相應增加400× 104Nm3/d過濾分離器3臺，同時取消原調壓管路，新建4路調壓及1路超聲波計量裝置。現有流程：塔榆管線來氣（氣量為30×108Nm3/a）經收球筒進過濾分離器前總管，過濾分離后的潔凈天然氣經調壓閥穩壓后進計量橇塊，計量后外輸。目前，塔榆末站設有3臺過濾分離器， 單臺處理量270×104Nm3/d，已處于滿負荷運行狀態，擴能之后無設備處理。站場輔助流程包括放空和排污系統流程。站內安全閥或手動放空管線匯入放空總管后，輸送到站外放空火炬進行放空。改建流程： 將原進站總管延伸，并新增3臺過濾分離器。原調壓區調壓管路取消， 原匯管1去調壓區的3路分支管路以及去陜京二線管路直接與過濾分離器后新建總管連接，以實現所有過濾分離器并聯安裝（5用1備）。在過濾分離器后新建總管上重新引出4路調壓管路，經調壓后匯總輸送至計量區。來自過濾分離及調壓區的總管在計量區分別與原匯管2（計量橇前）的3路分支管及新增計量管路連接，形成5路計量并聯運行（4用1備）。新建計量管路出口與出站管線預留閥門連接。

2.2 遵循的主要標準規范

《輸氣管道工程設計規范》 GB50251-2003；石油天然氣工程設計防火規范》 GB50183-2004；《工業金屬管道設計規范》 （2008 年版） GB50316-2000 ； 《 石油天然 氣工程總圖設計規范》SY/T0048-2009 ；《石油天然氣工業 管線輸送系統用鋼管》GB/T9711-2011；《油氣輸送管道穿越工程設計規范》GB50423-2007。

參考文獻

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