天然氣長輸管道分輸壓力控制系統分析

任福建(中石油管道公司中原輸油氣分公司,山東德州253020)

天然氣長輸管道分輸壓力控制系統分析

任福建(中石油管道公司中原輸油氣分公司,山東德州253020)

由天然氣長輸管道輸氣站供氣的燃氣用戶的燃氣壓力調節需要由輸氣站分輸壓力控制系統來完成，分輸壓力控制系統的結構形式與選用關系到燃氣用戶的生產安全，必須引起足夠的重視。

近年來，隨著天然氣行業的快速發展，天然氣管道建設里程越來越長，天然氣輸氣站（輸氣站在此是指首站、末站、分輸站、分輸壓氣站、分輸閥室等可以進行天然氣下載、分輸的站場，下同）建設的越來越多，由天然氣輸氣站分輸供氣的管道燃氣用戶也越來越多。在天然氣分輸運行中對天然氣分輸壓力進行控制是確保燃氣用戶安全生產的必要措施，這就使得天然氣分輸壓力控制成為輸氣公司（供氣方）不可忽視的問題，必須引起足夠的重視。

1 分輸壓力控制系統概述

為確保輸氣站燃氣用戶管道和城市門站供氣安全、平穩，在輸氣站針對不同的燃氣用戶設置有不同的分輸壓力控制系統。分輸壓力控制系統一般包括安全切斷設備、壓力檢測設備、壓力控制設備及系統和相關的流量計量系統等。

常見分輸壓力控制系統調壓閥門組成結構有三種：一是安全切斷閥+監控調節閥+工作調節閥；二是安全切斷閥+安全切斷閥+工作調節閥；三是安全切斷閥+工作調節閥。以上閥門按照氣流的方向由上游到下游先是安全切斷閥再是監控調節閥最后是工作調節閥，且各閥門之間相對獨立。同時，鑒于供氣連續性和設備維檢修的需要，每個燃氣用戶至少有兩路分輸壓力控制系統，個別重要用戶可設置三路甚至更多路分輸壓力控制系統和輸氣旁路。

以上述第一種方案為例說明分輸壓力控制系統的工作過程，正常情況下，安全切斷閥和監控調節閥處于全開位置，由工作調節閥對分輸壓力進行控制。當工作調節閥出現故障，無法控制分輸壓力時，監控調節閥開始工作，繼續保持分輸壓力在安全范圍內。若監控調節閥也出現故障，不能控制分輸壓力時，當達到安全切斷閥的切斷值時，安全切斷閥動作，切斷氣源，以保證下游管道和設備的安全。

1.1 安全切斷閥

安全切斷閥又叫安全截斷閥或緊急截斷閥是分輸壓力控制系統中的安全裝置，采用獨立于監控調節閥和工作調節閥的專用設備，采用自力式結構，采用管道內的天然氣作為動力源。安全切斷閥在正常工作狀態下為常開，一旦分輸壓力達到設定值的上限或下限或接收到ESD命令、關閥命令后，它將自動切斷供氣管路。自動切斷后，它不能遠程打開，只能就地復位后手動打開。安全切斷閥應具備壓力值重新設定的功能，能夠根據要求自行判斷壓力進行切斷保護，應具備切斷報警功能等。安全切斷閥的選擇應按照口徑大小和壓力等級及進出口的壓力比來選擇。

1.2 監控調節閥

監控調節閥可選用高可靠性的自力式調節閥，該自力式調節閥應帶有指揮器。調節閥動力氣源為管道內的天然氣。監控調節閥的壓力設定值往往高于工作調節閥0.1-0.2MPa。監控調節閥應具有良好的降噪功能。

1.3 工作調節閥

工作調節閥多采用電動調節閥，也可采用自力式調節閥。采用電動調節閥時，接收站控系統發出的命令，對壓力或流量進行自動控制。工作調節閥應具有良好的降噪功能，在最惡劣的工況下，距離閥門一米處的噪音應小于85分貝。

1.4 壓力檢測

壓力檢測采用壓力表加壓力變送器的結構，壓力表用于現場壓力調試和壓力對比，壓力變送器用于壓力精確測量和自動控制。

1.5 壓力控制

為了提高分輸壓力控制系統的可靠性和穩定性，結合輸氣流量、壓力、溫度等參數，對分輸管路進行壓力/流量控制。在正常的流量設定范圍之內，分輸壓力控制系統處于壓力調節狀態，控制分輸壓力在規定的范圍內。當供氣流量超過設定值時，分輸壓力控制系統則切換到流量控制狀態，進行分輸流量的限流控制。分輸壓力控制系統具有遠程修改設定值、手動操作的功能。

1.6 PID控制

PID控制是天然氣管道分輸壓力控制系統最常采用的控制方法，傳統的PID控制器為專用控制器，現在更多的是采用站控系統PLC的功能模塊等軟控制器。

在天然氣長輸管道輸氣應用中，常常需要對天然氣分輸壓力和流量同時進行控制，以防止分輸壓力過高給下游燃氣用戶帶來危險，也防止瞬時流量過高影響計量準確度或損壞計量儀表。

2 分輸壓力控制系統選用

對于城市燃氣用戶，如需提供壓力兩級安全保護，在具有穩定的外供電保障時，可采用“安全切斷閥+安全切斷閥+工作調節閥（電動調節閥）”結構的調壓系統；在不具備穩定外供電保障的情況下，宜采用“安全切斷閥+安全切斷閥+工作調節閥（自力式調節閥）”結構的調壓系統。

針對特定的工業燃氣用戶，如需提供壓力兩級安全保護，可采用“安全切斷閥+監控調節閥（自力式）+工作調節閥（電動調節閥）”結構的調壓系統。

針對小型用戶、下游管容小（如背靠背站場，對方設有調壓系統），如需提供壓力兩級安全保護，可采用“安全切斷閥+安全切斷閥+工作調節閥（自力式調節閥）”結構的調壓系統。

對于需要提供壓力一級安全保護的燃氣用戶，應采用“安全切斷閥+工作調節閥”結構的調壓系統。

3 分輸壓力控制系統運行中的常見問題及處理

作為輸氣站中十分重要的關鍵設備和系統，分輸壓力控制系統在輸氣運行過程中會遇到振動、節流造成的冰凍、凍堵甚至冰堵等諸多不利因素的影響，可采取閥門加固、天然氣加熱（電加熱器、水套爐加熱）、外部蒸汽加熱等措施來應對。

輸氣站；分輸；壓力控制；系統PID