长输天然气管道干线截断阀异常关断事件分析及处理

侯超波 刘钊 王旭

摘 要：干线截断阀在长输天然气管道中运用十分广泛，近年来由Shafer气液联动机构失效导致的干线截断阀异常关断事件时有发生，对长输天然气管道平稳运行造成重要影响。基于此，在介绍干线截断阀组成结构和动作原理的基础上，选取典型案例探讨干线截断阀关断事件原因及其处理要点，最后并提出相应的干线截断阀维检修建议。

关 键 词：长输天然气管道；干线截断阀异常关断；维检修建议

中图分类号：TE 832 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）10-2472-03

Analysis and Treatment of GOV Abnormal Shutoff

in Long Distance Natural Gas Pipelines

HOU Chao-bo，LIU Zhao，WANG Xv

（PetroChina Beijing Oil & Gas Control Center， Beijing 100007，China）

Abstract： GOVs are widely used in long distance natural gas pipelines； however GOV abnormal Shutoff caused by Shafer pneumatic hydraulic actuator failure often occurs in recent years， which has a significant influence on stable running of long distance natural gas pipelines. In this paper， focusing on GOV abnormal shutoff， the composition structure and action principle of GOV were introduced. Then through selecting a typical case， reasons and treatment measures of GOV abnormal shutoff were discussed. At the end， some maintenance suggestions were put forward.

Key words： Long distance natural gas pipeline； GOV abnormal shutoff； Maintenance suggestions

随着我国天然气工业大发展，西气东输、陕京系统等长输天然气管道相继建成投产。为确保长输天然气管道安全平稳运行，具有监控截断功能的干线截断阀得到大量应用。我国长输管道的干线截断阀多采用卡梅隆（CAMERON）、格罗夫（GROVE）或成高球阀，由Shafer气液联动执行机构驱动。Shafer气液联动执行机构运用管道高压天然气作为动力开关球阀，具有操作方便、安全可靠等特点。

1 干线截断阀结构和原理

1.1 管道球阀的组成和动作原理

球阀在天然气管道运行中的主要作用是切断或接通天然气流动，其结构紧凑开关迅速，由阀体、阀座、球体、阀杆和传动装置等多个部分组成。阀体、球体与阀座密封圈形成密封后能有效承受管道天然气压力。

浮动球阀和固定球阀在天然气长输管道中最为常见[1]。浮动球阀的球体在管道天然气压力作用下产生位移并紧贴在出口端的密封面上，保证出口端密封。浮动球阀具有结构简单，密封性好，维修方便等特点，但是出口密封圈在球体受到较高压力冲击时会受损变形导致球体发生偏移，影响性能发挥，因此浮动球阀多用于中低压管道。固定球阀的球体共有上、下两个转轴，上转轴与阀杆相连，下转轴固定在阀体下部的轴承上[1]。固定球阀球体所受管道天然气压力传递给轴承，球体不移动，密封面不会受损，具有密封性能稳定，阀座变形较小，使用寿命长等特点，在长输天然气管道应用较多。

1.2 Shafer气液联动执行机构基本结构和动作

原理

Shafer气液联动执行机构主要由操作箱、气源管、储气罐、执行器、气液罐、检测管、Lineguard控制箱和远程终端单元（RTU）组成。操作箱用来切换手自动操作模式。气源管从干线管道引压，并将干线气体储存在储气罐中作为执行器动作的储备动力源。储气罐中的高压天然气作用于气液罐中高粘度液压油，推动执行器动作，实现气液联动阀的开关操作。检测管可将检测到的干线及储气罐中天然气压力值传至Lineguard控制箱，并通过RTU将采集数据远传至中控[2]。

Shafer气液联动阀按其自动控制形式可分为有远程操作功能及无远程操作功能。有远程操作功能的气液联动阀有自动控制、手动液压操作、手动气液联动操作、远程气液联动操作等四种正常关断方式，无远程操作功能阀门只有前三种操作方式[3]。自动控制是指气液联动阀的Lineguard控制箱通过自动检测采集管道压力和压降速率值，并将其与用户设定值对比，如发现异常且异常持续时间超过用户设定，则自动关断气液联动阀。当控制模式为手动模式时即可执行手动操作，手动液压操作和手动气液联动操作的区别在于阀门动作的动力源不同。远程气液联动操作是通过远程控制电磁阀来实现储气罐中的高压天然气作用于液压油，进而推动执行器的动作，最终开关气液联动阀。

2 干线截断阀关断事件处理

中国石油所辖长输天然气管网在2014年共发生干线截断阀异常关断事件17起，是除压缩机组异常停机外次数最多的异常事件。其中，陕京系统3起，山东东北管网（泰青威管道和大沈秦沈管道）4起，西南管道（中贵和中缅管道国内段）3起，西气东输一线2起，西气东输二线3起，涩宁兰管道2起。通过事件分析，可知在干线管道压力正常情况下，造成干线截断阀误关断的原因主要有Shafer气液联动执行机构检测管堵塞、Lineguard控制箱内部故障、Lineguard控制箱通讯功能失灵以及雷电、大雨等异常天气。

2.1 陕京二线36#阀室干线截断阀关断事件

陕京二线全长971 km，设计压10.0 MPa，设计输量170亿m3/a。36#阀室位于陕京二线下游任丘分输站与霸州分输站之间，是RTU阀室。2014年8月30日深夜中控陕京二线SCADA系统报警显示36#阀室干线阀关断，阀前和阀后压力的变化趋势印证了报警信息。中控调度员及时联系工程师进行现场核实，核实结果证明阀室干线截断阀异常关断。在确认36#阀室现场天气、门禁、火灾报警系统均正常，现场无其他异常情况后，工程师打开干线截断阀旁通进行平压，待压差降至0.2 MPa以内后，全开干线截断阀。由于36#阀室干线截断阀关断事发深夜，当时并非用气高峰，且陕京二线和三线也在在上游安平分输站和下游永清分输站联合运行，因此阀室关断未对陕京系统正常生产造成影响（表1）。

生产恢复后，干线截断阀关断原因分析从以下方面展开：第一，检查阀室流程，重点关注阀室流程是否正常，管道及球阀、法兰等连接器件有无泄露；第二，Shafer气液联动执行机构硬件检查，重点检查气源管、储气罐、气液罐、执行器、检测管有无异常；第三，Shafer气液联动执行机构RTU控制系统检查，重点检查RTU系统工作状态，关阀按钮、按钮控制回路及数据输入输出系统是否正常，核实报警信息；第四，Shafer气液联动执行机构Lineguard控制箱检查。

检查发现，Shafer气液联动执行机构RTU的数据输入模块故障导致气液联动执行机构收到RTU模块发出的错误关阀命令，造成36#阀室干线截断阀关断。现场通过更换RTU数据输入模块排除了故障。

2.2 干线截断阀异常关断原因

通过上述统计分析及案例研究可知，管道球阀可靠性相对较高，Shafer气液联动执行机构故障是导致干线截断阀异常关断的主要原因。具体而言，在干线压力正常情况下，造成干线截断阀异常关断的原因包括以下方面[4，5]：

第一，检测管堵塞及压力变送器故障：由于管道建设遗留和气质较差影响，干线管道中的杂物和水气在环境温度较低时凝析成冰堵塞检测管，造成压力变送器检测压力下降，当检测压力低于人工设定下限时，阀门会异常关断。

第二，RTU模块故障：RTU是远程操作阀门和数据远传的重要载体，其由复杂的硬件和软件系统组成。RTU出现故障时，错误的关阀信号可能传向执行机构，导致阀门异常关断。

第三，Lineguard控制箱内部故障： Lineguard控制箱构造复杂，当蓄电池电压较低或太阳能电池板损坏时会造成Lineguard控制箱失电，造成阀门异常关断；当控制箱内主控制板芯片损坏或电磁阀内漏时，能发出错误信号，导致阀门异常关断；雷电天气可能造成Lineguard控制箱存储数据紊乱，当紊乱造成的压力波动超过程序设定的压力关断上下限时，会发出关阀命令[6]。

3 干线截断阀维护保养

鉴于干线截断阀在长输天然气管道中所发挥的重要作用，为使其可靠备用，必需定期进行维护保养。

定期检测球阀阀体及气液联动执行机构的外部结构 重点关注各法兰及连接接头，定期对阀体注脂或排污，避免阀体内漏、外漏以及Lineguard控制箱误检测引起的关阀事件。

定期清洗和吹扫气液联动执行机构的气源管、检测管和过滤器 虽然干线管道天然气经过分输站场的过滤和分离，但是管道天然气中难免含有各种杂质。为了不污染气液罐中的液压油并使气源顺利进入气液罐，避免气动操作功能的失效，要定期对气液联动执行机构的气源管进行清洗和吹扫，定期对过滤器和滤网进行保养或更换。检测管堵塞可能导致压力变送器采点压力与实际压力存在偏差，导致气液联动阀误关断，因此也要定期清洗和吹扫检测管。

定期对气液罐中的液压油进行排污和更换 由于频繁操作，气液罐的液压油中难免含有铁屑等固体杂质，固体杂质的存在会导致气液罐旋转翼片密封失效，因此要定期对液压油油质进行检查。当油品中含有杂质时要排污，长期排污造成液压油油位较低时则要加入专用液压油。

定期检查Lineguard控制箱 首先，目视检查和数据查看，确保Lineguard控制箱内芯片未收损坏，如损坏则更换Lineguard控制箱；其次，检查电池电压情况，如果电池电压过低，则更换电池，确保Lineguard控制箱自动控制、数据采集等功能不受影响；再次，用笔记本电脑与Lineguard控制箱连接检测通讯功能是否良好，如故障则排查具体原因；最后，核实Lineguard控制箱内时间设置与事件管理，准确记录干线截断阀操作情况。

参考文献：

[1] 朱喜平. 天然气管道球阀的维护及故障排除技术[J]. 天然气工业， 2005，25（7）：02-104.

[2] 杨日永，康亮，彭振华. Shafer气液联动执行机构维保探讨[J]. 科学之友，2010（3）：25-28.

[3] 徐文强. 长输管Shafer干线截断阀动作过程分析[J]. 宁夏石油化工，2012（9）：71-73.

[4] 刘润刚，宋华. 气液联动阀的维护与保养[J]. 油气储运，2006。26（5）：36-39.

[5] 王志辉，廉春雷，谭洪伟，等. Shafer气液联动执行机构误动作分析与防治对策[J]. 工业技术，2014（03）：77-78.

[6] 端木君，段冲，李伟. 对雷电干扰导致西气东输管道线路GOV阀误关断事件的探讨[J]. 石油工程建设，2013，39（4）：55-56.