浅谈调压撬在天然气分输场站中的应用

上海天然气管网有限公司 魏 星



浅谈调压撬在天然气分输场站中的应用

上海天然气管网有限公司 魏 星

以调压撬为代表的天然气调压设备，在天然气分输场站中的应用越来越广泛。结合调压撬在天然气分输场站中的使用情况，对调压撬的工作原理、常见故障尤其是冰堵故障进行了详细分析，并给出了相应的解决措施，具有很好的现场实践意义。

天然气 调压撬 常见故障 电伴热装置

0 引言

天然气作为清洁能源，在社会能源结构中的比例越来越大，而且随着国家对环境保护的要求越来越高，在部分领域对煤炭的使用有所限制，许多煤炭使用企业转向利用天然气作为原料，如燃气发电行业等，因此，天然气需求越来越大。近年来，以西气东输为代表的天然气基础设施不断完善，城市燃气在各地政府的支持下也得到了快速的发展。天然气分输场站越来越多，其中调压设备作为分输场站中最重要的工艺设备，也得到了飞速的发展，功能不断完善，设计更加安全，以满足各类调压站的不同需求。下面将以上海天然气管网公司使用的调压设备为例，对调压撬在天然气分输场站的应用进行详细说明。

1 调压阀概述

调压阀是指用于流体介质输送管道上的减压器，它具有阀门的特点，可以控制流体的通断和节流；也具有自动控制元件的特点，它自身构成一个闭环控制系统，而且不需要其他的辅助能源，只取自流体本身的压力差作为操作能源。

调压阀主要功能是通过调节将进口压力减至某一需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定的阀门。从流体力学的观点看，减压阀是一个局部阻力可以变化的节流元件，即通过改变节流面积，使流速及流体的动能改变，从而达到减压的目的。然后依靠控制与调节，使阀后压力的波动与阀体内弹簧力相平衡，使阀后压力在一定的误差范围内保持恒定。

2 调压阀种类和特点

调压阀一般可分为直接作用式调压阀和指挥器式调压阀。

直接作用式调压阀特点是：

(1)零件数量少，价格低。

(2)压力、阀体尺寸和流通能力受到限制。

(3)通常调压精度比较低。

相对于直接作用式调压阀，指挥器式调压阀具有精度高和压力范围宽、响应速度快的明显优点，所以在天然气调压系统中迅速得到了广泛的应用。

指挥器式调压阀按照安装类型还可以分为曲流式调压阀和轴流式调压阀。

3 调压撬在分输场站中的应用

上海天然气管网公司负责上海市多种压力等级天然气管网及其分输场站的管理与维护，其中普遍使用上海飞奥公司提供的REFLUX819系列调压阀，如REFLUX819+DB819+HBC975/SBC782等。该类型调压阀属于指挥器式调压阀，安装类型上属于曲流式调压阀。一般来说，调压阀不是单个使用，而是由多个调压阀门组成的调压撬共同控制。调压撬需要具有安全切断、监控调压和工作调压三大功能，因此调压撬通用的配置方式为安全切断阀+监控调压阀+工作调压阀，当然有些调压阀同时具备安全切断和监控调压两大功能，为内装一体式，具体配置要根据现场的调压需求。

上海飞奥公司提供的REFLUX819+DB819 +HBC975/SBC782调压阀，主体为REFLUX819调压阀，配套DB819消音器，配套HBC975或SBC782安全切断阀。

3.1 工作原理

3.1.1 监控调压阀REFLUX819+DB819

REFLUX819+DB819系列监控调压阀结构见图1。

图1 REFLUX819+DB819系列监控调压阀结构

其工作原理是将上游导入的天然气经预调器过滤、减压后再经导阀调压，然后送入主调压阀皮膜下部，将皮膜向上推移形成开启节流阀的力；而下游引入的天然气进入指挥器(预调器+导阀组成指挥器)，又迅速调节进入主调压阀皮膜下部的天然气流量，并由下游主调压阀压力反馈管引入的天然气作用于主调压阀皮膜上部，和主阀杆上的弹簧形成闭合节流阀的力，两股力的平衡决定了节流阀的开启度。当指挥器弹簧完全放松时，通往主调器皮膜下部的天然气被切断，皮膜则失去了向上的推力，下游天然气作用在皮膜上部的力和主弹簧压制力将节流阀关闭。反之，当旋紧指挥器弹簧时，通往主调器皮膜下部的天然气量增大，作用在皮膜下方向上的推力增大，使得节流阀阀口开度变大，最终达到动态平衡。REFLUX819+DB819监控调压阀外形见图2。

图2 REFLUX819+DB819监控调压阀外形

3.1.2 安全切断阀HBC975

HBC975安全切断阀内部结构见图3。

图3 HBC975安全切断阀内部结构

其工作原理是将上游导入的天然气经切断阀控制箱过滤调压后，其出口的天然气送入切断阀气缸，将气缸活塞向上推移并克服弹簧压制力使得阀口打开。当下游天然气压力升高至设定的切断压力时，经导压管引至切断阀控制箱，触发控制箱内压力释放阀，将气缸内的压力释放到大气中，活塞杆经弹簧复位的力将切断阀阀口关闭。

切断阀控制箱的实物简介见图4。

图4 HBC975安全切断阀控制箱

如果是内装式紧急切断阀，如飞奥公司提供的SB82系列，其外形见图5，SB82可装在在线监控器或主调压阀REFLUX819上，同时具备调压和安全切断功能。这种设计的优点是模块化设计，可以再不改动管道的情况下将切断阀加装到已经安装好的REFLUX819调压阀上。该内装式紧急切断阀的主要特性包括：精度AG：设定值的0.5%；超压和欠压介入；手动按钮操作；可选择气动或电磁遥控；人工复位，带有由操作杆驱动的内部旁路；总体尺寸小；维修方便；可加装阀位远传装置等。

图5 REFLUX819+SB82调压阀外形

3.2 调压撬压力调节方式

调压撬一般包括：安全切断阀、监控调压阀、工作调压阀以及撬体进出口阀门。在投用之前，要对三个阀门进行压力设定，工作调压阀设定为最终分输需要达到的压力，监控调压阀设定值比工作调压阀高0.1~0.2 MPa，安全切断阀设定值比监控调压阀高0.1~0.2 MPa。正常情况下，安全切断阀和监控调压阀处于全开位置，由工作调压阀对下游压力进行控制调节；当工作调压阀出现故障，无法调节下游压力时，监控调压阀开始工作，使下游压力维持在一个略高于正常工作压力下的状态，确保下游压力处于安全范围；当监控调压阀出现故障，无法控制下游压力时，压力持续上升，当上升至安全切断阀的设置压力时，安全切断阀动作，自动切断气源，以此实现下游压力的超压保护，确保下游管路和设备的安全。

通用调压撬调压方法大致如下：

3.2.1 最先调整安全切断阀压力

(1)关闭调压撬出口处阀门。

(2)将安全切断阀、工作调压阀的调整螺钉向内旋紧，使压力设定值调整到最大；监控调压阀调整螺钉向外旋出，使压力设定值调整到最小。确认安全切断阀处于完全开启状态。

(3)打开下游放空阀，降低出口压力。切断阀压力由监控调压阀指挥器上设定，设定时需由放空阀进行放空。缓慢旋紧监控调压阀指挥器调整螺钉，增大监控调压阀设定值，每次以1/4圈为一步，观察下游出口压力，直至达到安全切断目标值为止。

(4)缓慢向外旋出安全切断阀调整螺钉，减小安全切断阀压力设定值，听到阀门有切断声音即可，再将安全切断阀调整螺钉向相反方向(旋紧方向)调整1/4圈，压力设定完成。

3.2.2 监控调压阀压力设定

(1)缓慢旋松监控调压阀指挥器调整螺钉，使监控调压阀压力设定值到最小。对安全切断阀复位，复位前应使安全切断阀前后压力平衡。打开下游放空阀，将出口压力降低。

(2)缓慢旋紧(每次1/4圈)监控调压阀指挥器调整螺钉，逐步增大监控调压阀设定值，同时观察下游出口压力，直至达到需要的压力值为止，最后拧紧调整螺钉的锁紧螺母。

3.2.3 工作调压阀压力调整

(1)缓慢旋松工作调压阀调整螺钉，使工作压力调整到最小。

(2)缓慢旋紧工作调压阀调整螺钉，增大工作调压阀设定值。观察下游压力表，当达到需要的设定值时停止调节。

如果工作调压阀为电动阀门，则只需在SCADA系统上设定其出口压力值，即可由系统远程操控。

4 调压撬常见故障及处理方式

安全切断阀常见故障及处理方式见表1。

表1 安全切断阀常见故障及处理方式

监控调压阀常见故障及处理方式见表2。

表2 监控调压阀常见故障及处理方式

5 调压撬冰堵故障分析及处理方式

近年来，随着天然气用户的迅猛发展，各城市、工业区天然气用量大幅度提升，尤其是每年冬季更是用气量高峰期，天然气分输站调压撬的安全运行显得尤为重要。而冬季又是调压撬出现冰堵故障的高发期，调压撬一旦出现冰堵故障，将会造成调压撬不能正常工作，势必严重影响城市或工业区的正常供气。下面就调压撬冰堵故障进行分析、探讨。

5.1 冰堵故障原因分析

造成调压撬冰堵的原因是来自天然气中的固体或液体杂质。虽然经过上游净化除尘装置后天然气已经很“干净”，但是天然气中C3以上的烃类和少量的水分仍然保留在天然气中，天然气经过调压撬降压后，温度随之下降。在冬季环境温度很低的情况下，天然气经过降压后温度变得更低，此时天然气中极易凝析出大量天然气液(多碳烃)和固态冰，这些液体和固体物质极易堵塞调压阀以及指挥器、预调装置等调压设备，造成调压撬冰堵故障发生。

5.2 调压撬冰堵故障的危害

调压撬出现冰堵故障后，使得调压单元无法正常调压，致使出口压力迅速上升至切断阀切断，如果此时切断阀也有“冰堵”情况出现时，将会造成切断不严密或无法切断，对管道设备的安全运行以及用户的用气安全产生严重的威胁。

另外，调压撬长期在低温情况下工作，调压阀内的橡胶密封件使用寿命也将减少，给调压阀的正常工作埋下了安全隐患。

5.3 预防冰堵故障的措施

5.3.1 调压撬增加电伴热

调压撬安装电伴热保温装置，用220 V电压单独供电，每路调压撬上电伴热保温装置由独立开关控制，用哪路调压撬就开启哪路电伴热保温装置，这样既能预防冰堵现象发生，又节约了能源。对调压阀信号管、调压单元及前后直管段加电伴热线缠绕，同时包裹保温材料。

保温材料选用聚氯乙烯，由无毒无味的低密度聚乙烯树脂经物理发泡形成无数个非交联闭孔气泡制成。该产品性能特点是柔韧、质清、富有弹性，克服了EPS发泡胶易碎、变形、回复性差的缺点。具有环保、缓冲、减震、回弹、防水、保温、隔音、抗腐、阻燃和质轻等优点。

5.3.2 工艺系统增加加热装置

在调压撬前端工艺系统中增设加热装置也可以有效避免调压撬冰堵的发生。在上海天然气管网公司普遍采用的是在进分输站管线后增设一套水浴加热炉装置，提前将天然气加热到一定温度，经过调压撬后虽然温度有所降低，但是只要保证分输温度在0°C以上，即可有效避免调压撬产生冰堵。

水浴炉是通过燃烧器产生火焰和高温烟气，其火焰和高温烟气以辐射、对流等传热形式将热量传给炉体中的水，使水的温度升高，再由水将热量传递给盘管中的被加热介质(天然气)，使被加热介质(天然气)温度升高，达到生产工艺所需求的温度。

水浴炉分为带压和常压两类，上海天然气管网公司采用的是带压水浴炉，水浴温度可达130 ℃，能有效增强盘管换热效果，减少盘管换热面积。由于被加热介质与火焰、高温烟气不直接接触，其盘管外面是介质水，因此，水浴炉是一种高效、安全可靠的加热系统。

水浴炉控制方式有两种，一种是控制水温，另一种是控制水浴炉出口天然气的温度。通过设定水浴炉出口天然气的温度，水浴炉可以根据进口天然气的温度调节炉体负荷，以达到出口天然气的温度在合理的范围内，保证分输出站的温度大于0度，避免冰堵发生。

6 结语

天然气分输场站在城市管网中普遍存在，一方面接收上游长输管线来气，另一方面从城市管网中下载天然气，通过净化、计量、调压、加臭后分输至下游用户。调压撬的正常运行，直接关系到城市的用气保障和安全，在实际运行中，一方面可从其工作原理出发，对其常见故障进行分析处理，尤其对冰堵采用多方位的预防措施可做到“防患于未然”，另一方面分输站各级调压撬一般都设计成两路或多路，做到有运行有备用，防止调压撬突发故障造成停输事故的发生。

Application of Gas Regulating Skid in Natural Gas Transmission Station

Shanghai Natural Gas Pipeline Network Co., Ltd. Wei Xing

The gas regulating skid is more and more widely used in natural gas transmission stations. In this paper, the working principle, frequent malfunction, especially ice plugging faults of gas regulating skid are analyzed in detail, and the corresponding solutions are given, which have good practical significance.

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