長輸天然氣管道干線截斷閥異常關斷事件分析及處理

侯超波 劉釗 王旭

摘 要：干線截斷閥在長輸天然氣管道中運用十分廣泛，近年來由Shafer氣液聯動機構失效導致的干線截斷閥異常關斷事件時有發生，對長輸天然氣管道平穩運行造成重要影響。基于此，在介紹干線截斷閥組成結構和動作原理的基礎上，選取典型案例探討干線截斷閥關斷事件原因及其處理要點，最后并提出相應的干線截斷閥維檢修建議。

關 鍵 詞：長輸天然氣管道；干線截斷閥異常關斷；維檢修建議

中圖分類號：TE 832 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）10-2472-03

Analysis and Treatment of GOV Abnormal Shutoff

in Long Distance Natural Gas Pipelines

HOU Chao-bo，LIU Zhao，WANG Xv

（PetroChina Beijing Oil & Gas Control Center， Beijing 100007，China）

Abstract： GOVs are widely used in long distance natural gas pipelines； however GOV abnormal Shutoff caused by Shafer pneumatic hydraulic actuator failure often occurs in recent years， which has a significant influence on stable running of long distance natural gas pipelines. In this paper， focusing on GOV abnormal shutoff， the composition structure and action principle of GOV were introduced. Then through selecting a typical case， reasons and treatment measures of GOV abnormal shutoff were discussed. At the end， some maintenance suggestions were put forward.

Key words： Long distance natural gas pipeline； GOV abnormal shutoff； Maintenance suggestions

隨著我國天然氣工業大發展，西氣東輸、陜京系統等長輸天然氣管道相繼建成投產。為確保長輸天然氣管道安全平穩運行，具有監控截斷功能的干線截斷閥得到大量應用。我國長輸管道的干線截斷閥多采用卡梅隆（CAMERON）、格羅夫（GROVE）或成高球閥，由Shafer氣液聯動執行機構驅動。Shafer氣液聯動執行機構運用管道高壓天然氣作為動力開關球閥，具有操作方便、安全可靠等特點。

1 干線截斷閥結構和原理

1.1 管道球閥的組成和動作原理

球閥在天然氣管道運行中的主要作用是切斷或接通天然氣流動，其結構緊湊開關迅速，由閥體、閥座、球體、閥桿和傳動裝置等多個部分組成。閥體、球體與閥座密封圈形成密封后能有效承受管道天然氣壓力。

浮動球閥和固定球閥在天然氣長輸管道中最為常見[1]。浮動球閥的球體在管道天然氣壓力作用下產生位移并緊貼在出口端的密封面上，保證出口端密封。浮動球閥具有結構簡單，密封性好，維修方便等特點，但是出口密封圈在球體受到較高壓力沖擊時會受損變形導致球體發生偏移，影響性能發揮，因此浮動球閥多用于中低壓管道。固定球閥的球體共有上、下兩個轉軸，上轉軸與閥桿相連，下轉軸固定在閥體下部的軸承上[1]。固定球閥球體所受管道天然氣壓力傳遞給軸承，球體不移動，密封面不會受損，具有密封性能穩定，閥座變形較小，使用壽命長等特點，在長輸天然氣管道應用較多。

1.2 Shafer氣液聯動執行機構基本結構和動作

原理

Shafer氣液聯動執行機構主要由操作箱、氣源管、儲氣罐、執行器、氣液罐、檢測管、Lineguard控制箱和遠程終端單元（RTU）組成。操作箱用來切換手自動操作模式。氣源管從干線管道引壓，并將干線氣體儲存在儲氣罐中作為執行器動作的儲備動力源。儲氣罐中的高壓天然氣作用于氣液罐中高粘度液壓油，推動執行器動作，實現氣液聯動閥的開關操作。檢測管可將檢測到的干線及儲氣罐中天然氣壓力值傳至Lineguard控制箱，并通過RTU將采集數據遠傳至中控[2]。

Shafer氣液聯動閥按其自動控制形式可分為有遠程操作功能及無遠程操作功能。有遠程操作功能的氣液聯動閥有自動控制、手動液壓操作、手動氣液聯動操作、遠程氣液聯動操作等四種正常關斷方式，無遠程操作功能閥門只有前三種操作方式[3]。自動控制是指氣液聯動閥的Lineguard控制箱通過自動檢測采集管道壓力和壓降速率值，并將其與用戶設定值對比，如發現異常且異常持續時間超過用戶設定，則自動關斷氣液聯動閥。當控制模式為手動模式時即可執行手動操作，手動液壓操作和手動氣液聯動操作的區別在于閥門動作的動力源不同。遠程氣液聯動操作是通過遠程控制電磁閥來實現儲氣罐中的高壓天然氣作用于液壓油，進而推動執行器的動作，最終開關氣液聯動閥。

2 干線截斷閥關斷事件處理

中國石油所轄長輸天然氣管網在2014年共發生干線截斷閥異常關斷事件17起，是除壓縮機組異常停機外次數最多的異常事件。其中，陜京系統3起，山東東北管網（泰青威管道和大沈秦沈管道）4起，西南管道（中貴和中緬管道國內段）3起，西氣東輸一線2起，西氣東輸二線3起，澀寧蘭管道2起。通過事件分析，可知在干線管道壓力正常情況下，造成干線截斷閥誤關斷的原因主要有Shafer氣液聯動執行機構檢測管堵塞、Lineguard控制箱內部故障、Lineguard控制箱通訊功能失靈以及雷電、大雨等異常天氣。

2.1 陜京二線36#閥室干線截斷閥關斷事件

陜京二線全長971 km，設計壓10.0 MPa，設計輸量170億m3/a。36#閥室位于陜京二線下游任丘分輸站與霸州分輸站之間，是RTU閥室。2014年8月30日深夜中控陜京二線SCADA系統報警顯示36#閥室干線閥關斷，閥前和閥后壓力的變化趨勢印證了報警信息。中控調度員及時聯系工程師進行現場核實，核實結果證明閥室干線截斷閥異常關斷。在確認36#閥室現場天氣、門禁、火災報警系統均正常，現場無其他異常情況后，工程師打開干線截斷閥旁通進行平壓，待壓差降至0.2 MPa以內后，全開干線截斷閥。由于36#閥室干線截斷閥關斷事發深夜，當時并非用氣高峰，且陜京二線和三線也在在上游安平分輸站和下游永清分輸站聯合運行，因此閥室關斷未對陜京系統正常生產造成影響（表1）。

生產恢復后，干線截斷閥關斷原因分析從以下方面展開：第一，檢查閥室流程，重點關注閥室流程是否正常，管道及球閥、法蘭等連接器件有無泄露；第二，Shafer氣液聯動執行機構硬件檢查，重點檢查氣源管、儲氣罐、氣液罐、執行器、檢測管有無異常；第三，Shafer氣液聯動執行機構RTU控制系統檢查，重點檢查RTU系統工作狀態，關閥按鈕、按鈕控制回路及數據輸入輸出系統是否正常，核實報警信息；第四，Shafer氣液聯動執行機構Lineguard控制箱檢查。

檢查發現，Shafer氣液聯動執行機構RTU的數據輸入模塊故障導致氣液聯動執行機構收到RTU模塊發出的錯誤關閥命令，造成36#閥室干線截斷閥關斷。現場通過更換RTU數據輸入模塊排除了故障。

2.2 干線截斷閥異常關斷原因

通過上述統計分析及案例研究可知，管道球閥可靠性相對較高，Shafer氣液聯動執行機構故障是導致干線截斷閥異常關斷的主要原因。具體而言，在干線壓力正常情況下，造成干線截斷閥異常關斷的原因包括以下方面[4，5]：

第一，檢測管堵塞及壓力變送器故障：由于管道建設遺留和氣質較差影響，干線管道中的雜物和水氣在環境溫度較低時凝析成冰堵塞檢測管，造成壓力變送器檢測壓力下降，當檢測壓力低于人工設定下限時，閥門會異常關斷。

第二，RTU模塊故障：RTU是遠程操作閥門和數據遠傳的重要載體，其由復雜的硬件和軟件系統組成。RTU出現故障時，錯誤的關閥信號可能傳向執行機構，導致閥門異常關斷。

第三，Lineguard控制箱內部故障： Lineguard控制箱構造復雜，當蓄電池電壓較低或太陽能電池板損壞時會造成Lineguard控制箱失電，造成閥門異常關斷；當控制箱內主控制板芯片損壞或電磁閥內漏時，能發出錯誤信號，導致閥門異常關斷；雷電天氣可能造成Lineguard控制箱存儲數據紊亂，當紊亂造成的壓力波動超過程序設定的壓力關斷上下限時，會發出關閥命令[6]。

3 干線截斷閥維護保養

鑒于干線截斷閥在長輸天然氣管道中所發揮的重要作用，為使其可靠備用，必需定期進行維護保養。

定期檢測球閥閥體及氣液聯動執行機構的外部結構 重點關注各法蘭及連接接頭，定期對閥體注脂或排污，避免閥體內漏、外漏以及Lineguard控制箱誤檢測引起的關閥事件。

定期清洗和吹掃氣液聯動執行機構的氣源管、檢測管和過濾器 雖然干線管道天然氣經過分輸站場的過濾和分離，但是管道天然氣中難免含有各種雜質。為了不污染氣液罐中的液壓油并使氣源順利進入氣液罐，避免氣動操作功能的失效，要定期對氣液聯動執行機構的氣源管進行清洗和吹掃，定期對過濾器和濾網進行保養或更換。檢測管堵塞可能導致壓力變送器采點壓力與實際壓力存在偏差，導致氣液聯動閥誤關斷，因此也要定期清洗和吹掃檢測管。

定期對氣液罐中的液壓油進行排污和更換 由于頻繁操作，氣液罐的液壓油中難免含有鐵屑等固體雜質，固體雜質的存在會導致氣液罐旋轉翼片密封失效，因此要定期對液壓油油質進行檢查。當油品中含有雜質時要排污，長期排污造成液壓油油位較低時則要加入專用液壓油。

定期檢查Lineguard控制箱 首先，目視檢查和數據查看，確保Lineguard控制箱內芯片未收損壞，如損壞則更換Lineguard控制箱；其次，檢查電池電壓情況，如果電池電壓過低，則更換電池，確保Lineguard控制箱自動控制、數據采集等功能不受影響；再次，用筆記本電腦與Lineguard控制箱連接檢測通訊功能是否良好，如故障則排查具體原因；最后，核實Lineguard控制箱內時間設置與事件管理，準確記錄干線截斷閥操作情況。

參考文獻：

[1] 朱喜平. 天然氣管道球閥的維護及故障排除技術[J]. 天然氣工業， 2005，25（7）：02-104.

[2] 楊日永，康亮，彭振華. Shafer氣液聯動執行機構維保探討[J]. 科學之友，2010（3）：25-28.

[3] 徐文強. 長輸管Shafer干線截斷閥動作過程分析[J]. 寧夏石油化工，2012（9）：71-73.

[4] 劉潤剛，宋華. 氣液聯動閥的維護與保養[J]. 油氣儲運，2006。26（5）：36-39.

[5] 王志輝，廉春雷，譚洪偉，等. Shafer氣液聯動執行機構誤動作分析與防治對策[J]. 工業技術，2014（03）：77-78.

[6] 端木君，段沖，李偉. 對雷電干擾導致西氣東輸管道線路GOV閥誤關斷事件的探討[J]. 石油工程建設，2013，39（4）：55-56.