高壓長輸天然氣管道中分輸站場設(shè)計分析

張俊 湯建平

摘 要：分輸站場可對天然氣中存在雜質(zhì)與水分進(jìn)行過濾分離，同時對純凈的天然氣進(jìn)行計量結(jié)算與調(diào)壓控制，滿足沿線居民對天然氣的需要。本文對分輸站場布局設(shè)計要點、流程設(shè)計和設(shè)備選型進(jìn)行分析，可供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：天然氣分輸站場;調(diào)壓;計量

高壓長輸天然氣需要在分輸站內(nèi)進(jìn)行過濾、分離、計量與調(diào)壓等工藝處理，從而向管道沿線閥站提供高質(zhì)量的天然氣，滿足沿線居民用氣的需要。但由于運輸距離長，會使得天然氣運輸?shù)陌踩院徒?jīng)濟(jì)效益受到影響，因此做好分輸站場設(shè)計對于保障正常供氣發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的分輸站場多以年輸平均量進(jìn)行計算，沒有對天然氣供需量的季節(jié)變化影響因素給予足夠的重視，也沒有考慮上游天然氣資源的可調(diào)性，使得天然氣輸送效率較差，不具備較高的靈活性，需要對分輸站場進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

1 分輸站場布局設(shè)計要點

1.1 平面布置

高壓長輸天然氣分輸站場平面布置應(yīng)該嚴(yán)格遵守防火設(shè)計規(guī)范，將辦公區(qū)與生產(chǎn)區(qū)進(jìn)行分開設(shè)置，使兩者間的距離不得低于22.5m，將辦公區(qū)域置于分輸站場的進(jìn)、出口附近，有利于工作人員在緊急情況下有效撤離到安全區(qū)域，保證正常開展人員疏散工作，還可以減小往返于生產(chǎn)區(qū)的工作人員數(shù)量，避免帶來新的安全隱患。辦公區(qū)域的配電室、發(fā)電機(jī)房、休息室等，應(yīng)該與站場內(nèi)部的工藝設(shè)備區(qū)保持足夠的安全距離，按照防爆區(qū)與非防爆區(qū)安全距離要求進(jìn)行設(shè)計。還應(yīng)該考慮到天然氣線路的走向，將生產(chǎn)區(qū)域置于管線出入站場的位置，保持沿著進(jìn)出站天然氣管道的走向，盡可能減少彎頭數(shù)量。

1.2 生產(chǎn)區(qū)布置

生產(chǎn)區(qū)主要有進(jìn)出站閥組區(qū)域、過濾計量區(qū)域，進(jìn)出站閥組區(qū)域需要布置于工作人員易于操作部位，而過濾計量區(qū)域需要臨近分輸位置，分輸設(shè)備需要結(jié)合工藝流程、管線走向來設(shè)置，每臺分輸設(shè)備相互間在達(dá)到安全距離的要求以外，還需要預(yù)留出供于后期維護(hù)的空間，例如，在過濾分離裝置的后側(cè)，需要至少留出筒體長度距離，滿足更換濾芯的空間。

1.3 辦公區(qū)布置

在進(jìn)行高壓長輸天然氣分輸站場設(shè)計時，發(fā)電機(jī)室、配電室等多布置鄰近辦公區(qū)域，但不可以鄰近有水的房間，辦公室、陰極保護(hù)室等應(yīng)該設(shè)置于辦公樓內(nèi)，可以減少對土地資源的占用，污水處理、水泵房等需要設(shè)置滿足規(guī)范要求的安全距離，在達(dá)到防火要求的同時，還需要符合特殊要求。

2 分輸站場流程設(shè)計

正常分輸流程要據(jù)上游輸送的高壓天然氣，先進(jìn)行過濾分離處理，對天然氣流量進(jìn)行計量與累計，再進(jìn)行調(diào)壓處理后輸送給用戶。清管流程則根據(jù)上游輸送的天然氣，再經(jīng)過發(fā)球筒后傳輸給下游管網(wǎng)。越站流程則是天然氣不經(jīng)過分輸站場，也不輸送給用戶，是將天然氣直接輸送給下級站場，該流程多應(yīng)用于如下兩種情況：分輸站控制出現(xiàn)問題，需要停止運行來避免安全事故，需要將進(jìn)站閥門完全關(guān)閉，使天然氣直接輸送給下級站場;用戶端存在問題，不能接收天然氣資源，這就要求相關(guān)的分輸站場停止運行，天然氣也會輸送給下級站場。返輸流程，也就是天然氣的輸送方向發(fā)生逆轉(zhuǎn)，上游站場轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠握緢觯谠摲N流程運行模式下，分輸站點的功能不會發(fā)生改變。

3 分輸站場設(shè)備選型

3.1 過濾分離

天然氣經(jīng)過長輸管道時會夾雜著水分和雜物，天然氣在進(jìn)入到分輸站點以后，需要對天然氣進(jìn)行過濾分離處理，將天然氣中的雜物與水分脫離。分離設(shè)備有過濾分離、旋風(fēng)分離兩種類型，需要根據(jù)雜質(zhì)情況來確定最合理的分離器，如果雜質(zhì)數(shù)量較多，天然氣達(dá)不到氣質(zhì)要求，需要將兩種分離器聯(lián)合使用。采用旋風(fēng)分離器把直徑較大的顆粒狀雜質(zhì)和水分進(jìn)行脫離處理，再采用過濾分離器將小顆粒雜質(zhì)、懸浮物等清除干凈。進(jìn)場天然氣必須要進(jìn)行過濾分離，才能使氣質(zhì)達(dá)到后續(xù)計量的需要。如果進(jìn)場天然氣較為干凈，不存在過多的雜質(zhì)，可以采用過濾分離器進(jìn)行處理，要以減少對土地資源的占用，也可以減少投資。

3.2 計量

天然氣計量是進(jìn)行結(jié)算的依據(jù)，需要保證計量精度達(dá)到貿(mào)易的要求，計量范圍應(yīng)該選擇的科學(xué)合理，需要考慮到天然氣初期投產(chǎn)的小流量要求，還可以達(dá)到后續(xù)滿負(fù)荷運行的流量需要。天然氣計量多利用孔板式、渦輪式和超聲式流量計，孔板流量計為差壓式流量計量裝置，流量計結(jié)構(gòu)方式比較簡單，有著較長的使用壽命，但計量區(qū)間較小，在30-80%計量區(qū)間內(nèi)存在較大的壓損，無法滿足多種流量區(qū)間計量的要求;渦輪流量計有著更為寬泛的計量區(qū)間，流量在10-80%計量區(qū)間內(nèi)，不會形成較大的壓損，如果流量比較小就會使計量存在盲區(qū)，使計量數(shù)據(jù)與實際不符;超聲流量計是應(yīng)用超聲信號在管道內(nèi)傳輸時間來對流體速度進(jìn)行計量的裝置，有著很高的測量精度，可以滿足多種量程區(qū)間的要求，計量過程中不會產(chǎn)生壓損。如果預(yù)算資金足夠，應(yīng)該盡量采用超聲流量計，可以在流量監(jiān)測位置直接將流量數(shù)據(jù)顯示出來，還可以將流量信號遠(yuǎn)傳到站場控制室。

3.3 調(diào)壓

高壓長輸天然氣分站場調(diào)壓可以根據(jù)實際需要進(jìn)行設(shè)計，單臺調(diào)節(jié)閥控制流程比較簡易，工作人員操作也比較方便，但需要工作人員隨時操縱調(diào)節(jié)閥，安全性達(dá)不到要求，還會使輸氣量產(chǎn)生波動;單臺調(diào)壓閥與監(jiān)控調(diào)壓閥結(jié)合的方式，可以滿足分級調(diào)節(jié)和監(jiān)控的要求，可以對管線下游壓力進(jìn)行實時監(jiān)測，工作人員可以遠(yuǎn)離管線端，有著更好的安全保障，但也需要工作人員進(jìn)行操作，還需要保證兩臺調(diào)壓裝置的壓力設(shè)定達(dá)到要求;單臺調(diào)壓閥與安全切斷閥、臨控調(diào)壓閥配合調(diào)節(jié)，該種調(diào)節(jié)模式有著更高的安全性，可以更好地保證下游管線不超壓，如果切斷閥關(guān)閉則無法為下游提供天然氣，但需要對切斷閥再次進(jìn)行調(diào)整與復(fù)位;調(diào)節(jié)閥與安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥組合的調(diào)壓模式下，會將上、下游根據(jù)順序進(jìn)行串聯(lián)，建立起更為安全的監(jiān)控調(diào)壓系統(tǒng)。在正常供氣過程中，切斷閥與調(diào)壓閥在全開位置，利用調(diào)節(jié)閥來對下游供氣壓力進(jìn)行調(diào)整，如果供氣流量超過設(shè)置值，調(diào)節(jié)閥會轉(zhuǎn)換到流量監(jiān)控狀態(tài)。而調(diào)節(jié)閥存在故障不能達(dá)到工作要求時，監(jiān)控閥會投入到工作狀態(tài)，但監(jiān)控閥也存在故障，切斷閥會將供氣完全切斷，可以更好地保證下游長輸管線和供氣裝置的安全。

在進(jìn)行高壓長輸天然氣站場設(shè)計時，應(yīng)該優(yōu)先考慮采用調(diào)節(jié)閥與調(diào)壓閥、切斷閥配合的方案，該種調(diào)壓模式融合了多種調(diào)壓方案的優(yōu)點，可以更好滿足天然氣分輸站點的多種工況要求。天然氣站場的進(jìn)站壓力與分輸壓力有著很大的不同，調(diào)壓控制前后有著較大的壓差，受到湯姆遜效應(yīng)的影響會使天然氣溫度下降到零度以下，天然氣管線附近的土壤會產(chǎn)生凍結(jié)問題，地需也會形成不同程度的裂痕，會使天然氣管道產(chǎn)生凍堵、變形等，控制閥體與閥座脫離，上述現(xiàn)象都會影響到分輸站場的正常供氣，嚴(yán)重情況下會出現(xiàn)安全事故。

分輸站場內(nèi)的天然氣管線大多埋設(shè)在凍土層以下，如果天然氣管道存在溫降，周圍的土壤則會出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象，由于金屬管道有著較強(qiáng)的抗伸能力，可以保證天天然氣管道的安全。但埋地管道與地面結(jié)合的部位需要給予特別設(shè)計，冬季的氣溫比較低，再加上天然氣管道產(chǎn)生溫降，會使管道外表面產(chǎn)生凍霜，也會裸露在大氣環(huán)境中的管道出現(xiàn)凍堵或變形，閥體受到應(yīng)力影響而離開閥座，連接法蘭會受到損而出現(xiàn)天然氣泄露安全事故，可以在進(jìn)行分輸站場設(shè)計時將調(diào)壓分輸管道進(jìn)行伴熱設(shè)計，可以有效防止出現(xiàn)安全事故。

4 結(jié)語

綜上所述，天然氣長輸管道分輸站場設(shè)計應(yīng)該結(jié)合建設(shè)區(qū)域的實際條件，對不同功能區(qū)進(jìn)行合理布局，嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范和防火要求，盡量少占用土地資源。分輸流程設(shè)計可結(jié)合多種控制需要，分輸處理設(shè)備按著一備一用的要求，以保證站場檢修時天然氣可以正常輸送，天然氣分輸站場調(diào)壓后會出現(xiàn)較大的壓差，處理不當(dāng)還會存在管線凍脹問題，應(yīng)該做好管線保溫設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

[1]李萌.長輸管道線路與分輸站的設(shè)計研究[J].中國設(shè)備工程，2020（15）：232-234.

作者簡介：

張俊，女，重慶人，本科，中級，油氣儲運。

湯建平（1987- ），男，達(dá)州人，研究生，中級，長輸管道、站場設(shè)計。