長距離輸氣管道實驗裝置的設計與實現

吳鳳山

遼河石油勘探局油田建設工程一公司，遼寧盤錦 124120

0 引言

20世紀90年代后期，中國骨干輸氣管道的基本框架正在快速形成。截至2009年底，中國已建成天然氣管道3.6萬km，年總輸氣能力超1 000億m3，但同美國等發達國家相比，還有一定差距，在天然氣的管道輸送方面還有許多問題值得研究[1]。

1 裝置概述

1.1 裝置工程概況

實驗裝置采用自動化技術對管道進行實時監控。可用于模擬天然氣管道輸送、管道末端儲氣調峰和輸氣管道特殊工況等。實驗裝置可用計算機控制操作過程，也可手動經行各種工藝模擬與實踐研究。整個裝置由儲氣罐區、壓縮機室、輸送管道、各種閥門、壓力傳送器、溫度傳送器及先進的控制系統等部分組成；儲氣罐區由3座儲氣罐組成；壓縮機室內共有4 臺壓縮機，可模擬3個壓縮機站進行輸氣；輸送管道全長4 000m，管道直徑為Φ100；閥組由閘閥、球閥、止回閥、泄壓閥等組成。

1.2 工藝設備

本設計方案的壓縮機室中由4 臺壓縮機模擬3個輸氣站。

表1 儲氣罐的基本參數

表2 壓縮機的型號參數

2 控制和數據采集技術

實驗裝置采用智能式氣體流量計，通過信號傳輸設備把數據信號傳送至電腦控制室，電腦可自動進行數據記錄和處理；壓縮機的出口壓力可現場測量，也可通過壓力信號傳送裝置傳至電腦控制室。在控制室內通過直接監測儲氣罐的溫度和壓力以及壓縮機室中各壓力表壓力，能夠及時監測到各種實驗數據，在第一時間發現并解決特殊工況等問題。壓縮機可以采用兩種開關方式：一種是通過手動開關控制，另一種是通過控制室的電腦直接控制。壓縮機的出口都采用電動閥門進行控制，閥門可進行手動控制或通過電腦進行遠舉例控制。在出現特殊工況時，及時對壓縮機和電動閥門進行控制，停運或關閥。

實驗裝置采用先進的自動控制系統經行數據采集，對數據進行定點多次采集。在壓縮機的控制系統中采用了自動開關程序，根據采集到的數據進行開關的自動判斷。同時，電腦的數據采集系統可對過往的運行數據進行備份，以便隨時調出使用。實驗裝置還增設了特殊工況的自動報警功能，當出現特殊工況時，及時報警，以便操作人員迅速的做出判斷，并及時解決管道運行時出現的問題。

3 輸氣管道工藝流程說明

工藝流程能夠反映出實驗裝置的主要運行過程，根據生產實際的合理性，選擇制定符合生產實際的工藝流程。

3.1 工藝流程的要求[2]

1）技術成熟，工藝完善；2）做到能源使用最優化；3）在保證安全的前提下，最大化減少投資成本；4）操作方便，易于檢修。

3.2 具體工藝流程：

1）輸氣工藝流程：來氣→輸氣首站（1、2#壓縮機）→流量計→輸氣中間站（3#壓縮機）→輸氣末站（4#壓縮機）→儲氣罐1 或2；

2）儲氣調峰流程：來氣→輸氣首站（1、2#壓縮機）→儲氣罐1→輸氣中間站（3#壓縮機）→儲氣罐2→輸氣末站（4#壓縮機）→儲氣罐3→用戶；

3）自動壓力保護：輸氣中間站（3#壓縮機）停機或輸氣首站出口閥門關閉→安全閥→儲氣罐；

4）自動停機保護：輸氣末站→輸氣中間站→輸氣首站（順序停機）。

4 防腐蝕保護

輸氣管道實驗裝置防腐蝕采用的是復合結構防腐層。操作過程是首先靜電噴涂熔解環氧粉末涂層（FBE）[3]，在與擠出的聚乙烯（PE）相結合。其優點是機械性能良好，穩定性好，絕緣電阻值高，粘結力強。適用于各種敷設及施工條件惡劣環境中的管道。雖然成本較高，投資偏大，但它可以增加管道絕緣層的電阻，從而加大管道陰極保護長度、減小陰極保護電流密度，降低陰極保護系統的安裝和運行費用。其次，較好的防腐蝕結果可以降低管道腐蝕破損及因腐蝕引發的事故，減少損失、降低管道維護及搶險的費用。因此，雖然這種防腐蝕施工技術要求高且價格較貴一些，但采用這種涂層并嚴格控制質量，從大型管道工程總體的綜合效益來看，常常是經濟合理的方案[4]。

5 結論

長距離輸氣管道實驗裝置是一套科技含量較高、可模擬輸送距離長，實用性強的自動化控制模擬裝置，可完成長距離輸氣管道的自動化控制和相關數據的測量及記錄等功能。該裝置的設計實現可為施工或研究單位提供實踐和技術研究等眾多服務。隨著該裝置的廣泛應用，在輸氣管道施工及運行過程中將進一步體現其實用價值。

[1]中國新聞網.未來12年中國擬建30萬公里天然氣管道[EB OL].http://www.chinanews.com.cn/ny/news/2010/03-18/ 2176976.shtml，2010，3，18.

[2]王松漢主編.石油化工設計手冊[M].北京.化學工業出版社，2002，1.

[3]杜秀玲，吳希革，李楠.淺談埋地鋼質管道陰極保護對熔結環氧粉末涂層的影響.防腐保溫技術[J]，2007，15(1)：21-25.

[4]張德姜，王懷義，劉紹葉主編.工藝管道安裝設計手冊[M].北京：中國石化出版社，1997，3.