燃气调压站安全保护装置的设置及压力设定

上海飞奥燃气设备有限公司 王羽中 张飞飞 施汉龙

港华投资有限公司 刘 楠

在燃气调压站设计中，基于供气的安全性和供气的持续性等因素，如何设置调压站的安全保护装置及设定压力是一个难题。在采用多重安全保护装置的系统中，各安全保护装置的设定压力怎么确定；安全保护装置的设定压力与管道设计压力之间的关系怎么考虑；是否需要降低各设备的设定值以满足管道设计压力的限制要求；降低各设备的设定值引起的管网储气调峰能力的下降，管网的供气能力下降如何解决等，都是需要重点关注的问题。

1 国内外相关标准

燃气调压站安全保护装置的设置及压力设定，主要遵循以下标准：

（1）GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》（2020年版）规定：“6.6.10 调压站（或调压箱或调压柜）的工艺设计应符合下列要求：5 在调压器燃气入口（或出口）处，应设防止燃气出口压力过高的安全保护装置（当调压器本身带有安全保护装置时可不设）。6 安全保护（放散或切断）装置启动压力应根据工艺要求确定，当工艺无特殊要求时应符合下列要求”，其中对安全保护（放散或切断）装置启动压力的规定，等效于美国联邦法规 CFR49-192.201《气体管输最低安全标准》的规定。

（2）GB 50251—2015《输气管道工程设计规范》规定：“8.4.3 当压力控制系出现故障会危及下游供气设备安全时，应设置可靠的压力安全装置。压力安全装置的设计应符合下列规定”，等效于欧洲标准化委员会（CEN）的EN 12186—2014《气体应用系统——用于输送和分配的气体调压站 功能需求》。

（3）GB 150—2011《压力容器》规定：“B.4.7 装有安全阀时，容器的设计压力按以下步骤确定”。

2 国内外相关标准的比较

下面详细说明以上标准中对安全保护装置的设置问题和安全保护装置压力的设定问题。

2.1 安全保护装置设置

安全保护装置应保证下游压力（此处所说的下游系统应包括下一个压力边界前的所有管线）在设定范围内，不超过允许值。然而在调压系统失灵的情况下，安全装置应自动工作防止下游压力超过允许值。

安全保护装置的设置根据以上标准中的规定，汇总见表1。

表1中的安全保护装置按照结构型式可分为非排放式的切断阀、非排放式的监控调压器、排放式的安全阀（全流量）。排放式的放散阀（微流量）作为管路系统的呼吸或热膨胀阀，仅仅保障系统的持续运行，不作为安全保护装置设置。

表1 安全保护装置的设置规定

从系统安全角度，应该优先选择切断阀和安全阀；从持续供气角度，应该优先选择监控调压器和安全阀；从环保的角度，应该优先选择非排放式的切断阀和监控调压器，不适合用全流量排放的安全阀。

从环保角度，如果安全阀的设定值介于调压器和紧急切断阀之间，则在调压器故障的状况下，优先选用排放式的安全阀，其次再是非排放式的紧急切断阀。

（1）切断阀+调压器+安全阀（全流量）。考虑到环保问题，同时也参照GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》（2020年版）的要求“当调压器本身带有安全保护装置时可不设”，所以不建议这种形式。

（2）切断阀+监控调压器+工作调压器。对于长输和城镇燃气运行压力上下游压差＞1.6 MPa的调压站，或对于比较重要的输气和配气的调压站（如分输站、门站），应优先选择“切断阀+监控调压器+工作调压器”的形式来保障供气系统的安全性和持续性。

（3）切断阀+调压器+放散阀（微流量）。对于其他配气和用气环节的调压站建议采用“切断阀+调压器+放散阀（微流量）”的形式，调压出口位置不配置全流量放散的安全阀。注意现有的放散阀（微流量）是作为管路系统的呼吸或热膨胀阀，其设定值应在调压器和切断阀设定值之间。放散阀（微流量）应选用调节性的，阀的开启高度和入口的压力是成等比例关系的，快开快关，不存在较大的回座压力造成系统的持续放散；不能选择爆开动作的安全阀，避免回座时大量的排放或不能正常回座关闭。

2.2 安全保护装置压力的设定

安全保护装置压力设定根据以上标准中的规定，汇总见表2。

现阶段压力管道级别的划分是参照了欧盟的EN 12186—2014的规定，参照了压力管道分级的形式（MOP），但是完全没有引用工作调压器压力峰值（OP Peak），监控调压器暂时运行压力（TOP），紧急切断阀偶然性最大压力（MIP）的概念和系数，没有对调压装置下游系统压力保持在所需的范围进行要求。

3 应用实例

相关国标综合了美标和欧标。按照美国的全流量排放系统规定了安全阀和紧急切断阀的设定值；按照欧洲的标准规定了压力管道的级别划分；在工艺流程图设计中遵循的 GB 50251—2015参照 EN 12186—2014的规定，选择了非排放式的各类安全保护装置（即紧急切断阀、监控调压器），同时又在调压后设置了排放式的全启式的安全阀。

所有的这些安全保护装置（紧急切断阀、监控调压器、安全阀），都要遵循GB 50028—2006（2020版）中6.6.10（6）的规定的一个值。对于同时存在多个安全保护装置的值互相之间的关系和设定方法，GB 50028—2006（2020版）中没有具体的规定。从表 2中可以看出EN 12186—2014中规定了不同安全保护装置之间设定的系数关系，所以不同安全保护装置的压力设定一般遵循EN 12186—2014的规定。

表2 安全保护装置压力设定

3.1 切断阀+调压器+安全阀（全流量）的压力设定

以调压站出口管道压力为中压A为例来说明调压站的压力设定问题。当调压出口压力设定值为0.36 MPa时，考虑调压精度和紧急切断阀的切断精度，为保障自力式调压器自动切换的功能，对于两路一用一备的调压器，其压力设定见表3。

表3中的设定值是考虑先用非排放式的切断阀动作作为第一重安全保护装置。当切断阀也出现故障，安全阀作为第二重安全保护装置进行全流量排放，故安全阀压力一般设置为1.05×0.45=0.47 MPa（系数按照GB 150—2011中规定的1.05选取）。

表3 切断阀+调压器+安全阀（全流量）组合的调压路压力的一般设定（EN 12186/GB 50251）MPa

现有的安全阀整定压力超过了中压 A管道的设计压力0.4MPa，不符合要求，要求整改，重新整定压力。如果为保证切断阀的设定压力和安全阀的整定压力不要超过下游管线的设计压力，则需要调整调压器的压力设定，调整后的压力设定见表4。

表4 切断阀+调压器+安全阀（全流量）组合的调压路压力的设定（CFR 49-192.201/GB 50028）MPa

3.2 切断阀+监控调压器+工作调压器的压力设定

对于门站、高中压站、分输站这些要求采用“切断阀+监控调压器+工作调压器”形式的调压站，设定压力会进一步降低。一般的设置方式见表5。

表5 切断阀+监控调压器+工作调压器压力的一般设定（EN 12186/GB 50251）MPa

保证切断阀的设定压力和安全阀的整定压力不要超过下游管线的设计压力设置见表6。

表6 切断阀+监控调压器+工作调压器压力的设定（CFR 49-192.201/GB 50028）MPa

3.3 切断阀+调压器+放散阀（微流量）的压力设定

一般的设置方式见表7。

表7 切断阀+调压器+放散阀（微流量）压力的一般设定（EN 12186/GB 50251）MPa

保证切断阀的设定压力和安全阀的整定压力不要超过下游管线的设计压力设置见表8。

表8 切断阀+调压器+放散阀（微流量）压力的设定（CFR 49-192.201/GB 50028）MPa

从表4、表6、表8可以看出，为了满足安全保护装置压力不超过0.4 MPa，调压器出口压力只能分别设置为0.300 MPa、0.295 MPa和0.320MPa。压力降低的结果是降低了管网储气调峰的能力，降低了管网的储气和供气能力。

根据GB/T 20801—2020《压力管道规范 工业管道》中的描述：“4.2.3.4 超过设计条件的压力偶然变化应限制在下列任一范围：a）变动幅度不大于33%，每次变动时间不超过10 h，且每年累计变动时间不超过 100 h；b）当波动自限（例如压力泄放）时，在每次变动时间不超过50 h，且每年累计变动时间不超过500 h条件下，压力额定值变动幅度不大于20%”。

调压站安全保护装置的偶然变化时间中，安全装置紧急切断阀的动作时间仅为1 s，监控调压器介入顶替工作的时间仅为3 s，安全阀的排放时间仅为15～30 min（考虑现场的人员的介入），所以安全装置偶然动作的时间是在GB/T 20801—2020 4.2.3.4规定范围内，也就是安全保护装置的偶然变化产生的超压是可以超过设计条件的压力的。另外综合考虑下游的管道严密性试验是1.15倍设计压力@24 h，水压或气压强度试验是1.5倍设计压力@1 h，故即使照紧急切断阀、监控调压器或者安全阀的整定压力超过压力管道级别的设计压力也不存在问题。

3 结语

综上所述，对于上下游压差＞1.6 MPa的调压站，优先选用“切断阀+监控调压器+工作调压器+放散阀（微流量）”的设置方式；对于上下游压差≤1.6 MPa的调压站，优先选用“切断阀+调压器+放散阀（微流量）”的设置方式。对于安全保护装置压力设定，从安全、可持续和环保角度出发保证管网的储气和供气能力，建议按照GB 50251—2015标准附条文说明，即按照EN12186—2014执行。