置換方案探討

1、天然氣次高壓管網(wǎng)投產(chǎn)置換操作流程探討2010-4-20王文想 葉錦業(yè) 黎珍1 概述    隨著廣東LNG項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，廣州、深圳、佛山、東莞、惠州等地實(shí)現(xiàn)了天然氣供應(yīng)。天然氣次高壓管線在整個(gè)輸配系統(tǒng)中地位重要，深圳市將建成次高壓(1.6MPa)管網(wǎng)200多km。次高壓管線的順利投產(chǎn)置換是實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定供氣的重要環(huán)節(jié)。本文主要結(jié)合深圳市天然氣次高壓燃?xì)夤艿乐脫Q投產(chǎn)的實(shí)施情況，就其操作流程作一個(gè)探討。    次高壓管線與中壓管線的投產(chǎn)置換存在很大的不同：(1)壓力等級不同。次高壓已供氣管道與將投產(chǎn)管道存在壓力差大，按中壓的投產(chǎn)置換方法會(huì)

2、對隔離閥造成損壞。(2)投產(chǎn)置換管線長，壓力高，管道內(nèi)存氣量大，置換中途發(fā)生意外時(shí)。放散時(shí)間長，危險(xiǎn)性大，安全要求高。(3)新管道通常存在一定的臭劑吸附。中壓置換管道加臭量不合格時(shí)，由于存氣量小，用戶很快用完，不合格氣持續(xù)時(shí)間短。次高壓管線存氣量大且投產(chǎn)通常比中壓及用戶的天然氣置換略為提前，用戶呈漸增趨勢，不合格氣體持續(xù)時(shí)間長。(4)要嚴(yán)格控制流速。如果流速過快，易在鋼管中引起靜電，造成事故；同時(shí)，流速過快還將影響到上游分輸站的壓力、流量的穩(wěn)定性。    由于存在以上區(qū)別，次高壓管線的置換不能沿用中壓的置換方式，選擇合理、安全的投產(chǎn)置換方式對天然氣的安全投產(chǎn)與運(yùn)行

3、具有重要意義。2 投產(chǎn)置換流程的選取    目前，深圳已投入使用的次高壓管線已達(dá)100多km，進(jìn)行了將近10次投產(chǎn)置換作業(yè)。第一次置換是和門站同時(shí)進(jìn)行，在上游分輸站的流量控制下進(jìn)行，不存在下游有用戶用氣的情況，因此，相對會(huì)容易些。通過多次置換?？偨Y(jié)了一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，制定了較為合理的操作規(guī)程，增強(qiáng)了投產(chǎn)置換的安全性。2.1 投產(chǎn)置換基本流程見圖1。 2.2 投產(chǎn)前準(zhǔn)備    投產(chǎn)前準(zhǔn)備工作主要包括：(1)資料的移交及閥門啟閉情況的核查。(2)N度中心根據(jù)竣工資料做出基礎(chǔ)信息圖、作業(yè)圖、置換信息表。(3)操作部門列出備品備料表，做

4、好人機(jī)物準(zhǔn)備，完成相關(guān)審批程序。2.3 氮?dú)庵脫Q操作人員配備    氮?dú)庵脫Q分為放散組、注氮組、巡線組操作，為節(jié)省人力，在不同時(shí)段可調(diào)配使用，如放散組人員在完成放散后可加入到巡線組。此外，還有其他輔助部門如安技部人員旁站。監(jiān)護(hù)工人的安全操作及相應(yīng)安全設(shè)施的配備。氮?dú)庵脫Q過程    對管線、閥門進(jìn)行巡查后，注氮組在注氮口與液氮瓶及氣化設(shè)備連接，控制溫度在5以上進(jìn)行充氮。放散組在放散口檢測氧含量。當(dāng)氧含量小于3%(檢測3次)即合格。然后進(jìn)行升壓，通常升至0.2MPa左右。液氮?dú)饣旰?，巡線組巡查管線，記錄壓力，保壓24h，并在關(guān)鍵部位檢漏

5、。    調(diào)壓站試壓應(yīng)做過程記錄，完成后通知調(diào)度中心，調(diào)度中心進(jìn)行3天的壓力監(jiān)測。2.4 天然氣置換操作人員配備    人員的配備與氮?dú)庵脫Q時(shí)基本相同，只是注氮組改為閥門操作組。要加強(qiáng)各操作人員之間的聯(lián)系，通過防爆對講機(jī)、手機(jī)、電話等方式，保證調(diào)度中心與閥門操作組、放散組等之間的通訊暢順。天然氣置換過程    (1) 置換前一天將氮?dú)鈮毫抵廖⒄龎?約5000Pa)，并在進(jìn)氣閥注臭口處注入四氫噻吩。置換開始前對閥門啟閉情況核查，各工作組各就各位，放散組將氮?dú)夥派⒅廖⒄龎骸?#160;  

6、; (2) 閥門操作組開啟進(jìn)氣閥，開啟時(shí)應(yīng)與調(diào)度中心配合，以控制流量。調(diào)度中心根據(jù)門站的瞬時(shí)流量，判斷流量是否在控制范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到最大流量的70%時(shí)通知閥門控制組。每5min10min與閥門操作組溝通一次，直至閥門全開。    (3) 放散組在放散點(diǎn)測量可燃?xì)怏w濃度，當(dāng)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到80%以后，并且在3min以內(nèi)至少3次檢測可燃?xì)怏w濃度在95%以上，就認(rèn)為純天然氣已經(jīng)到達(dá)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，天然氣氣頭通常在管道壓力升到0.3MPa左右時(shí)到達(dá)。    (4) 當(dāng)壓力到達(dá)0.5MPa時(shí)，現(xiàn)場指揮通知閥門操作組關(guān)閉進(jìn)氣閥門，穩(wěn)壓0.5h。巡線組對

7、管線進(jìn)行巡查，對關(guān)鍵部位進(jìn)行查漏，如無異常，打開進(jìn)氣閥，繼續(xù)升壓。    (5) 升壓時(shí)應(yīng)控制流量，減少對上游的影響。升至1.0MPa時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥，穩(wěn)壓0.5h。巡線組對管線進(jìn)行巡查，對關(guān)鍵部位進(jìn)行查漏，如無異常，打開進(jìn)氣閥，繼續(xù)升壓。重復(fù)以上步驟，升壓到1.5MPa，停止升壓，穩(wěn)壓查漏。如無泄漏，則天然氣置換、升壓結(jié)束。    (6) 24h內(nèi)壓力監(jiān)測記錄。    (7) 在整個(gè)升壓過程中調(diào)度中心應(yīng)對門站瞬時(shí)流量進(jìn)行監(jiān)控，與調(diào)壓器操作人員密切配合，將流量控制在可控范圍。2.5 置換后的監(jiān)測及總結(jié)

8、60;   在置換后的3天內(nèi)，調(diào)度中心應(yīng)對壓力監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，并做記錄，繪制壓力監(jiān)控圖。置換完成后各部門資料移交調(diào)度中心。調(diào)度中心做出置換總結(jié)。3 天然氣置換過程中的幾個(gè)關(guān)鍵問題3.1 解決流量可控問題    由于深圳次高壓管線采用的電動(dòng)閥為直埋式球閥，與中壓管網(wǎng)閘板閥不同的是，它只存在兩種閥位：開到位和關(guān)到位，因此，不能通過它來進(jìn)行流量控制。為解決流量可控的問題，可采取管線提前降壓運(yùn)行及通過閥門放散管上的截止閥進(jìn)氣的方式。進(jìn)氣閥詳見圖2。     解決流量可控問題時(shí)，應(yīng)注意管線壓力對流量控制的影響。實(shí)踐

9、經(jīng)驗(yàn)表明，已供氣次高壓管線的壓力越高，截止閥前后壓力差越大，截止閥的可控性難度越大，氣流聲越大，對截止閥可能會(huì)造成一定的損壞。我們分別在管線壓力為1.5MPa和0.8MPa下置換，在1.5MPa時(shí)，氣流聲大，閥門手感重，流量可控性差，在剛開始置換時(shí)很容易造成流速超出規(guī)范要求：當(dāng)壓差降到0.8MPa左右時(shí)，流速的可控性會(huì)好轉(zhuǎn)。在已供氣次高壓管段不長，次高壓管線壓力不要求穩(wěn)定在1.5MPa的情況下，可采用降壓置換，待已供氣管與將投產(chǎn)管壓力平衡后，采用全線升壓的方式。如已供氣管線長，升壓時(shí)間長，且需調(diào)節(jié)門站調(diào)壓器，則建議不采取降壓置換，而在1.5MPa進(jìn)行置換，只要調(diào)度中心與閥門操作組緊密配合，也可

10、以實(shí)現(xiàn)對流量的控制。3.2 置換時(shí)對流速(流量)的控制在解決了流量可控的問題后，需要制定流量控制的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，即在不同的管道壓力下流量應(yīng)控制的范圍，將規(guī)范要求的流速控制折成流量控制，按公式：     Z壓縮因子；    d置換管線段中，管徑較小的管道內(nèi)徑(m)；    V流速(m/s)，置換計(jì)算中按5m/s計(jì)；    P工況絕對壓力(Pa)；    Q流量(m3/h)；    Q標(biāo)流量(Nm3/h)；

11、0;   計(jì)算在不同管徑及不同壓力下的標(biāo)態(tài)流量，詳見表1。    通過SCADA系統(tǒng)對門站瞬時(shí)流量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，減去前一天對應(yīng)時(shí)段的瞬時(shí)流量，即可估算置換管段的流量。結(jié)合流量控制表，通過與閥門操作組的密切配合，共同實(shí)現(xiàn)流量(流速)的控制。表2是調(diào)度中心流量控制的監(jiān)控表。表1 天然氣置換流量控制表置換管段壓力(MPa)允許增加的最大流量(Nm3/h)DN300DN400DN5000.241816577105080.355698761139960.4696510957175040.5836913166210350.6977715380245720.7

12、1119317608281310.812615198463170711544824302388251.21837428905461801.5227743582857239注：當(dāng)不同管徑同時(shí)置換時(shí)，按小管徑要求控制流量。氣頭到達(dá)前按0.2MPa的30%流量控制。表2 天然氣置換階段流量壓力監(jiān)控表日期：*             填表人：*置換名稱寶安大道南線供氣門站安托山置換區(qū)域?qū)毎泊蟮?碼頭路-雙界河)、寶安調(diào)壓站支線、寶安調(diào)壓站進(jìn)氣閥門位置寶安大道閥室 

13、進(jìn)氣截止閥操作人 時(shí)間瞬時(shí)流量(Nm3/h)增加流量(Nm3/h)監(jiān)控點(diǎn)壓力(MPa)備注09:542355010000.007打開進(jìn)氣閥09:582423110200.013 10:052496410600.028  11:303029435000.327 11:353268644000.385 11:403427255200.408燃?xì)獾竭_(dá)，濃度66%11:453481664000.457 11:553590560100.486燃?xì)鉂舛群细?2:002819700.469關(guān)閉進(jìn)氣閥穩(wěn)壓，檢測臭劑合格12:46212327

14、000.468開進(jìn)氣閥升壓12:532226923000.542  13:32148825170.796關(guān)閉進(jìn)氣閥，打開隔斷閥(電動(dòng)閥)平衡壓力13:371116128540.804門站調(diào)壓，全線升壓14:1924789124290.851 14:2623805125120.851 14:3226671153250.871 14:3933649249800.919 14:4939593283471關(guān)隔斷閥，穩(wěn)壓15:261042915290.993開隔斷閥升壓15:3738446257351.033  16:434

15、1320249581.474升壓完畢，關(guān)隔斷閥穩(wěn)壓    表2是置換4kmDN500，2kmDN300的次高壓管線，在前一天為平衡日用氣量，已將全線壓力將至0.8MPa。從表中可見在門站調(diào)壓器調(diào)節(jié)升壓的過程中容易存在瞬時(shí)流量過高。超出規(guī)范要求的情況。如運(yùn)行管線長，即便選擇用氣低峰時(shí)段，升壓時(shí)間也較長，不建議專門為置換將全線壓力降低，再進(jìn)行全線升壓。    圖3和圖4分別為在1.5MPa和0.8MPa壓力下置換門站流量曲線示例。     可見在門站沒有設(shè)限流閥的情況下，通過進(jìn)氣閥控制流量置換比全線

16、降壓后置換更合理。升壓過程中調(diào)壓器的逐步升壓更易造成超流。3.3 保證新置換管道加臭量合格    天然氣中臭劑(如四氫噻吩)含量達(dá)標(biāo)是保障安全用氣的重要因素。國家規(guī)范對城市燃?xì)庵械某魟┖坑忻鞔_規(guī)定。通常為20mg/Nm3。如在門站按正常加臭量加臭，由于新投產(chǎn)管道有吸附作用，該置換管道內(nèi)氣體到達(dá)用戶時(shí)的含臭量將達(dá)不到規(guī)范要求：如在門站增加加臭量，則可能使在用管線含臭量過高，市民誤以為是泄漏，出現(xiàn)誤報(bào)率升高的情況，增加客服部門的工作量。    為解決該問題，我們決定在待投產(chǎn)天然氣次高壓管道進(jìn)氣口端(即用天然氣置換氮?dú)鈺r(shí)的天然氣進(jìn)氣端)加

17、臭。具體操作方式：在氮?dú)夥派⒅廖⒄龎簳r(shí)，按50mg/Nm3加臭量，提前從待投產(chǎn)天然氣次高壓管道進(jìn)氣閥注臭口注進(jìn)臭劑，利用置換時(shí)天然氣的流動(dòng)，將臭劑沿著待投產(chǎn)天然氣管道帶到下游，這樣既能保證含臭量，又可降低超標(biāo)臭劑的影響片區(qū)，同時(shí)可節(jié)省臭劑的用量。在注臭劑時(shí)應(yīng)全開球閥，拆下截至閥，避免臭劑腐蝕截止閥內(nèi)的密封部件。    在實(shí)際運(yùn)行過程中。我們發(fā)現(xiàn)新投產(chǎn)運(yùn)行管線中臭劑含量衰減嚴(yán)重，因此，在日常運(yùn)行中應(yīng)對門站、調(diào)壓站、中壓管網(wǎng)末端、客戶端的含臭量進(jìn)行定期檢測，及時(shí)調(diào)整門站加臭量，保證用戶用氣安全。4 調(diào)度中心在置換投產(chǎn)中的作用    深圳的

18、門站、高中壓調(diào)壓站、次高壓管線閥室均與SCADA系統(tǒng)連接。在調(diào)度中心，通過對運(yùn)行主要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，可提高管道運(yùn)行的安全性；同時(shí)，在置換過程中，調(diào)度中心利用SCADA系統(tǒng)及時(shí)了解管線的運(yùn)行狀態(tài)，并作為各部門、班組的信息溝通樞紐，及時(shí)將關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息反饋到作業(yè)班組，有力保證了置換的順利進(jìn)行。    (1) 作為信息中心，在置換前將置換管段的基礎(chǔ)信息提供給置換的相關(guān)部門，并初步做出置換作業(yè)圖、置換信息表，表中既有管段的概況也有管段關(guān)鍵點(diǎn)(指穿越重要河流、橋梁、鐵路及在施工中出現(xiàn)質(zhì)量問題返工的管段)的情況。在置換完成后，調(diào)度中心將移交資料存檔，并做置換總結(jié)。置換總結(jié)既是對資料的匯總分析，也是重要信息的積累，將在其后的日常運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。(2) 對調(diào)壓站氣密性試驗(yàn)、氮?dú)?、天然氣置換完成后的壓力進(jìn)行監(jiān)控，繪制壓力監(jiān)控圖，使泄漏得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。在1.84MPa的壓力下進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，法蘭墊片的微量泄漏在24h保壓下，不易發(fā)現(xiàn)，但通過SCADA系統(tǒng)2天3天的壓力曲線對比即可發(fā)現(xiàn)泄漏。圖5為金威調(diào)壓站氮?dú)庵脫Q后調(diào)壓站的進(jìn)站壓力監(jiān)控圖。從圖5中可見.在3天內(nèi)壓力從1.51MPa降至1.45MPa，存在微漏，通知場站運(yùn)行部檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)站閥門法蘭處微漏。