輸氣站場調(diào)壓橇安全切斷閥ESD信號變更探討

侯仰超(山東省東營市中石化工程設(shè)計(jì)有限公司 山東 257026)

引言

在長輸管道輸氣站場中，由于上下游用戶壓力系統(tǒng)一般并不相同，為確保下游用戶安全、穩(wěn)定的用氣，輸氣站場分輸流程均設(shè)置調(diào)壓裝置。調(diào)壓裝置除正確配置壓力控制設(shè)備之外，還要保證當(dāng)出現(xiàn)事故時(shí)，下游管道系統(tǒng)不超壓，并進(jìn)行快速安全切斷。

福建LNG輸氣干線工程管道水平長度約361km，設(shè)計(jì)規(guī)模77.18×108m3/a，設(shè)計(jì)壓力7.5MPa，全線共設(shè)置12座輸氣站場和20座閥室，項(xiàng)目于2004年12月獲國家發(fā)改委核準(zhǔn)，2005年4月開工，2008年4月成功接卸第一船LNG用于調(diào)試，并于2009年2月順利進(jìn)入商業(yè)運(yùn)營，目前大部分輸氣站場均已達(dá)到或接近設(shè)計(jì)輸量。為確保工程安全及正常生產(chǎn)運(yùn)行，本文對該工程調(diào)壓橇的配置進(jìn)行系統(tǒng)分析，綜合輸氣站場ESD系統(tǒng)設(shè)置情況，提出了變更安全切斷閥ESD信號方案，并對有關(guān)問題進(jìn)行了探討。

一、福建LNG輸氣干線工程調(diào)壓橇配置

輸氣站場調(diào)壓裝置一般為了方面運(yùn)輸、施工，多采用橇裝方式。常用的調(diào)壓橇為串聯(lián)監(jiān)控，一般包括:安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器、調(diào)節(jié)閥、專用壓力流量控制器、壓力變送器、壓力表及相關(guān)設(shè)備、大小頭、管路附件等。

1.常見輸氣站場調(diào)壓橇配置

目前國內(nèi)長輸管道工程比較常用的配置形式為：每一回路安裝1臺安全切斷設(shè)備和1臺附加的壓力調(diào)節(jié)控制設(shè)備，即“安全切斷SSV+監(jiān)控調(diào)壓PCV+工作調(diào)壓PV”組合：

安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥、工作調(diào)節(jié)閥為相互獨(dú)立的設(shè)備，按照從上游至下游的順序，串聯(lián)在一起組成的安全、監(jiān)控式控制系統(tǒng)。此種配置方式的工作模式為：當(dāng)工作調(diào)壓閥失效時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓閥自動開始工作，繼續(xù)向下游供氣，當(dāng)監(jiān)控閥也失效時(shí)，緊急關(guān)斷閥檢測到超壓后自動關(guān)閉。該組合方式站場連續(xù)、穩(wěn)定供氣的能力最高，是所有調(diào)壓系統(tǒng)組合中最安全的方式。重要的站場，包括長輸管線分輸站、城市門站及一切重要調(diào)壓站常采用此種形式。

2.福建LNG輸氣干線工程調(diào)壓橇配置

福建LNG輸氣干線工程調(diào)壓橇由安全切斷閥(Fisher公司OSE系列)、監(jiān)控調(diào)壓閥(Fisher公司ET系列)、工作調(diào)壓閥(Tartarini公司FL系列)、調(diào)壓控制器(MODICON的140型PLC)組成。每個分輸站場分別設(shè)置2臺調(diào)壓器(一用一備),完成橇內(nèi)所有控制。安全切斷閥和工作調(diào)壓閥均采用自力式閥門,監(jiān)控調(diào)壓閥為電動調(diào)節(jié)閥。正常狀態(tài)下由工作調(diào)壓閥完成調(diào)壓控制,監(jiān)控調(diào)壓閥常開；在流量超限時(shí),調(diào)壓控制器控制監(jiān)控調(diào)壓閥投入限流調(diào)節(jié)；當(dāng)工作調(diào)壓閥或監(jiān)控調(diào)節(jié)閥故障不能控制下游壓力時(shí),安全切斷閥自動關(guān)斷。

該工程調(diào)壓橇配置與常見調(diào)壓橇配置有所不同，主要考慮到該工程有三個站場直供電廠用戶,最大流量、最小流量的流量比非常寬,最高的流量比達(dá)80∶1,如果用電動調(diào)節(jié)閥作為工作調(diào)壓閥,很難選到合適的電動調(diào)節(jié)閥,而自力式調(diào)壓器的主要優(yōu)點(diǎn)是流量范圍非常寬。根據(jù)工況分析的需求，將電動調(diào)節(jié)閥和自力式工作調(diào)壓閥的位置進(jìn)行了調(diào)換。

二、調(diào)壓橇安全切斷閥存在問題

根據(jù)《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》福建LNG輸氣干線工程輸氣站場設(shè)置了ESD緊急關(guān)閉系統(tǒng)，站內(nèi)ESD系統(tǒng)分為兩級：一級ESD，進(jìn)出站緊急關(guān)斷閥和調(diào)壓橇安全切斷閥關(guān)閉，全站緊急放空閥放空；二級ESD，進(jìn)出站緊急關(guān)斷閥和調(diào)壓橇安全切斷閥關(guān)閉。因此該工程輸氣站場調(diào)壓橇安全切斷閥有兩種切斷信號，一是下游壓力超壓時(shí)的機(jī)械關(guān)斷，二是收到站場ESD緊急關(guān)閉系統(tǒng)的ESD信號后的遠(yuǎn)程關(guān)斷。

該工程安全切斷閥的ESD信號關(guān)斷是由閥體自帶的兩位三通電磁閥來實(shí)現(xiàn)(工作原理見下圖)。該工程安全切斷閥所配電磁閥型號為ASCOEMB262B214,工程投產(chǎn)后多次出現(xiàn)由于該電磁閥滲漏導(dǎo)致SSV閥錯誤關(guān)斷現(xiàn)象，雖經(jīng)過維修及更換滲漏問題仍難以徹底解決。由于該工程輸氣站場下游用戶基本達(dá)到設(shè)計(jì)輸量，且部分站場直供大型燃?xì)怆姀S，如果安全切斷閥一旦切斷，將嚴(yán)重影響下游用戶安全。

三、安全切斷閥ESD信號變更

由以上分析將電磁閥信號斷路處理后，僅會對安全切斷閥的ESD遠(yuǎn)程緊急關(guān)斷功能喪失，安全切斷閥本身的壓力超壓時(shí)的機(jī)械關(guān)斷并不受影響。因此，該ESD信號如何處理稱為解決問題的關(guān)鍵因素。

ESD信號只有輸氣站場出現(xiàn)緊急事故才被觸發(fā)，觸發(fā)后站場進(jìn)出口閥門緊急關(guān)斷同事該調(diào)壓橇安全切斷閥也迅速關(guān)斷，將全站管道內(nèi)氣體隔離成高壓(Class600等級)、低壓兩部分(Class300等級)。如果安全切斷閥的緊急關(guān)斷功能喪失，則會導(dǎo)致切斷閥前高壓氣體竄入低壓管道系統(tǒng)，導(dǎo)致低壓管道系統(tǒng)短暫超壓。但短暫超壓后安全切斷閥本身的超壓關(guān)斷功能將啟動，阻止下游低壓管道系統(tǒng)超壓工況繼續(xù)發(fā)生。

鑒于ESD系統(tǒng)關(guān)斷是在緊急事故工況下發(fā)生的，此時(shí)低壓系統(tǒng)的短暫超壓，會增加緊急停車工況下的安全隱患。為確保工程本質(zhì)安全，該ESD關(guān)斷功能仍需保留。在此種情況下，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，緊靠調(diào)壓橇前的關(guān)斷球閥均為電動遠(yuǎn)控球閥，經(jīng)過執(zhí)行機(jī)構(gòu)及信號接入的改造變更，同樣可以實(shí)現(xiàn)緊急關(guān)斷功能。改造需調(diào)壓橇前關(guān)斷球閥遠(yuǎn)控信號接入ESD系統(tǒng)，對ESD邏輯進(jìn)行變更，同時(shí)需將球閥供電接入U(xiǎn)PS供電系統(tǒng)，確保事故工況下球閥仍能緊急關(guān)斷。

[1]蘭婷 天然氣長輸管線調(diào)壓橇控制應(yīng)用 中國石油大學(xué)勝利學(xué)院報(bào)，2008，22(3)：24-26.

[2]王書惠 天然氣長輸管道分輸壓力控制系統(tǒng)技術(shù)研究 石油規(guī)劃設(shè)計(jì)[J]，2012，23(1)：23-26.