炼厂天然气调压站设计方案的确定

屈 威，刘亚贤，祝春强

(1.中国石油天然气集团公司广西石化公司储运一部，广西 钦州 535008；2. 中国石油华南化工销售公司钦州调运分公司，广西 钦州 535000)

设备与自控

炼厂天然气调压站设计方案的确定

屈 威1，刘亚贤2，祝春强1

(1.中国石油天然气集团公司广西石化公司储运一部，广西 钦州 535008；2. 中国石油华南化工销售公司钦州调运分公司，广西 钦州 535000)

天然气以CNG的形式由外部管输进入炼厂，要加以使用，需设置调压站进行调压至使用压力。以安全有效为原则，对调压站工艺流程认真研究，对影响安全、平稳运行的各种因素加以认真分析，确定可靠、有效的方案，保证调压站高效、安稳长运行。

天然气；调压站；冰堵；凝析；加热器；回路；放散阀；控制阀

1 炼厂天然气调压站方案确立的原则

目前，在世界范围内的能源供应中，天然气以约每年12%的高速增长，在如此快速发展的情况下，炼化企业利用该能源具有更加明显的优势。天然气的热值能够满足炼厂作为燃料的要求。炼厂拥有独立的燃料气管网，只需将天然气降压到炼厂燃料管网压力引入即可使用。这就需要在天然气输送管道与炼厂燃料气管网之间设立调压站，其作用是将前一级较高的进口压力调节至下游所需的压力，并能抵御波动的进口压力及流量变化干扰，保持出口压力为某一恒定值[1]。天然气调压站设立的原则是：安全，可靠/有效，高效。其中高效是成本最低产出最大化，因此调压站设计方案的确定始终以此为主线。

2 调压站方案的确定

2.1调压站压力控制系统的配置

设计规范对调压站压力控制系统的配置一般为：(1)安全切断阀+监控调压阀+工作调压阀；(2)安全切断阀+安全调压阀+工作调压阀；(3)安全切断阀+工作调压阀。

用户也可以根据实际要求选择其中一种或多种形式，因此调压站的压力控制系统要根据实际情况适当增加一些相应的设施，确保工艺运行灵活，系统安全。

2.2影响系统运行的因素

2.2.1 介质物性

我国天然气用量缺口较大，今后一段时间里天然气的使用将会是多产地天然气混合使用的情况。不同产地的天然气物性不尽相同，尤其是重要的指标如水露点、烃露点、组分中C1～C4摩尔百分比等。炼厂作为终端用户有时无法控制和及时了解混合气的物性变化，可能出现游离水的产生、天然水合物（又称可燃冰）的生成等，结果将造成调压阀“冰堵”现象及对管线的腐蚀，影响生产装置燃料的供给，严重的会危及炼厂安全。

在降压过程中，如果压力降过大，由于焦耳-汤姆逊效应，介质温度可能低于天然气烃露点，产生天然气水合物[2]。天然气中杂质H2S、CO2、N2和O2等可促进水合物生成，因此输送以甲烷为主的CNG经调压站降压时，必须防止天然水合物的形成以确保调压设施运行平稳。

2.2.2 调压站的运行设备

调压站中的相关设备对其运行有较大影响。

(1)过滤器。在进入调压器前设置过滤器是防止杂质堵塞调压器，避免整个调压站的失灵。调压站中的调压器一般采用自力式调压器，要求杂质颗粒直径小于20μm即可，因此调压站入口设置的过滤器过滤精度为20μm，可减少进气压力降同时避免因过高的过滤精度而带来的过滤器造价的提高。

(2)阀门限流。天然气经节流后会出现降压膨胀产生降温的现象，被称之为节流效应[3]。为防止在阀门处出现节流情况，要求所有阀门阀体包括调压阀、切断阀、监控调压阀等，工称直径与进口法兰保持一致，不能使用缩径阀体，防止发生温降出现水合物现象。

(3)加热器。天然气在输送调压过程中最有害的情况是水合物的形成。天然气冰堵的条件是：低温高压，有适量的水（不一定是游离水），存在水合物形成体。另外阀门节流、气体高速搅动、游离水、硫化物、CO2等会促进水合物形成“冰堵”。冰堵现象在调压站中最容易形成的部位是调压阀门。同时多种天然气混输时存在多组分体系，在调压站等温降压过程中会出现液体凝析现象即反凝析现象（也称逆变现象）[4]。

由此要保证调压站的安全平稳运行，将天然气进入调压站的温度提高到调压后也高于水、烃露点，就可以解决上述问题。因此需在天然气调压站入口安装加热器。但要注意加温后天然气达到的温度不能过高，满足调压器出口的温度在表1[5]的范围即可，避免过高的温度对调压器阀膜的损害。

表1 气体生成水合物的临界温度 /℃

2.2.3 调压站系统配置

调压站中调压器如果出现故障，将会引起供气管网的供气压力超高或管网“空运行”及供气压力的波动。在炼厂中轻者引起生产装置波动，大量不合格产品出现，影响生产系统平衡，重者会由于超压造成设备破坏，或供气不足引起终端装置熄火，天然气与空气混合气吸入管道引起爆炸等。因此调压站系统的配置必须在安全可靠的原则下确定。

(1)系统流程。对于连续供气的管线调压基本采用双回路或多回路并联的压力调节系统。对于次高压以上的调压站采用压力控制系统配置的方案，两套并联使用。鉴于天然气在炼厂燃料系统使用压力较低，调压站的调压值较大，为确保调压阀运行可靠平稳，避免因工作压差过大造成阀门本体的损伤及供气管网波动，在每一回路上设置采用二级调压方式，使调压的目标值经过调压阀两次分级降压完成。同时在一、二级调压阀之间设置自动控制阀，实现两并联回路的互相备用或两回路每一级调压阀互为备用。对于炼油企业燃料气管网，为保证连续运行，除天然气供气外往往设有气化液化气等备用手段，为避免炼厂管网波动影响调压系统，应在放散阀后部设置单向阀。

(2)工艺参数设置原则。确立了工艺流程后，需对各回路设备参数予以确定。

在一个并联两级调压回路中，主要有安全切断阀、监控调压阀、工作调压阀、放散阀等设备。其中安全切断阀的压力设定值与放散阀的压力设定值不能混淆，对于炼厂的燃料气管网，控制的主要指标是压力稳定不波动连续供气。对于炼厂来说放散阀起跳排除的天然气可排入火炬防空系统，不会加剧大气环境污染。因此在压力设定时宜采取放散压力设置低于切断阀压力的设置[6]。放散阀应采用小排量的安全放散阀[7]。

为保证调压站连续平稳运行，设备的压力设置为：Pqs＞Pq＞Pf＞P2＞P2s[8]，其中：Pqs-备用支路切断压力；Pq-常用支路切断压力；Pf-放散压力；P2-常用支路调压器出口压力；P2s-备用支路调压器出口压力。

互为备用支路压力设有一定的差值，应保证在下游炼厂燃气管网的使用压力范围内，要求调压器的选用要切实可靠，精度准确（Sp=0.5%～1.5%）。

3 炼厂调压系统方案确定

炼油厂其燃料气管网压力要求较低（0.5MPa左右），因此可以有2种以上手段保证管网压力平稳。根据炼厂的具体情况、目前天然气的现状，以及调压设备的具体能力，遵守国家现行规范，并参考国外相关规范及资料，确定炼厂天然气调压站的工艺设计方案应包括：

(1)采用并联双回路两级调压流程。两回路设置为互相备用并达到两回路中任意一级调压可与另一回路同级调压互备，大大提高调压系统运行稳定及连续运行。

(2)采取加热器升温的方法消除天然气水合物的形成、凝析现象、反凝析现象发生。

(3)在进出调压站口处设置ESD系统，保证安全。

(4)考虑到炼厂燃气管网可能出现的压力波动，增加单向阀，减少对调压器等调压设备的影响。

(5)目前调压设施设计规范按照天然气管道相关规范执行，调压站不设固定式可燃气报警及有毒有害检测设施。炼厂内调压站应按照GB 50493-2009《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》执行。

[1] 吴多勤，等.浅谈燃气调压站安全装置[J].应用能源技术，2006(7)：19-20.

[2] 周刚.天然气调压站工艺方案设计实践[J].化学工程与装备，2010(4)：70-71.

[3] 张鸿鹏，等.门站调压节流引起管道低温的分析[J].煤气与热力，2009，29(1)：B01-B04.

[4] 刘樯，等.天然气水合物生成预测及防治技术[J].天然气技术，2007(6)：67-69.

[5] 姚杰，等.天然气水合物防治[J].广州化工，2012，40(17)：31.

[7] 胡嵘.燃气输气站调压系统参数设置[J].上海煤气，2012(5)：8-13.

[8] 许庆华.关于燃气调压站安全装置的分析[J].经济技术协作信息：工程技术，2010（15）：214.

[9] 邵华.燃气调压站的安全装置及其安全性分析[J].煤气与热力，2009，29(6)：B01-B04.

Design Scheme of Refinery Natural Gas Pressure Regulatory Station

QU Wei1, LIU Ya-xian2, ZHU Chun-qiang1
(1.Guangxi Petrochemical Company, CNPC, Qinzhou 535008, China; 2. South China Chemicals Marketing Company, CNPC, Qinzhou 535000, China)

TE 8

B

1671-9905(2014)02-0055-02

屈威(1966-)，硕士，高级工程师，毕业于抚顺石油学院储运专业，已在省部级刊物发表论文10余篇。电话：0777-3885135；E-mail: quwei@petrochina.com.cn

2013-12-09