天然气调压安全以及提高供气可靠性的探讨
摘 要 简要介绍天然气分输站和门站的布局和工艺设计，调压系统安全装置，
以及调压器对管道储气调峰的影响以及调压器常见故障及应对的技术措施。
关键词 天然气；调压系统安全装置；管道储气调峰，燃气调压器 引言
有些中小城镇的天然气工程由于缺少技术支持和管理经验，资金短缺，不能像大型城镇的天然气工程那样，进行充分论证和精心设计，而往往是没有合理统筹规划和工程设计的情况下匆匆上马，工艺过程不理想，设备配置比较简化，更没有能力同步建设耗资巨大的用于专门储气调峰的设施，以至于不可避免地运行操作和设备安全等方面存在这样或那样的问题。
调压站是城市燃气输配系统重要设施之一，燃气调压站运行安全正常与否，直接关系到整个城市的安全和社会生活的稳定。由于调压器失灵使上一级压力的燃气未经降压而直接进入低压系统，轻则破坏后端设备，重则酿成火灾、爆炸等恶性事故，社会危害大。 1.分输站、门站的布局或工艺设计 1.1 方案确定
门站功能的确定、设备配置以及分输管道的设计压力等技术方案，一定要
结合门站的选址以及两站间的地理环境和距离等实际情况进行。中小城镇天然气工程分输站和门站的布局和工艺设计，基本上有以下两种方案。
（1）门站靠近分输站，相对远离市区，基本上没有分输管道，但门站到城镇管网的输气干管较长。这种情况下，通常采用的方案为：分输站不需要压力控制，仅设关断和管道超压保护。分输管道可按输气管道的要求设计，多采用与长输管道相同的压力等级。在城市门站种，要求具备压力调节、安全切断和安全放散等功能，门站中调压设备承压能力必须与长输管道选取相同的压力等级，调压器的工作能力要保证在长输管道的最低运行压力下，能够满足城镇高峰用气的要求，储气峰值完全可由上有承担。
（2）门站远离分输站，尽量靠近市区，分输管道较长，但门站到城镇管网的输气干管较短。这种情况下多采用以下方案：分输站设压力控制，并配备相应的安全切断和放散等装置。分输管道按城市管道的要求进行设计，其设计压力采用城市管道允许的等级（尽可能的高一些为好）。但是城镇燃气部门处于安全考虑，在门站同样也要配备压力调节和相应的安全切断和安全放散等装置。这种情况下，确定调压器工作能力的进口压力尽可能的低一些，这样，可利用的分输管道和上游长输管道的储气调峰能力就越大。 1.2 方案比较
与第二种方案相比，第一种方案的工程的总投资少，并且可以充分地利用长输管道的储气功能，城市管网设计压力等级可选范围也更大些，这对下游城市管网工程的实施更为有利，因此尽可能有限选用。但是，有的中小城镇天然气工程不是按以上的方案进行实施，常常出现一下几种不合理的状况：①分输站和门站虽然相邻，但各自都配置了调压设备，形成二级调压系统，既浪费设备又损失压力，限制了管道调峰能力的发挥；②分输站没又调压功能，门站调压系统的前端（进气端）压力等级却低于长输管道压力等级，门站调压器进口有可能出现超压的危险，形成了事故隐患；③两站调压设备选型时，用于调压能力计算的进口压力取值不合理，又的为了减小调压器和配套设备的规格，取值过高，造成调压器的配置过小。 2.调压系统安全装置
2.1 调压器系统安全装置的要求
由于安全装置的合理配置对城镇燃气输配系统的安全稳定运行具有至关重要的意义。不仅选用的安全装置本身必须性能可靠，而且配置方案也要功能齐全，只有如此，才能确保系统的运行安全和事故的零概率。由于我国现行的《城镇燃气设计规范》（以下简称《规范》对调压站的安全装置的配置只作了一些原则性的要求，对安全装置配置数量、性能和关闭泄漏量没有明确的的规定，我们建议在《规范》没有做出明确具体规定的情况下，安全装置的选型和配置可以参照国外标准，并结合实际情况，适当提高档次，并在工程的设计和验收中严格把关 2.2燃气调压站及主要性能指标
燃气调压站一般由调压器、过滤器、快速安全切断阀、安全放散装置、测量
仪表和工艺管线、阀门等组成，其主要任务是接收上游管网来气，进行过滤、调压、稳压、计量及相关参数记录，按输配管网的压力和流量进行调节和控制。 (1)调压设备主要运行参数是：进口压力P1；出口压力P2；关闭压力Pb；放散压力Pf；切断压力Pq。
(2)调压站有关运行参数的确定 a．关闭压力与出口压力间的关系
压器稳压精度Sp(Sp=0．5％～1．5％)和其性能，其关闭压力与出口压力之间关系：Pb=1．1～1．25P2
b．关闭压力与放散压力间的关系
散装置可以缓解调压器关闭不严造成的泄漏问题，一般考虑超过关闭压力10％～20％即开始放散，其放散压力为Rf=1．1～1．2Pb。 c．切断压力与放散压力间的关系
失灵造成燃气放散，不利于环保和周围生命财产安全，且浪费能源。为防止长时间放散，一般考虑放散压力超过10％-20％即可切断气源，即切断压力为Pq=1．1～1．2Pf
2.3调压器对管道储气调峰的影响
按照《城镇燃气设计规范》要求，对来气压力较高的天然气系统宜采用管道
储气方式，这对用管道储气调峰能力有很大关系，因此，管道储气调峰不是单纯加大输气管道管径就能解决问题。
管道储气是压气储气的一种，调用管道储气的过程是使上游管道降压过程，允许的压力降越大，可用的调峰气量就越多；另一方面，随着上游管道压力的下降，调压器的通过能力能否满足调峰时的用气负荷。这就在调压站设计中，进行调压器选型时提出了一个重要的课题—调压器进出口的设计压力和调压站的最大工作能力如何确定。如果简单地按上游工艺提供压力参数、下游的高峰用气负荷以及下游管网的允许运行压力进行调压器选型，忽略了用气高峰对管道调峰的需求以及管网工况可能的变化，就不能充分发挥管道调峰的功能。因此，我们提出一个有利于管道调峰能力的设计思路，
（1）调压站的设计流通能力不低于下游用气高峰负荷。
（2）调压站的上下游和设计压差取上下游的最小差压，即：①调压站的下游压
力=下游管网的设计压力；②调压站的上游压力=下游管网的设计压力+调压器的最小启动压差+调压器工作压差的裕度。
多数调压器的最小启动压差为0.05MPa（视调压器的类型而不同），调压器工作差压的裕度要尽量小一些，根椐实际情况可以取0.05~0.10MPa。 3 调压器故障及应对技术措施 3．1 调压器故障
调压器在实际运行中会因本身质量问题、气质不干净和维修管理不善等原因而出现故障，一般主要有以下几种情况：
一是调压器失灵，超压供气，使其进口压力(高压或中压)未经降压直接进人下游管网和用户，造成燃气表、管道和用气设备损坏，甚至产生着火、爆炸等严重事故；
二是调压器失灵，出口压力迅速降低或关闭中断供气，下游管网和用户的供气压力会降低，且调压器与用户之间存在很大的高度差，将会导致管网“空运行”，供气压力严重不足等情况，在用户终端引起熄火、燃气与空气的混合气吸人管道内而引起爆炸等危险因素；
三是调压器发生故障，出现供气压力波动，造成用户用气燃烧不完全，产生不安全因素。
出现以上情况，按惯例只能采取如下处理措施：通常情况下，调压站内一路调压系统处于工作状态，另一路则处于停止备用状态。当调压器出现故障，造成超压放散等情况，在得到用户报告后，作业人员方能到达现场进行处理，采取关闭故障调压系统，开启另一路调压系统和安全放散装置使其正常工作。这种做法会给用户带来诸多不安全因素，甚至会造成更严重的安全事故，其安全性极差。 3．2 应对技术措施
燃气调压站一般设计为两路规格相同的调压设备组，其工艺流程如图1。
图1
(1)在调压器前加装切断型安全装置——快速安全切断阀。一旦调压器出现故障，导致出口压力提高，能迅速有效地切断气源，停止供气。避免安全装置因长时间放散，使站场周围形成危险区域，从而防止事故发生，减少能源浪费。 (2)采取双路联合运行方式。即将调压站内两路调压装置均投入运行，第一路调压装置运行，承担主要供气任务，同时第二路调压装置处于备用状态。当第一路调压装置出现故障停气时，第二路即可自行启动供气，完成调压系统的自动切换，从而保证用户不间断地安全供用气。
按双路联合运行方式，调压站运行时，第一路调压装置处于工作状态(P2=2500Pa)，此时第二路调压装置则处于备用关闭状态，当第一路调压装置出现干扰(压力超高或下降)时，快速安全切断阀启动切断气源，这样用户在继续用气时压力就要下降，当压力下降至第二路调压装置出口压力设定值时
(P2=2200Pa)，第二路调压装置自行启动，承担起继续供气的任务。为保证一路压力波动时不造成第二路关闭切断，使两路供气相互作用互为补充，需要对其运行技术参数做调整。两路装置调压器和快速安全切断阀的技术参数确定如表1。 表1
运行方式 调压装置 一路 单路 双路联合 运行 二路 一路 二路 出口压力 关闭压力 放散压力 切断压力 P2(KPa) Pb(KPa) PF(KPa) Pq(KPa) 2.5 2.5 2.5 2.2 3.15 3.15 3.15 2.75 3.45 3.45 3.45 3.45 3.95 3.95 3.48 3.95
通过以上技术措施，一是可满足在用气高峰时，需用量大于单路调压器供气量时，实现双路自动供气，提高供气量，满足用气需要；二是可解决一路调压器出现故障，停止供气时，另一路自行启动供气，保证供气的连续性，达到安全稳定供气，杜绝事故发生，提高供气可靠性的目的。 （3）调压器选型
调压器的选型工作非常重要，首先取参数一定要准确无误，一般调压器取参数包括：①设计压力等级②入口运行压力P1③出口压力P2④瞬时流量（Nm/h）⑤切断压力Pq，如果实际运行参数与原始参数不一致的话，在整个调压站运行之后会造成不必要的麻烦和损失。选择口径大了会大材小用造成浪费，如果选小的话主调压器长时间满负荷工作，设备易出现故障使用寿命减少。大型城市门站最好选用RTJ-*/*EQ系列，此型号调压器具有以下特点：①调压精确、稳压精度高、流通能力大、关闭灵敏；②压力设定简单，易于在线维修，结构紧凑安装方便，高效降噪设计③具有超高、超低压自动切断功能，切断精度高，响应速度快，内设旁通、易于开启、关闭严密。此型号的调压器在整个中石化济青管线和各地燃气公司门站上广泛应用效果非常好，可以借鉴。 (4)采取“三压”检测措施
在技术参数调整的基础上，同时采取定期进行调压器出口压力(P2)、关闭压力(Pb)及快速安全切断阀切断压力(Pq)三项压力的检测和调试。来指导运行维修管理工作，及时消除故障，保证运行正常。其检测方法是：
a．调压器出口压力(P2)检测：利用站内压力自动记录仪，进行24小时运行压力测试记录，分析其压力波动大小及稳定情况。当出现异常情况时，则认为调压器存在故障，应进行维修处理，保持正常运行状态。
b．调压器关闭压力(Pb)检测：在保证一路调压站设备正常运行，满足管网供气的情况下，先关闭另一路调压器后的阀门，然后观察该调压器出口压力，此时出口压力会逐渐上升，并达到一定值(P)。当P＜1．25P2时，则认为调压器性能稳定，工作正常；当P＞1．25P2时，则认为调压器性能不稳定，有故障，应立即进行维修处理。
3
c．安全切断阀切断压力(Pq)检测：在保证一路调压站设备正常运行，满足管网供气的情况下，先关闭另一路调压器后的阀门，调节该调压器使出口压力达到安全切断压力设定值，观察安全切断阀是否起跳和切断气源，依此判定其性能是否稳定，工作是否正常，动作是否灵活。
通过以上的检测方法可以判定调压设备运行是否正常，性能是否稳定，动作是否灵活到位。从而达到及时排除故障、解决问题，保证安全可靠的供气目的。 根据以上技术原理，2006年6月对青州燃气调压北站进行技术改造，加装快速安全切断阀，调整技术参数，经对实际运行情况观察、测试，工作稳定正常。8月份兰维调压站由于一路调压器超压(P2=3480Pa)，致使快速安全切断阀起跳切断气源，二路调压器在管网压力降至其设定的工作压力(P2=2200Pa)时，自动开启运行工作，保证了正常供气，避免了一次事故的发生，达到了安全供气的目的。到目前为止，青州燃气管网未发生过一起超压、降压、停气事故，真正实现了安全稳定长周期运行的目的。 4、结语
采取以上技术措施和管理手段，有效地解决了以往在调压供气过程中存在的超压放散、降压停气等诸多供气难题。实践证明，上述技术措施是可行的，效果也是明显的，是一种解决燃气调压站安全可靠供气的有效技术途径。还应该指出，这样做，调压器的规模必须加大或对调压站通过能力留有发展余地。有时为了避免在高进口压力和用气低谷时调压器出现不稳定现象，需要减小调压器规格和尺寸，采用增加调压器数量的方法来达到增加调压站通过能力的目的，因此导致调压站的占地和投资相应增加，但是，由此可以取得充分利用管道储气调峰能力的效果。
