高压长输天然气管道中分输站场设计分析

张俊 汤建平

摘 要：分输站场可对天然气中存在杂质与水分进行过滤分离，同时对纯净的天然气进行计量结算与调压控制，满足沿线居民对天然气的需要。本文对分输站场布局设计要点、流程设计和设备选型进行分析，可供相关人员参考。

关键词：天然气分输站场;调压;计量

高压长输天然气需要在分输站内进行过滤、分离、计量与调压等工艺处理，从而向管道沿线阀站提供高质量的天然气，满足沿线居民用气的需要。但由于运输距离长，会使得天然气运输的安全性和经济效益受到影响，因此做好分输站场设计对于保障正常供气发挥着重要作用。传统的分输站场多以年输平均量进行计算，没有对天然气供需量的季节变化影响因素给予足够的重视，也没有考虑上游天然气资源的可调性，使得天然气输送效率较差，不具备较高的灵活性，需要对分输站场进行优化设计。

1 分输站场布局设计要点

1.1 平面布置

高压长输天然气分输站场平面布置应该严格遵守防火设计规范，将办公区与生产区进行分开设置，使两者间的距离不得低于22.5m，将办公区域置于分输站场的进、出口附近，有利于工作人员在紧急情况下有效撤離到安全区域，保证正常开展人员疏散工作，还可以减小往返于生产区的工作人员数量，避免带来新的安全隐患。办公区域的配电室、发电机房、休息室等，应该与站场内部的工艺设备区保持足够的安全距离，按照防爆区与非防爆区安全距离要求进行设计。还应该考虑到天然气线路的走向，将生产区域置于管线出入站场的位置，保持沿着进出站天然气管道的走向，尽可能减少弯头数量。

1.2 生产区布置

生产区主要有进出站阀组区域、过滤计量区域，进出站阀组区域需要布置于工作人员易于操作部位，而过滤计量区域需要临近分输位置，分输设备需要结合工艺流程、管线走向来设置，每台分输设备相互间在达到安全距离的要求以外，还需要预留出供于后期维护的空间，例如，在过滤分离装置的后侧，需要至少留出筒体长度距离，满足更换滤芯的空间。

1.3 办公区布置

在进行高压长输天然气分输站场设计时，发电机室、配电室等多布置邻近办公区域，但不可以邻近有水的房间，办公室、阴极保护室等应该设置于办公楼内，可以减少对土地资源的占用，污水处理、水泵房等需要设置满足规范要求的安全距离，在达到防火要求的同时，还需要符合特殊要求。

2 分输站场流程设计

正常分输流程要据上游输送的高压天然气，先进行过滤分离处理，对天然气流量进行计量与累计，再进行调压处理后输送给用户。清管流程则根据上游输送的天然气，再经过发球筒后传输给下游管网。越站流程则是天然气不经过分输站场，也不输送给用户，是将天然气直接输送给下级站场，该流程多应用于如下两种情况：分输站控制出现问题，需要停止运行来避免安全事故，需要将进站阀门完全关闭，使天然气直接输送给下级站场;用户端存在问题，不能接收天然气资源，这就要求相关的分输站场停止运行，天然气也会输送给下级站场。返输流程，也就是天然气的输送方向发生逆转，上游站场转变为下游站场，在该种流程运行模式下，分输站点的功能不会发生改变。

3 分输站场设备选型

3.1 过滤分离

天然气经过长输管道时会夹杂着水分和杂物，天然气在进入到分输站点以后，需要对天然气进行过滤分离处理，将天然气中的杂物与水分脱离。分离设备有过滤分离、旋风分离两种类型，需要根据杂质情况来确定最合理的分离器，如果杂质数量较多，天然气达不到气质要求，需要将两种分离器联合使用。采用旋风分离器把直径较大的颗粒状杂质和水分进行脱离处理，再采用过滤分离器将小颗粒杂质、悬浮物等清除干净。进场天然气必须要进行过滤分离，才能使气质达到后续计量的需要。如果进场天然气较为干净，不存在过多的杂质，可以采用过滤分离器进行处理，要以减少对土地资源的占用，也可以减少投资。

3.2 计量

天然气计量是进行结算的依据，需要保证计量精度达到贸易的要求，计量范围应该选择的科学合理，需要考虑到天然气初期投产的小流量要求，还可以达到后续满负荷运行的流量需要。天然气计量多利用孔板式、涡轮式和超声式流量计，孔板流量计为差压式流量计量装置，流量计结构方式比较简单，有着较长的使用寿命，但计量区间较小，在30-80%计量区间内存在较大的压损，无法满足多种流量区间计量的要求;涡轮流量计有着更为宽泛的计量区间，流量在10-80%计量区间内，不会形成较大的压损，如果流量比较小就会使计量存在盲区，使计量数据与实际不符;超声流量计是应用超声信号在管道内传输时间来对流体速度进行计量的装置，有着很高的测量精度，可以满足多种量程区间的要求，计量过程中不会产生压损。如果预算资金足够，应该尽量采用超声流量计，可以在流量监测位置直接将流量数据显示出来，还可以将流量信号远传到站场控制室。

3.3 调压

高压长输天然气分站场调压可以根据实际需要进行设计，单台调节阀控制流程比较简易，工作人员操作也比较方便，但需要工作人员随时操纵调节阀，安全性达不到要求，还会使输气量产生波动;单台调压阀与监控调压阀结合的方式，可以满足分级调节和监控的要求，可以对管线下游压力进行实时监测，工作人员可以远离管线端，有着更好的安全保障，但也需要工作人员进行操作，还需要保证两台调压装置的压力设定达到要求;单台调压阀与安全切断阀、临控调压阀配合调节，该种调节模式有着更高的安全性，可以更好地保证下游管线不超压，如果切断阀关闭则无法为下游提供天然气，但需要对切断阀再次进行调整与复位;调节阀与安全切断阀、监控调压阀组合的调压模式下，会将上、下游根据顺序进行串联，建立起更为安全的监控调压系统。在正常供气过程中，切断阀与调压阀在全开位置，利用调节阀来对下游供气压力进行调整，如果供气流量超过设置值，调节阀会转换到流量监控状态。而调节阀存在故障不能达到工作要求时，监控阀会投入到工作状态，但监控阀也存在故障，切断阀会将供气完全切断，可以更好地保证下游长输管线和供气装置的安全。

在进行高压长输天然气站场设计时，应该优先考虑采用调节阀与调压阀、切断阀配合的方案，该种调压模式融合了多种调压方案的优点，可以更好满足天然气分输站点的多种工况要求。天然气站场的进站压力与分输压力有着很大的不同，调压控制前后有着较大的压差，受到汤姆逊效应的影响会使天然气温度下降到零度以下，天然气管线附近的土壤会产生冻结问题，地需也会形成不同程度的裂痕，会使天然气管道产生冻堵、变形等，控制阀体与阀座脱离，上述现象都会影响到分输站场的正常供气，严重情况下会出现安全事故。

分输站场内的天然气管线大多埋设在冻土层以下，如果天然气管道存在温降，周围的土壤则会出现冻胀现象，由于金属管道有着较强的抗伸能力，可以保证天天然气管道的安全。但埋地管道与地面结合的部位需要给予特别设计，冬季的气温比较低，再加上天然气管道产生温降，会使管道外表面产生冻霜，也会裸露在大气环境中的管道出现冻堵或变形，阀体受到应力影响而离开阀座，连接法兰会受到损而出现天然气泄露安全事故，可以在进行分输站场设计时将调压分输管道进行伴热设计，可以有效防止出现安全事故。

4 结语

综上所述，天然气长输管道分输站场设计应该结合建设区域的实际条件，对不同功能区进行合理布局，严格按照设计规范和防火要求，尽量少占用土地资源。分输流程设计可结合多种控制需要，分输处理设备按着一备一用的要求，以保证站场检修时天然气可以正常输送，天然气分输站场调压后会出现较大的压差，处理不当还会存在管线冻胀问题，应该做好管线保温设计。

参考文献：

[1]李萌.长输管道线路与分输站的设计研究[J].中国设备工程，2020（15）：232-234.

作者简介：

张俊，女，重庆人，本科，中级，油气储运。

汤建平（1987- ），男，达州人，研究生，中级，长输管道、站场设计。