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第十一章输气站 1 输气站主要功能包括调压 净化 计量 清管 增压和冷却等 调压 保证输入 输出的气体具有所需的压力和流量 净化 为了脱除固体质杂 以免增大输气阻力磨损仪表设备 污染环境 毒害人体 计量 气体销售 业务交接必不可少的 也是对整个管道系统进行自动控制的依据 清管 是通过发送清管器以清除管内积液和污物或检测管道的损伤 增压 是为天然气提供一定的压能 冷却 使由于增压升高的气体温度降低下来 保证气体的输送要求 2 首站 是干线输气管道的起点 一般在气田附近 开采初期 如果地层压力较高 输气量低 首站可不设压缩机车间 仅靠地层压力输送到第二站甚至第三站 但必须预留压缩机车间位置 首站的功能主要有调压 计量 除尘 发清管器和气体组分分析等 中间站 给气体增压 冷却 收发清管器 如果中间站为分输站 要考虑分输气的调压 除尘和计量等 末站 干线输气管道终点 城市配气起点 实际调压计量站 有调压 除尘 计量 清管器接收 为解决干线输气与城市用气的不平衡 末站设有调峰设施 地下储气库 储气罐 3 二 输气站设置原则 1 应符合线路走向和输气工艺设计的要求 各类输气站宜联合建设 2 输气站位置应符合下列要求 地势平坦 开阔 供电 给排水 生活及交通方便 应避开山洪 滑坡等不良工程地质地段及其它不宜设站的地方 与附近工业 企业 仓库 火车站及其它公用设施的安全距离应符合现行国家标准 原油和天然气工程设计防火规范 的有关规定 3 输气站应设有生产操作和设备检修的作业通道及行车通道 并应有车行道与外界公路相通 4 第二节输气站平面布置 一 输气站分区和基本组成生产区主要作业区辅助作业区生活区 5 输气站主要作业区 压缩机车间 全站核心 设有若干组压缩机 原动机机组 及为机组服务的辅助装置 净化除尘区 设在首站 末站和中间分输站 主要有净化除尘设备 调压计量控制室 主要有调压阀 流量计及标定装置等 清管器收发区 主要有清管器收发筒 空气冷却装置 使出站温度不超过管道防腐层允许的最高温度或提高输气能力 循环阀组 截断阀组 是全站变换流程的操作中枢 消防水池 储油罐区 仪表控制间 6 输气站辅助系统 密封油系统润滑油系统燃料气系统启动气系统供配电系统通信系统保护压气站和输气系统正常运行的自动监测与控制系统和消防系统 7 8 二 输气站布置原则 1 具体地形 地质及气候条件出发 2 根据生产和安全要求 3 统筹安排全站的区块布置 9 输气站的平立面布置应考虑以下几点 1 输气站各建 构 筑物及设备的平面布置应根据工艺流程中天然气的流向来定 应尽量缩短管路长度 避免倒流 减少交叉 管线应采用地上或埋地敷设 不应采用管沟敷设 2 根据流程和设备功能 分区块布置 把功能相同的设备布置在一起成为一个装置区 装置区之间的连接管道敷设应有利于车行道的布置 3 输气站与周围建筑物和站内各建筑物之间的距离必须满足有关安全防火要求 有保证消防 起重和运输车辆通行的道路和必要的检修堆放场地 4 生活区 办公区应布置在全年最小频率风向的下风侧 要作到有利生产 方便生活 力求节约 5 压气站的仪表控制室 维修间和行政办公建筑通常布置在单独或合并在一起的建筑物内 与压缩机房保持一定距离 以减少噪音干扰 6 压缩机房的布置 压缩机在厂房内一般成单排布置 当机组数量多 单排布置使厂房过长时 也可双排布置 两排之间要有足够的距离 对往复式压缩机 其间距应大于活塞杆的长度 对离心式压缩机则必须大于最大起吊部件的尺寸 10 第三节输气站工艺流程 一 选择工艺流程的一般原则1 工艺流程设计时 除增压外还必须考虑排空 安全泄放 越站 清管作业调压计量等功能 尤其要考虑一些站的净化除尘 必须采用高效净化除尘设备 防止机械杂质打坏磨损压缩机的流道和叶片 2 必须适应输气管道全线生产调度要求 能根据总调度的要求调节运行参数 3 应适应压缩机压缩机组启动 停车和调节的需要 使整个过程操作简单 可靠 并尽量减小或避免对其它机组的冲击 4 能够及时进行事故处理 当站内某机组或整个站发生故障时 能立即自动和人工切换流程 紧急停车 启动备用机组和报警 5 合理利用设备 简化流程 缩短管路 操作阀门少 摩阻损失小 站内管道管径选取应将流速控制在20m s以内 全站压降不超过0 1MPa 6 输气站流程应考虑今后改进和扩建的需要 使新机组的安装 投产不影响原来系统的运行和尽量不改变原管路的安装 7 必须设置线路主阀将主干线与输气站隔开 并且为全径型以减少阀门产生压力损失和使清管器通过 该阀靠近主干线一侧应有绝缘法兰隔绝主干线阴极保护电流 11 12 工艺流程图主要反映站的功能和介质流向 要求图形清晰易懂 图中最好对管件和主要设备进行统一编号和说明 13 二 无压缩机车间的输气站工艺流程 输气首站 无压缩机车间 工艺流程 14 输气中间站 无压缩机车间 工艺流程 15 输气末站工艺流程 16 往复式压气站工艺流程图 17 离心式压气站工艺流程 18 19 第四节主要工艺设备简介 一 压缩机及原动机压缩机是管道输气的核心设备 压气站的投资占输气管道总投资的20 25 西气东输一座压气站投资约2亿元人民币 压气站经营费用占总经营费用的40 50 而其中压缩机组的投资占压气站投资的一半以上 压缩机的燃料消耗占压气站经营费用的70 左右 20 1 选择压缩机组的原则1 满足工艺要求 选择的压缩机组应能满足压气站各种工况要求 并适当留有发展余地 先决定压缩机组的类型 再决定机组的型号规格 2 机组应工作可靠 操作灵活 可调范围宽 离心压缩机的稳定工况区宽 调节控制简单 有利实现自动化 3 价格适当 寿命长 安装维修方便 4 热效率高 单位耗能低 5 机组的辅助设备尽可能简单 6 还应考虑机组的制造水平和供货情况以及配件的供应情况 21 往复式压缩机的优点是热效率高 综合绝热效率为75 85 耐久可靠压力范围宽 流量调节方便 缺点是结构复杂 体积庞大 维修工作量大 由于动力不平衡性和气流的脉冲作用 要求设备基础和管道采取抗振措施 易损件多 吸排气阀 活塞环易磨损等零部件更换频繁 往复式压缩机主要用于气田内部和储气库 以及流量不大于8 106m3 d 而压力比要求较高的输气管线上 22 离心式压缩机的优点是排量大 结构简单紧凑 磨损件少 无往复运动 工作时较平稳 无流量脉冲现象 操作灵活 易于实现自动控制 维修工作量原原少于往复式压缩机 缺点是热效率低于往复式压缩机 只能达到75 78 高效工作区范围窄 而且偏离额定工作点越远 效率降低越多 存在喘振工况 离心式压缩机是干线输气管道的主要机型 23 3 原动机的类型和选择用于压缩机驱动的原动机包括电动机 燃气轮机 燃气发动机 蒸汽轮机以及柴油机等 其中 柴油机主要用于移动式小型压缩机 蒸汽轮机一般在有蒸汽的化工厂和炼油厂等使用 在干线输气中主要使用的是燃气轮机 电动机和燃气发动机 24 4 压缩机有关参数选择计算 1 单机压比干线输气管道压气站选用离心式压缩机时 一般应选择单级压缩机 只有当输量波动很小的情况 才可选择两级压缩机 单机压比可在1 2 1 25 当站压比为1 5左右时 可采用两台单级机组串联工作 这种运行方式不仅能满足负荷变化要求 而且可使两台机组均在较高的效率下工作 荷兰气体联合公司干线管网共设6座增压站 全部离心式机组的单级压比均不大于1 23 国内琼 深输气管线基本设计中采用的单级压比约为1 18 忠 武线采用的单级压比为1 2 西气东输设计采用的站压比为1 4 25 2 压缩机台数选择在决定压气站压缩机台数时应该考虑两个问题 备用系数和工况变化范围 在工况稳定的前提下一个压气站运行的机组数越少 总效率高 总功耗就越少 运营费用就省 但相对的备用系数大 基建投资高 例如一开一备的运行方式最省功 但备用系数为100 机组投资增加一倍 如果三开一备 总功耗要高于前者 但备用系数为33 机组投资也只增加1 3 一般认为备用系数在20 30 较为经济 压气站压缩机运行台数组合应适应流量变化情况 如果选择两台或几台组合运行 则可以根据工况变化情况增减运行台数 调节方便 且使每台机组都能在高效区工作 另外 在选择压缩机台数时 还应考虑机组的可靠性和维修工作量 26 3 压缩机轴功率的计算 往复式压缩机 离心式压缩机 27 二 阀门 阀门是输气管道不可或缺的控制设备 按用途分为切断阀 闸阀 截止阀 旋塞阀 球阀 蝶阀 隔膜阀等 止回阀 调节阀 分流阀 安全阀等 28 1 切断阀1 干线切断阀在天然气干线上 通常采用的切断阀为球阀和平板阀 这两种阀门全开时压力损失小 两者相比 球阀开关速度快 密封性能好 高度低 便于操作管理 但球阀体积大 结构复杂 干线切断阀的驱动方式有电动 气动 电液联动和气液联动等 各种驱动装置上往往同时配有手动机构 以备基本驱动机构失灵时使用 干线切断阀应注意能够使清管器通过 2 站场切断阀输气站场使用的阀门除球阀和平板阀外 过去使用最多的是楔式闸阀 近年来开发了差压油密封楔式弹性闸阀 由于电动阀门结构简单 操作灵活 易于实现自动化控制 因此站场阀门多采用电动驱动方式 全自控站场均采用电动驱动 29 2 调压阀调压阀相当于一个可以调节的节流元件 主要用于天然气输配气系统的压力调节 使输出压力稳定 自力式调压阀的特点是不需外来能源作动力 依靠被调介质本身所具有的压能进行调节 是目前使用最广的调压阀 30 3 安全阀安全阀是防止管道或承压设备超压 保证人身安全的关键设备 当管道或承压设备内的压力超过规定值时 安全阀自动泄压 将气体排入放空管 安全阀种类很多 在天然气生产过程中应用的主要有弹簧式和先导式安全阀两种 弹簧式安全阀按其阀盘升启高度的不同可分为全启式和微启式两种 微启式安全阀泄放量小 全启式泄放量大 回座性能好 故在输气站上应选用全启式 31 2 先导式安全阀主要特点是压力感测元件由原来的弹簧变为压力传感器 先导阀 提高了阀的灵敏度和精度 此外 主阀采用笼式套筒阀芯和软密封结构 确保阀芯起跳后正确复位和关严 克服了弹簧式安全阀关闭不严而导致天然气长期泄漏和过量排放的弊病 32 三 清管设备 在天然气长输管道建设和运行中 清管是一项非常重要 同时也是非常有风险的作业 清管设备是管道在施工和运行中需要的设备之一 33 一 清管意义 对于新建管道来说 施工作业遗留物较多 管道打压试验时遗留的水比较多 清管的主要目的是清除管道内的水以及施工遗留物 如果这些杂物不清除 会堵塞下游的过滤器和阀门 损坏压缩机 天然气中一般含有H2S和CO2等酸性气体 水的存在会加速管道腐蚀 同时易形成水合物 造成管道和设备的堵塞 对安全造成威胁 对于新建管道 经常在投产前用测径清管器对管道椭圆度和管道内表面的凸凹不平进行测量 作为管道完整性管理的原始资料 34 对已经投产运行的管道 清管的主要目的是清除FeS铁粉 提高管壁光洁度和管输效率 对运送湿气的管道 通过清管可以清出管道内的水 对于从气田或地库出来的管道 通过清管可将轻烃等凝析液排出 在管道运行过程中 对管道进行内腐蚀检测和泄漏检测非常必要 35 二 清管器收发装置 清管器收发装置包括收发筒及快速开关盲板 工艺管线 阀门和清管器通过指示器等设备 36 清管器收发筒直径应比管道公称直径大1到2级 发送筒的长度应不小于筒径的3 4倍 接收筒除了考虑接纳污物外 有时还应考虑连续接纳两个清管器 其长度应不小于筒径的4 6倍 清管器收发筒上应设置平衡管 放空管 排污管 清管器通过指示器 快开盲板 在接收筒上 平衡管接头应靠近清管器接收筒口的入口端 平衡管管径应为主管道直径的1 4 1 3 放空管接在上部 排污管接在下部 在发送筒上 平衡管接头应靠近盲板 清管器通过指示器应安装在发送筒的下游和接收筒入口处的直管段上 快开盲板应方便清管器的快速通过 不应正对间距为 60m的居住区或建 构 筑物 并应有压力安全锁定装置 以防当收发筒内有压力时被打开 37 使用清管球的收发筒可朝球的滚动方向倾斜8 10 多类型清管器的收发筒应当水平安装 收发筒离地面不应过高 以方便操作 大口径收发筒前应有清管器吊装工具 接收筒前应有清洗排污坑 排出的污水应储存在池内 进行收集处理 不得随意排放 38 清管器收发筒隔断阀的作用是将主干线与收发筒隔断 如果主干线一侧没有安装干线隔断阀 则收发筒隔断阀靠主干线一侧安装绝缘法兰 以隔绝主干线与收发筒和阀门间的阴极保护电流 清管器隔断阀必须是全径阀 以保证清管器的通过 而且最好选用球阀 39 连接清管器装置的导向弯头半径必须满足清管器通过的要求 普通清管器一般弯头的最小半径等于管道外径的3倍 多功能型清管器长度更长 因此需要更大的弯头半径 40 三 清管器 传统的清管器已有100多年的历史 从简单到复杂 目前发展到300多个种类 清管器主要分为3大类 清管球 机械清管器 用于管道检测的清管器 41 清管球 常用的清管球由橡胶制成 中空 壁厚30 50mm 球上有一个可以密封的注水排气孔 注水孔有加压用的单向阀 用以控制打入球内的水量 从而控制球对管道的过盈量 42 皮碗清管器 皮碗按形状分为平面 锥面和球面3种 皮碗清管器是由一个刚性骨架和前后两节或多节皮碗构成 它在管内运行时 能够保持着固定的方向 所以能够携带各种检测仪器和装置 皮碗清管器有多道密封 密封性能好 钢刷为其清理工具 43 直板清管器 直板清管器的主体骨架和皮碗清管器基本相同 直板主要分为支撑板 导向板 和密封板 其形状为圆盘 支撑板的直径比管道的内径略小 密封板相对管道内径要有一定的过盈量 直板清管器最大的优点是可以双向运动 其清除管道杂物的能力较强 在管道投产前期最好用直板清管器 一旦发生堵塞等情况 可进行反吹解堵 44 测径清管器 测径清管器主要用来检测管道内部的几何形状 它通过一组传感器将管道内径的变化记录在主体内的记录器中 包括管道焊缝的焊透性情况 椭圆度以及不平度等 测径清管器的主体结构紧凑 直径大约为管道内径的60 皮碗的柔性较好 可以通过缩孔15 的孔洞 通过测径清管器的测量 提供管道状况的原始数据 为管道维修和清管提供相关依据 在智能清管之前 我们经常先发测径清管器 确定管道内部状况 检测管道的通过能力 45 泡沫清管器 泡沫清管器主要由多孔的 柔软抗磨的聚氨酷泡沫制成 其长度为管径的1 75 2倍 泡沫根据密度分为低密度 中密度和高密度 用低密度泡沫做成的清管器主要用来吸收液体 干燥管道 目前国内应用较多 中密度泡沫用来制作干燥 脱水以及清扫管道的清管器 高密度泡沫制作的清管器可以清除管内沉积的杂质和其他比较难除的杂质 泡沫清管器可收缩 柔性好 对管道和阀门等设备的损伤小 通过能力强 堵塞可能性低 管道振动小 安全系数高 但只能一次性使用 运行距离较短 46 漏磁检测清管器 管道在运行过程中常受到化学腐蚀 细菌腐蚀 应力腐蚀和氢脆等的影响 导致管道破裂 造成很大损失 及早发现管道的腐蚀缺陷并加以防范和更换非常重要 通过漏磁检测可以确定管道内外壁的缺陷位置 面积以及严重程度 其基本原理是在管道截面充满磁场 利用置于磁极之间的传感器感应磁场泄漏和偏移 从而确定金属损失的面积 47 48 四 清管器收发操作 49 50 51 52 五 注意事项 首次清管时 应选择清管球 因为清管球可将管道内的大部分水清出 同时清管球的通过能力较强 被卡住的可能性小 发直板清管器的目的是清除管道内较大的固体物质 同时 如果卡住也可以反吹 组合发放的目的是进一步清除管道内的水 提高清管效果 节省费用 缩短工期 53 54 55 第五节天然气流量计量 一 测量分类 1 精确计量 能保证在输气监测站上进行公平公正的交易 有效地管理天然气的供给和消费 控制天然气的库存量 最大限度地降低输差 避免输气监测的争端 提高服务质量 2 实时计量 有助于输气公司优化管线的运营 最大限度地提高系统的生产能力 对市场变化作出快速反应 3 经济计量 符合效益最大化的经营理念的要求 天然气计量系统的投资和运行维护费用决定了天然气计量的成本 采用先进的计量技术是降低天然气计量成本的重要途径 56 二 天然气流量计量的特点 1 流动状态直接影响流量测量的精度 由用气量 阀门开关 压缩机的启停等原因都会导致天然气压力和流量的波动 尤其是管路中带有往复式压缩机 流量压力是脉动的 这对流量测量的准确性都会有影响 2 天然气的组分是变化的 不同流体的物理和化学性质对测量仪表的要求不同 而天然气是一种产自地下的混合气体 不同气田 或油气田 油田 同一气田不同区块 不同气井 不同开采时期以及在天然气处理 集输过程中 其组分都会不同或发生变化 而且天然气含水和腐蚀性组分等 都对流量测量仪表本身和修正提出了要求 3 目前天然气流量测量应用最多的是标准孔板流量计 天然气流过流量计产生压力损失 力求减少流量计的压力损失或实现非接触式流量测量是发展方向 4 由于天然气的可压缩性 体积流量应规定所处状态 我国通常采用的是所谓的工程标准状态 压力1 01325 105Pa 温度293 15K 5 天然气是易燃易爆气体 在选用配套电气仪表时必须采用防爆型或本安型 确保测量系统乃至整个输气系统的安全 57 三 流量测量方法及仪表 天然气流量测量方法 按测量参数可分为容积流量 质量流量和能量流量三种 质量流量在国内只是用容积式流量计与密度计组合的间接测量 国外已成功开发出动量式 惯性力式和哥氏力式等直接测量质量流量仪表 能量流量测量是直接测量天然气流过的热量的多少 用户使用燃气与组分无关 按热量多少取费 更具有科学性和经济价值 是未来计量发展的趋势 在我国天然气计量中也尚未应用 58 1 孔板流量计 原理 是以流量守恒定律和流动连续性方程为基础 当气体流经节流装置时 流束在孔板处形成局部收缩 从而使流速增加 静压力降低 在孔板前后产生静压力差 差压 气流的流速越大 孔板前后产生的差压也越大 从而可通过测量孔板前后差压来计量天然气流量 优点 适用于较大口径管道的计量 结构简单 安装容易 无可动部件 性能可靠 耐用 应用历史悠久 标准规定最全 按标准制造的孔板不需要标定 价格便宜 缺点 压损大时不适宜长输管线计量 量程比小 前后直管段要求长 占地面积大 输出信号为模拟信号 重复性不高 对整套流量计的精度影响因素多且错综复杂 很难提高测量精度 59 2 涡轮流量计 原理 利用气体推动流量计转子转动 通过测转子转动次数来计量气体流量 优点 测量精度高