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摘要：输气管道分输站调压系统的安全设计对于分输站及其后路管道系统的安全运行具有重要意义。论述了分输站调压流程及其阀门的选择原则，分析了调压节流过程温降的影响，讨论了消除调压节流过程温降影响各种措施的优缺点和适用范围，并总结了调压系统安全设计的注意事项。
关键词：调压系统；安全；调压流程；阀门选择
1 调压流程阀门的选择
1.1 安全切断阀
安全切断阀作为压力调节系统中的安全装置，应采用独立于监控调压阀和工作调压阀的专用设备。安全切断阀在正常工作状态下为常开，一旦系统的压力达到设定值的上限或下限，它将自动切断供气管路。自动切断后，它不能自动打开，只能就地手动打开。安全切断阀应选用高可靠性的自力式阀门，阀门的材质及耐压等级应符合其安装处的工艺条件及现场的环境要求。安全切断阀在正常工作时长期处于全开状态，驱动阀门关断的驱动部件应有稳定的保护措施，对于管道正常工作所产生的振动不应引起驱动部件的松懈或动作，从而导致安全切断阀产生误动作。
1.2 监控调压阀
监控调压阀应选用高可靠性的自力式调压阀，该自力式调压阀应是带有指挥器的调压阀。阀体、阀内件及密封件的材质及耐压等级应符合调压阀安装处的工艺条件及现场的环境要求。监控调压阀的指挥器动力源取自阀门的上游，为保证调节精度及指挥器的使用寿命，在指挥器的入口处应随设备带有精细过滤器。监控调压阀在结构上宜选用流通能力大的轴流式阀门，阀芯套筒和阀座应该采用耐冲刷材料，其调节范围应在最大流通能力的5%～100%之间。当阀门出现故障时，应处于关闭位置。
1.3 工作调压阀
根据工作调压阀的动力源不同，工作调压阀可分为自力式工作调压阀和电动（或气动）调压阀。自力式调压阀的调节反应快速，但是出气压力有小幅的波动，适用于气源不太稳定、出口压力要求不是特别严格的场合；电动（或气动）调节阀调节精度高，但是动作时间较长，适合气源波动不频繁，出口压力要求精度高的场合。根据G B50251-2003《输气管道工程设计规范》第8.4.3条，一般情况下，由于自力式调压阀具有结构简单、维护方便、流通能力大、国内产品已基本形成系列，有成熟的使用经验等优点，工作调压阀应采用自力式调压阀。但是采用自力式调压阀，一般只能就地人工改变压力设定点。当希望能在站场控制室内或管道系统调度控制中心改变输气压力时，可以在自力式调压阀基础上附加电动指挥控制器；在未加指挥控制器时与自力式调压器工作原理完全相同，当需要远程改变设定点时，通过电气信号使控制器电动机正转或者反转从而改变弹簧压紧力来改变调压阀控制的下游压力。用户可根据控制功能的要求、站场环境条件、使用习惯等条件进行选择。
2 调压节流过程温降的影响与消除
输气管道分输站调压系统绝热节流的后果是气体温度的降低，温度降低的程度由压力降的大小确定。从计算的结果和实际测量的结果表面，高压天然气的温度降一般为3～5K/M Pa。可见，当10M Pa的天然气调压节流至4M Pa时的温度降低是十分明显的。天然气温度的降低，可导致天然气水合物的生成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在高压、低温下天然气水合物聚集在管壁上，从而增加流体流动阻力，甚至堵塞管道，造成局部冻堵现象，而且被高速气流夹带，造成对设备的撞击和震动，严重影响分输站的安全运行。天然气水合物通常容易在节流阀、阀门关闭不严处以及管道弯头等地方生成。天然气温度的降低，还可因为天然气在流动过程中通过管道向周围环境吸热，若管道地上敷设，在周围环境湿度较大时，将会在节流后的管道外壁出现水蒸气冷凝，加剧地上敷设管道外壁的腐蚀；若管道埋地敷设，若管道周围土壤湿度较大时，可导致埋地管道周围含水土壤膨胀，对埋地管道产生冻胀作用，增加埋地管道应力水平。天然气温度降低，还可能导致后路管道材质不能满足低温要求而发生冷脆现象，导致管道脆性断裂，从而影响输气管道的安全运行。
为避免由于绝热节流产生的焦耳-汤姆逊效应带来的不利后果，设计上一般根据绝热节流前后的压差以及绝热节流后管道周围环境条件来判断绝热后果的严重程度，从而针对性地采取相应措施。这些针对措施主要是绝热节流前的预加热，常用的加热设备包括水套炉、真空炉、热媒炉及电加热器。各种加热设备特点如下：（1）水套炉是将天然气加热盘管置于水浴中，将盘管中的天然气直接加热，水浴温度可在50～100℃范围内变化。其特点是：热负荷弹性大，结构简单，但占地较大、会产生结垢，根据以往工程经验，一般适用于负荷200～2000kW的工况。（2）真空炉是将加热盘管置于温度90～99℃的气相空间中，利用微负压状态的水蒸气通过盘管将热量传递给被加热介质。其特点是加热效率高，结垢少，体积较小，但只能通过真空度来调节热负荷，热负荷变化范围和操作弹性相对较小，主要适用于加热负荷2000kW以上，变化范围较小的工况。（3）热媒炉先将热媒加热到200～350℃，再通过换热器实现热媒与盘管中的天然气换热。其加热效率高，且为间接换热，安全性相对较高。但系统较复杂，包括储油罐、注油泵、膨胀罐、油气分离器、换热器、循环泵、热媒炉几部分，运行操作较复杂，占地较大，设备投资约为水套炉及真空炉的2倍。热媒炉主要适用于原油及天然气处理厂等需要较大热负荷的工况（负荷3000kW左右）。（4）热媒油电加热器是一种新型、安全、高效节能，低压（常压下或较低压力）并能提供高温热能的加热设备，是当前国际最为常见也是使用最为普遍的一种电加热元件。该加热器热量是由浸入热媒油的电加热元件产生和传输的，电加热器的加热元件先将热媒油加热，再将热量传递给换热管，换热管将热量传递给进入到壳体内介质，从而将介质加热，容易实现温度控制。一般适用于负荷较小（2000kW以下）的工况。其与水套炉、真空炉、热媒炉相比具有以下特点：①运行压力低。液相输送热能，能在较低的运行压力下，获得较高的工作温度，热载体较水的饱和蒸汽压力小70～80倍，一般供热运行压力为≤0.3M Pa。②加热温度高。电加热器供热温度可达280℃；加热温度自动化控制，灵敏度高，供热稳定。③安全可靠。电加热器具备完善的运行控制和安全监测装置，操作简便，安全可靠。④环保型设计。电加热器以电代煤，节省投资，环保无污染，加热升温快，热效率高，高效更经济。在具体设计时，设计单位可根据需要的热负荷、投资等条件优选加热设备。
3 设计时应注意的几个问题
3.1在进行阴极保护的管道上安装仪表时（根据A Q 2012-2007《石油天然气安全规程》第7.3.5条，输气站内的埋地管道应实施区域性阴极保护），应采取有效的绝缘措施，防止阴极保护电流的泄漏，同时也可防止仪表损坏。
3.2调压阀的结构必须采用能承受大差压、低噪音的结构，在下游管段安装消音器，以减少由于流速过快引起的噪音、振动、冲刷等对调节阀本身、管网及下游其他设备的危害。
3.3建议在安全切断阀前安装流量计，将流量传输到控制器，参与调压系统的精确控制。
3.4设计时，注意考虑调压指挥器以及控制管路的保温，避免因冰堵造成控制失灵，酿成事故。
结束语
调压系统是输气管道分输站保证分输下游管道安全性、可靠性的重要措施。同时调压过程可以近似看作是一个绝热膨胀过程，由于焦耳—汤姆逊效应，节流后的天然气温度将下降，可能导致调压系统后路埋地管道由于生成天然气水合物、周围土壤的冻胀作用以及管道材质不能适应低温等原因而发生事故。因此，输气管道分输站调压系统的安全设计尤为重要。
参考文献
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论文作者:胡月
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/3
标签：管道论文; 热媒论文; 调压阀论文; 天然气论文; 压力论文; 温度论文; 阀门论文; 《基层建设》2017年第33期论文;