天然氣輸氣站場工藝設備管理

黃新剛 張皓翔

摘 要：輸氣站場工藝設備是天然氣的主要運輸方式之一。在生產中擔負著重要的輸送任務，一旦發生失效，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安全，我們必須重點對其中一些工藝設備進行分析和安全性研究。對于輸氣站場工藝設備來說，工程實際和安裝維修不便導致事故后果更為嚴重，所以輸氣站場工藝設備管理分析方法指導在我國也逐步引起關注。鑒于此，本文主要對輸氣站場工藝設備管理進行了分析研究。

關鍵詞：輸氣站場;工藝設備;管理

輸氣站場是通過將一定的設備和管件相互連接成輸氣系統的，其工藝設備是在整個輸氣系統輸送方案設計的基礎上進行的。輸氣站場的工藝設備流程是站內的設備的布置方案，通過輸氣站的設備及相應的流程，就可以完成輸氣站承擔的各種生產任務。

1 安全閥管理

安全閥（Safety Valve）是一種泄壓保護性設備，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備因火災、操作故障或停水、停電造成壓力設備超過其設計壓力而發生爆炸事故。當設備內介質的壓力達到預定值時，安全泄壓裝置立即動作，泄放出壓力介質。一旦壓力恢復正常，它即自行關閉，以保證設備的正常運行。石油、化工企業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本身壓力來排除一定數量的流體，以防止容器或系統內的壓力超過預定的壓力安全值。當壓力恢復正常后，閥門再自行關閉，并阻止介質繼續流出。

當系統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壓力，從而保證系統的安全。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。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稱為閉式系統。

無論是開式安全閥放空系統，還是閉式安全閥放空系統，系統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的沖擊、振動等。因此，安全閥放空系統應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靜力分析，校核管口法蘭受力，為支吊架設計提供依據;③生成動態響應譜，為動態分析提供載荷譜;④進行安全閥排氣系統動力分析，為支架設計提供依據。

進行安全閥放空管道應力分析的主要目的是指導支架設計，安全閥放空管道支架設計包括：開式排放系統管道支架和閉式排放系統管道支架設計。所謂支架設計，實際上是根據各種已有的支架型式，依據計算的各點所受的力和力矩，閉式排放管道系統還包括位移，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管道支架設計主要包括出口管和放空管支架設計兩個部分。出口管道一般采用支撐支架;放空管道的支架要求應能承受泄放時的反作用力和產生的力矩，通常在安全閥放空管道上靠近最上面排放口處設置固定支架，同時為了防止安全閥出口產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設置導向支架。

安全閥閉式放空系統應力分析考慮了二次應力的影響，它與開式系統的支架設計有所不同。通常，根據應力分析結果，固定點處位移向上，如果采用開式系統管道固定支架形式，則該處在正常穩定排放時支點與固定支架會脫空，因此，需在該處設置彈簧承重支架，根據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應力分析與支吊架設計中，應注意如下幾個方面：①安全閥的出口管道應設置支撐，以防泄壓的過大彎矩造成管道應力值超過許用范圍，支撐方法應根據安全閥所在設備或管道附屬構架的具體情況而定;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生的應力，管道應有一定柔性;③安全閥排放時出口管道產生的熱應力、機械應力和排出反作用力引起入口管道應力，此應力傳遞到安全閥、入口管道、固定管嘴和相連的容器壁上，應對其出口管道進行適當的支撐或增加柔性，確定彎頭和支架的位置，以克服安全閥與設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，應考慮由于蒸汽吹掃產生的熱膨脹;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。管道布置時應考慮由于泄壓排放引起的反作用力，合理設置支架。

2 離心式壓縮機管理

2.1 狀態監測

狀態監測是實現壓縮機組數據積累及其他智能化管理功能的基礎。充分利用布置在壓縮機及其周邊設備上的傳感器和數據采集系統，并加裝有線和無線傳感器網絡，確保設備監測點完整到位，并通過24h全天候在線監測，確保監測數據完整。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合起來，實現全生命周期監測，實現壓縮機組全生（下轉第15頁）（上接第13頁）命周期的智能化管理。

2.2 智能預警

2.2.1 運行異常預警

設備狀態異常變化的實時捕捉，是發現設備缺陷和隱患第一步?；趬嚎s機組監測數據，通過深度學習、建模與參數優化等人工智能方法，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警模型，實時捕捉早期狀態異常變化情況并及時預警，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驗設定，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。因此，通過利用機群大數據，并充分考慮設備的共性與個性，研究基于大數據機器學習的多維參數壓縮機組智能動態閡值報警技術，動態確定預警的偏差閡值和嚴重度，減少虛報警和漏報警，實現壓縮機組報警快速、準確。

2.3 故障智能診斷

故障診斷與預警是保障壓縮機安全高效運行的重要技術手段，但傳統的基于傅里葉變換分析的故障診斷技術主要用于對單一機械故障的診斷，而對多源異構參數、多故障綜合診斷效果欠佳。隨著人工智能技術的發展成熟，壓縮機組多源參數故障智能診斷技術研究時機趨于成熟。壓縮機組智能故障診斷，首先應基于壓縮機組振動、工藝、熱力性能等一體化監測數據，結合機組歷史運維數據，從機理、數據兩個角度研究壓縮機組典型故障與多源數據之間的關聯規則，挖掘故障與數據之間的潛在關系，建立故障模型，實現壓縮機組故障智能診斷。

2.4 運行狀態評估

離心壓縮機組特別是燃驅機組結構復雜，運行時間長且工況多變，運行狀態難以確定，導致無法采取科學的維修維護策略，如果壓縮機發生故障停機，會給公司和用戶造成巨大的經濟損失。因此，壓縮機組運行狀態評價十分必要且迫切，但一直以來都沒有很好的解決。隨著工業大數據的發展和深入應用，使得從系統層面分析壓縮機組運行狀態影響因素及其關聯影響關系，進而對運行狀態評估成為可能。這種數據驅動的運行狀態評價方法，從機組工作原理、故障機理及監測數據出發，綜合分析運行狀態影響因素及關聯關系，建立能夠全面反映設備運行狀態的指標評估體系。

3 結語

隨著新技術的成熟，天然氣輸氣站場工藝設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備的關鍵裝備，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備的科學性、客觀性和實時性。

參考文獻：

[1]田淑蔚.論天然氣輸氣站場工藝設備安全管理的重要性[J].安全管理，2014.

[2]趙冬梅.天然氣輸氣站場管理中常見的安全事故及防范措施[J].安全事故，2015.