燃?xì)庹{(diào)壓站安全保護(hù)裝置的設(shè)置及壓力設(shè)定

上海飛奧燃?xì)庠O(shè)備有限公司 王羽中 張飛飛 施漢龍

港華投資有限公司 劉 楠

在燃?xì)庹{(diào)壓站設(shè)計(jì)中，基于供氣的安全性和供氣的持續(xù)性等因素，如何設(shè)置調(diào)壓站的安全保護(hù)裝置及設(shè)定壓力是一個(gè)難題。在采用多重安全保護(hù)裝置的系統(tǒng)中，各安全保護(hù)裝置的設(shè)定壓力怎么確定；安全保護(hù)裝置的設(shè)定壓力與管道設(shè)計(jì)壓力之間的關(guān)系怎么考慮；是否需要降低各設(shè)備的設(shè)定值以滿足管道設(shè)計(jì)壓力的限制要求；降低各設(shè)備的設(shè)定值引起的管網(wǎng)儲(chǔ)氣調(diào)峰能力的下降，管網(wǎng)的供氣能力下降如何解決等，都是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1 國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

燃?xì)庹{(diào)壓站安全保護(hù)裝置的設(shè)置及壓力設(shè)定，主要遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（2020年版）規(guī)定：“6.6.10 調(diào)壓站（或調(diào)壓箱或調(diào)壓柜）的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：5 在調(diào)壓器燃?xì)馊肟冢ɑ虺隹冢┨帲瑧?yīng)設(shè)防止燃?xì)獬隹趬毫^高的安全保護(hù)裝置（當(dāng)調(diào)壓器本身帶有安全保護(hù)裝置時(shí)可不設(shè)）。6 安全保護(hù)（放散或切斷）裝置啟動(dòng)壓力應(yīng)根據(jù)工藝要求確定，當(dāng)工藝無特殊要求時(shí)應(yīng)符合下列要求”，其中對(duì)安全保護(hù)（放散或切斷）裝置啟動(dòng)壓力的規(guī)定，等效于美國聯(lián)邦法規(guī) CFR49-192.201《氣體管輸最低安全標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。

（2）GB 50251—2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“8.4.3 當(dāng)壓力控制系出現(xiàn)故障會(huì)危及下游供氣設(shè)備安全時(shí)，應(yīng)設(shè)置可靠的壓力安全裝置。壓力安全裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定”，等效于歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CEN）的EN 12186—2014《氣體應(yīng)用系統(tǒng)——用于輸送和分配的氣體調(diào)壓站 功能需求》。

（3）GB 150—2011《壓力容器》規(guī)定：“B.4.7 裝有安全閥時(shí)，容器的設(shè)計(jì)壓力按以下步驟確定”。

2 國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的比較

下面詳細(xì)說明以上標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)安全保護(hù)裝置的設(shè)置問題和安全保護(hù)裝置壓力的設(shè)定問題。

2.1 安全保護(hù)裝置設(shè)置

安全保護(hù)裝置應(yīng)保證下游壓力（此處所說的下游系統(tǒng)應(yīng)包括下一個(gè)壓力邊界前的所有管線）在設(shè)定范圍內(nèi)，不超過允許值。然而在調(diào)壓系統(tǒng)失靈的情況下，安全裝置應(yīng)自動(dòng)工作防止下游壓力超過允許值。

安全保護(hù)裝置的設(shè)置根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，匯總見表1。

表1中的安全保護(hù)裝置按照結(jié)構(gòu)型式可分為非排放式的切斷閥、非排放式的監(jiān)控調(diào)壓器、排放式的安全閥（全流量）。排放式的放散閥（微流量）作為管路系統(tǒng)的呼吸或熱膨脹閥，僅僅保障系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，不作為安全保護(hù)裝置設(shè)置。

表1 安全保護(hù)裝置的設(shè)置規(guī)定

從系統(tǒng)安全角度，應(yīng)該優(yōu)先選擇切斷閥和安全閥；從持續(xù)供氣角度，應(yīng)該優(yōu)先選擇監(jiān)控調(diào)壓器和安全閥；從環(huán)保的角度，應(yīng)該優(yōu)先選擇非排放式的切斷閥和監(jiān)控調(diào)壓器，不適合用全流量排放的安全閥。

從環(huán)保角度，如果安全閥的設(shè)定值介于調(diào)壓器和緊急切斷閥之間，則在調(diào)壓器故障的狀況下，優(yōu)先選用排放式的安全閥，其次再是非排放式的緊急切斷閥。

（1）切斷閥+調(diào)壓器+安全閥（全流量）。考慮到環(huán)保問題，同時(shí)也參照GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（2020年版）的要求“當(dāng)調(diào)壓器本身帶有安全保護(hù)裝置時(shí)可不設(shè)”，所以不建議這種形式。

（2）切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器。對(duì)于長(zhǎng)輸和城鎮(zhèn)燃?xì)膺\(yùn)行壓力上下游壓差＞1.6 MPa的調(diào)壓站，或?qū)τ诒容^重要的輸氣和配氣的調(diào)壓站（如分輸站、門站），應(yīng)優(yōu)先選擇“切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器”的形式來保障供氣系統(tǒng)的安全性和持續(xù)性。

（3）切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）。對(duì)于其他配氣和用氣環(huán)節(jié)的調(diào)壓站建議采用“切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）”的形式，調(diào)壓出口位置不配置全流量放散的安全閥。注意現(xiàn)有的放散閥（微流量）是作為管路系統(tǒng)的呼吸或熱膨脹閥，其設(shè)定值應(yīng)在調(diào)壓器和切斷閥設(shè)定值之間。放散閥（微流量）應(yīng)選用調(diào)節(jié)性的，閥的開啟高度和入口的壓力是成等比例關(guān)系的，快開快關(guān)，不存在較大的回座壓力造成系統(tǒng)的持續(xù)放散；不能選擇爆開動(dòng)作的安全閥，避免回座時(shí)大量的排放或不能正常回座關(guān)閉。

2.2 安全保護(hù)裝置壓力的設(shè)定

安全保護(hù)裝置壓力設(shè)定根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，匯總見表2。

現(xiàn)階段壓力管道級(jí)別的劃分是參照了歐盟的EN 12186—2014的規(guī)定，參照了壓力管道分級(jí)的形式（MOP），但是完全沒有引用工作調(diào)壓器壓力峰值（OP Peak），監(jiān)控調(diào)壓器暫時(shí)運(yùn)行壓力（TOP），緊急切斷閥偶然性最大壓力（MIP）的概念和系數(shù)，沒有對(duì)調(diào)壓裝置下游系統(tǒng)壓力保持在所需的范圍進(jìn)行要求。

3 應(yīng)用實(shí)例

相關(guān)國標(biāo)綜合了美標(biāo)和歐標(biāo)。按照美國的全流量排放系統(tǒng)規(guī)定了安全閥和緊急切斷閥的設(shè)定值；按照歐洲的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了壓力管道的級(jí)別劃分；在工藝流程圖設(shè)計(jì)中遵循的 GB 50251—2015參照 EN 12186—2014的規(guī)定，選擇了非排放式的各類安全保護(hù)裝置（即緊急切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器），同時(shí)又在調(diào)壓后設(shè)置了排放式的全啟式的安全閥。

所有的這些安全保護(hù)裝置（緊急切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器、安全閥），都要遵循GB 50028—2006（2020版）中6.6.10（6）的規(guī)定的一個(gè)值。對(duì)于同時(shí)存在多個(gè)安全保護(hù)裝置的值互相之間的關(guān)系和設(shè)定方法，GB 50028—2006（2020版）中沒有具體的規(guī)定。從表 2中可以看出EN 12186—2014中規(guī)定了不同安全保護(hù)裝置之間設(shè)定的系數(shù)關(guān)系，所以不同安全保護(hù)裝置的壓力設(shè)定一般遵循EN 12186—2014的規(guī)定。

表2 安全保護(hù)裝置壓力設(shè)定

3.1 切斷閥+調(diào)壓器+安全閥（全流量）的壓力設(shè)定

以調(diào)壓站出口管道壓力為中壓A為例來說明調(diào)壓站的壓力設(shè)定問題。當(dāng)調(diào)壓出口壓力設(shè)定值為0.36 MPa時(shí)，考慮調(diào)壓精度和緊急切斷閥的切斷精度，為保障自力式調(diào)壓器自動(dòng)切換的功能，對(duì)于兩路一用一備的調(diào)壓器，其壓力設(shè)定見表3。

表3中的設(shè)定值是考慮先用非排放式的切斷閥動(dòng)作作為第一重安全保護(hù)裝置。當(dāng)切斷閥也出現(xiàn)故障，安全閥作為第二重安全保護(hù)裝置進(jìn)行全流量排放，故安全閥壓力一般設(shè)置為1.05×0.45=0.47 MPa（系數(shù)按照GB 150—2011中規(guī)定的1.05選取）。

表3 切斷閥+調(diào)壓器+安全閥（全流量）組合的調(diào)壓路壓力的一般設(shè)定（EN 12186/GB 50251）MPa

現(xiàn)有的安全閥整定壓力超過了中壓 A管道的設(shè)計(jì)壓力0.4MPa，不符合要求，要求整改，重新整定壓力。如果為保證切斷閥的設(shè)定壓力和安全閥的整定壓力不要超過下游管線的設(shè)計(jì)壓力，則需要調(diào)整調(diào)壓器的壓力設(shè)定，調(diào)整后的壓力設(shè)定見表4。

表4 切斷閥+調(diào)壓器+安全閥（全流量）組合的調(diào)壓路壓力的設(shè)定（CFR 49-192.201/GB 50028）MPa

3.2 切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器的壓力設(shè)定

對(duì)于門站、高中壓站、分輸站這些要求采用“切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器”形式的調(diào)壓站，設(shè)定壓力會(huì)進(jìn)一步降低。一般的設(shè)置方式見表5。

表5 切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器壓力的一般設(shè)定（EN 12186/GB 50251）MPa

保證切斷閥的設(shè)定壓力和安全閥的整定壓力不要超過下游管線的設(shè)計(jì)壓力設(shè)置見表6。

表6 切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器壓力的設(shè)定（CFR 49-192.201/GB 50028）MPa

3.3 切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）的壓力設(shè)定

一般的設(shè)置方式見表7。

表7 切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）壓力的一般設(shè)定（EN 12186/GB 50251）MPa

保證切斷閥的設(shè)定壓力和安全閥的整定壓力不要超過下游管線的設(shè)計(jì)壓力設(shè)置見表8。

表8 切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）壓力的設(shè)定（CFR 49-192.201/GB 50028）MPa

從表4、表6、表8可以看出，為了滿足安全保護(hù)裝置壓力不超過0.4 MPa，調(diào)壓器出口壓力只能分別設(shè)置為0.300 MPa、0.295 MPa和0.320MPa。壓力降低的結(jié)果是降低了管網(wǎng)儲(chǔ)氣調(diào)峰的能力，降低了管網(wǎng)的儲(chǔ)氣和供氣能力。

根據(jù)GB/T 20801—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》中的描述：“4.2.3.4 超過設(shè)計(jì)條件的壓力偶然變化應(yīng)限制在下列任一范圍：a）變動(dòng)幅度不大于33%，每次變動(dòng)時(shí)間不超過10 h，且每年累計(jì)變動(dòng)時(shí)間不超過 100 h；b）當(dāng)波動(dòng)自限（例如壓力泄放）時(shí)，在每次變動(dòng)時(shí)間不超過50 h，且每年累計(jì)變動(dòng)時(shí)間不超過500 h條件下，壓力額定值變動(dòng)幅度不大于20%”。

調(diào)壓站安全保護(hù)裝置的偶然變化時(shí)間中，安全裝置緊急切斷閥的動(dòng)作時(shí)間僅為1 s，監(jiān)控調(diào)壓器介入頂替工作的時(shí)間僅為3 s，安全閥的排放時(shí)間僅為15～30 min（考慮現(xiàn)場(chǎng)的人員的介入），所以安全裝置偶然動(dòng)作的時(shí)間是在GB/T 20801—2020 4.2.3.4規(guī)定范圍內(nèi)，也就是安全保護(hù)裝置的偶然變化產(chǎn)生的超壓是可以超過設(shè)計(jì)條件的壓力的。另外綜合考慮下游的管道嚴(yán)密性試驗(yàn)是1.15倍設(shè)計(jì)壓力@24 h，水壓或氣壓強(qiáng)度試驗(yàn)是1.5倍設(shè)計(jì)壓力@1 h，故即使照緊急切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器或者安全閥的整定壓力超過壓力管道級(jí)別的設(shè)計(jì)壓力也不存在問題。

3 結(jié)語

綜上所述，對(duì)于上下游壓差＞1.6 MPa的調(diào)壓站，優(yōu)先選用“切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器+放散閥（微流量）”的設(shè)置方式；對(duì)于上下游壓差≤1.6 MPa的調(diào)壓站，優(yōu)先選用“切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）”的設(shè)置方式。對(duì)于安全保護(hù)裝置壓力設(shè)定，從安全、可持續(xù)和環(huán)保角度出發(fā)保證管網(wǎng)的儲(chǔ)氣和供氣能力，建議按照GB 50251—2015標(biāo)準(zhǔn)附條文說明，即按照EN12186—2014執(zhí)行。