場站輸氣工藝基礎(chǔ)

1、 田田 信信 新余分輸站新余分輸站 天然氣的物理性質(zhì)天然氣的物理性質(zhì)1 場站輸氣管道工藝設(shè)備分類場站輸氣管道工藝設(shè)備分類2 工藝閥門及參數(shù)工藝閥門及參數(shù)3主要內(nèi)容 調(diào)壓裝置調(diào)壓裝置4 閥門驅(qū)動形式閥門驅(qū)動形式5 操作控制原則操作控制原則6 設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)71.天然氣的物性 1.1 天然氣的特點與組成天然氣的特點與組成 天然氣泛指自然界的一切氣體，狹義則指采自地層的可燃?xì)怏w。石油工業(yè)中稱采自氣田或凝析氣田的可燃?xì)怏w為天然氣，又稱氣田氣；在油田中與石油一起開采出來的可燃?xì)怏w稱為石油伴生氣。 天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是可燃烴類氣體，包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，其中甲

2、烷比例占絕對優(yōu)勢，例如我國四川氣田天然氣甲烷含量一般不低于90%，此外，還可能含有少量二氧化碳、硫化氫、氮氣、水蒸氣以及微量的氦、氖、氬等氣體。在標(biāo)準(zhǔn)狀況（0及101325Pa）下,甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液態(tài)。1.天然氣的物性1.2 1.2 天然氣的密度天然氣的密度 單位體積氣體的質(zhì)量稱為密度。氣體的體積和壓力與溫度有關(guān)，說明密度時就必須指明它的壓力、溫度狀態(tài)。例如空氣在 P=101325pa，t=20時，密度1.206kg/m3；在P=101325pa，t=0時，1.2931kg/m3。如果不指明壓力，溫度狀態(tài)，通常就是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的參數(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，甲烷的密度為0.717k

3、g/m3，空氣的密度為1.2931 kg/m3，故甲烷的相對密度： 天然氣的相對密度一般為0.580.62，石油伴生氣為 0.70.85。*CH4= 0.7174/1.2931= 0.55481.天然氣的物性1.3 天然氣的粘度天然氣的粘度 當(dāng)兩層氣體相對運(yùn)動時，氣體的分子之間不僅具有與運(yùn)動方向一致的相對運(yùn)動而造成的內(nèi)摩擦，而且由于氣體分子無秩序的熱運(yùn)動，兩層氣體分子之間可以互相擴(kuò)散和交換。 當(dāng)流動速度較快的氣層分子跑到流速較慢的一層時，這些具有較大動能的氣體分子，將 使較慢的氣層產(chǎn)生加速的作用，反之流動速度較慢的氣層分子跑進(jìn)較快的氣層時，則對氣層產(chǎn)生一種阻滯氣層運(yùn)動的作用，結(jié)果兩層氣體之間就

4、產(chǎn)生了內(nèi)摩擦。 溫度升高，氣體的無秩序熱運(yùn)功增強(qiáng)，氣層之間的加速和阻滯作用跟著增加，內(nèi)摩擦也就增加。所以，氣體的粘度隨著溫度的升高而加大。1.天然氣的物性1.4 天然氣含水量天然氣含水量(濕度濕度 ) 天然氣在地層溫度和壓力條件下含有飽和水汽，天然氣的水汽含水量取決于天然氣的溫度、壓力和組成等條件。天然氣含水量，通常用絕對濕度、相對濕度和水露點來表示。 天然氣絕對濕度天然氣絕對濕度是指一立方米天然氣中所含水汽的克數(shù)，單位可用g/m3表示。 天然氣的飽和含水量天然氣的飽和含水量是指在一定溫度和壓力下，天然氣中可能含有的最大水汽量，即天然氣與液態(tài)平衡時的含水汽量。 天然氣相對濕度天然氣相對濕度是指

5、在一定溫度和壓力下，天然氣絕對濕度和飽和含水量之比。 天然氣水露點天然氣水露點是指天然氣在一定壓力下析出第一滴水時的溫度，即天然氣飽和水汽量對應(yīng)的溫度。在GB 50251-2003 輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范中作了明確規(guī)定：進(jìn)入輸氣管道的氣體水露點應(yīng)比輸送條件下最低環(huán)境溫度低51.天然氣的物性1.5 天然氣的熱值天然氣的熱值 天然氣作為燃料使用，熱值是一項重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。天然氣的熱值是指單位數(shù)量的天然氣完全燃燒所放出的熱量。天然氣主要組分烴類是由炭和氫構(gòu)成，氫在燃燒時生成水并被汽化，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，于是一部分燃料熱能消耗于水的汽化。消耗于水的汽化的熱叫汽化熱（或蒸汽潛熱）。將汽化熱計算在內(nèi)的熱值叫高

6、熱值（全熱值），不計汽化的熱值叫低熱值（凈熱值）。由于天然氣燃燒的汽化無法利用，工程上通常使用低熱值即凈熱值。 每立方米天然氣熱值在8000-10000大卡。 每立方米煤氣的熱值3000-4000大卡。 每公斤液化氣燃燒熱值為11000大卡。氣態(tài)液化氣的比重為2.5 kg/m3。每立方液化氣燃燒熱值為25200大卡。 每瓶液化氣重14.5kg，總計燃燒熱值159500大卡，相當(dāng)于20立方天然氣的燃燒熱值。1.天然氣的物性1.6 1.6 天然氣的可燃性限和爆炸極限天然氣的可燃性限和爆炸極限 可燃?xì)怏w與空氣混合（空氣中的氧為助燃物質(zhì)），遇到火源，可以發(fā)生燃燒或爆炸。 可燃?xì)怏w與空氣的混合物，對于敞

7、開系統(tǒng)，遇明火進(jìn)行穩(wěn)定燃燒?？扇?xì)怏w與空氣的混合物進(jìn)行穩(wěn)定燃燒時，其可燃?xì)怏w在混合氣體中的最低濃度稱為可燃下限，最高濃度稱為可燃上限，可燃上限與可燃下限之間的濃度范圍，稱之可燃性界限，即可燃性限。 可燃?xì)怏w與空氣的混合物，在封閉系統(tǒng)中遇明火可以發(fā)生劇烈燃燒，即發(fā)生爆炸。 可燃?xì)怏w與空氣的混合物，在封閉系統(tǒng)中遇明火發(fā)生爆炸時，其可燃?xì)庠诨旌蠚怏w中的最低濃度稱為爆炸下限，最高濃度稱為爆炸上限，爆炸下限與爆炸上限之間的可燃燒氣體濃度范圍，稱之為爆炸限。 有的可燃?xì)怏w的可燃性限與爆炸限是一致的，有的可燃?xì)怏w的爆炸限只是可燃性限內(nèi)的更小濃度范圍。一般情況下，可將爆炸限與可燃燒性限混用，即用可燃燒性限代替

8、爆炸限，這對于實際工作是適宜的，有利于安全生產(chǎn)。 壓力對于可燃燒氣體的爆炸限有很大影響，例如當(dāng)壓力低于 6665 帕?xí)r，天然氣與空氣的混合物，遇明火不會發(fā)生爆炸，而在常溫常壓下，天然氣的爆炸限為 515，隨著壓力的升高，爆炸限急劇上升，壓力為 1.5107帕?xí)r,天然氣的爆炸上限為 58% 。1.天然氣的物性1.7 天然氣輸送過程中的節(jié)流效應(yīng)天然氣輸送過程中的節(jié)流效應(yīng) 假如降低氣體的壓力而不釋放氣體的能量，而且氣體是理想的，狀態(tài)是絕熱的，那么系統(tǒng)的總能量保持不變。也就是說，狀態(tài)變化屬于等焓變化，氣體的溫度也保持不變。然而假如上述變化的氣體是真實氣體，那么其容積變化將不同于理想氣體的情況，其內(nèi)能和

9、溫度將發(fā)生變化。氣體在流道中經(jīng)過突然縮小的斷面（如管道上的針形閥、孔板等），產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流，使壓力下降，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流。 節(jié)流效應(yīng)又稱為焦耳-湯姆遜效應(yīng)。溫度下降的數(shù)值與壓力下降數(shù)值的比值稱為節(jié)流效應(yīng)系數(shù)，又稱焦耳-湯姆遜效應(yīng)系數(shù)。 節(jié)流效應(yīng)系數(shù)的意義是：下降單位壓力時的溫度變化值。它隨壓力、溫度而變。 在氣田上，壓力較高，天然氣的節(jié)流效應(yīng)系數(shù)一般為34/ MPa。干線輸氣管道上，壓力較低，一般為 2.53.0/ MPa 。1.天然氣的物性 1.8 1.8 水合物及其形成條件水合物及其形成條件 水合物又稱水化物，是天然氣中某些組分與水分在一定溫度、壓力條件下形成的白色晶體，外觀類似密致的冰雪

10、，密度為 0.880.90 gcm3 。 形成水合物的條件：必要條件：氣體處于水汽的飽和或過飽和狀態(tài)并存在游離水；有足夠高的壓力和足夠低的溫度。 輔助條件如壓力的脈動，氣體的高速流動，流向突變產(chǎn)生的攪動、彎頭、孔板、閥門、粗糙的管壁等。 1.8.11.8.1防止水合物形成的方法防止水合物形成的方法防止水合物的形成不外乎破壞水合物形成的溫度、壓力、和水分條件，使水合物失去存在的可能。這類方法很多，主要有：1.天然氣的物性（1）加熱 給氣體或輸氣管道上可能形成水合物的地段加熱，使氣體溫度高于水合物形成的溫度。該法在干線輸氣管道上是不宜采用的，因為它會降低管道的輸氣能力。在礦場集氣站 或城市配氣站中

11、，壓降主要消耗在節(jié)流上，節(jié)流前后，溫度下降很多，加熱就成了這些 地方防止水合物形成的主要方法。（2）降壓 壓力降低而溫度不降，也可使水合物不致形成。很明顯，這個方法主要用于暫時解除某些管線上形成的冰堵。此時，將氣體放空，壓力急劇下降，已形成的水合物將會 分解。干線輸氣管道的最低溫度可能接近 0，而相應(yīng)的水合物形成壓力范圍在 1.01.5MPA，但輸氣管道上最優(yōu)輸送壓力在 5.07.0MPA，使用降壓的方法是無效的。1.天然氣的物性（3）添加抑制劑 在被水飽和的天然氣中加入抑制劑，吸收部分水蒸氣，并將其轉(zhuǎn)移至抑制劑的水溶液中。天然氣中水蒸氣分壓低于水合物的蒸氣壓后，就不會形成水合物。經(jīng)常采用的水

12、合物抑制劑（又稱防凍劑）有甲醇 、乙二醇 、二甘醇 、和三甘醇 等，也有用氯化鈣的。（4）干燥脫水 氣體在長距離輸送前脫水是防止水合物形成最徹底、最有效的方法，應(yīng)用也最多。 脫水后氣體的露點應(yīng)低于輸氣溫度 510，使氣體在輸送的壓力、溫度條件下，相對 濕度保持在 6070即可。2. 輸氣管道工藝設(shè)備分類工藝閥門分離設(shè)備收發(fā)球設(shè)備調(diào)壓設(shè)備緊急截斷設(shè)備壓力容器自動驅(qū)動裝置其它設(shè)備3. 工藝閥門及參數(shù)3.1 3.1 工藝閥門按用途和作用分類工藝閥門按用途和作用分類閥門的分類：碟閥、閘閥、截止閥、止回閥、球閥、旋塞閥、隔膜閥、夾管閥、安全閥、減壓閥截斷閥類：閘閥、截止閥、球閥、碟閥、旋塞閥、隔膜閥止回

13、閥類：止回閥調(diào)節(jié)閥類：減壓閥、調(diào)壓閥、節(jié)流閥安全閥類3. 工藝閥門及參數(shù)3.2 3.2 工藝閥門按壓力、工作溫度、閥體材料分類工藝閥門按壓力、工作溫度、閥體材料分類按壓力分類：真空閥、低壓閥（1.6MPa）、中壓閥（2.56.4MPa）、高壓閥（10.080MPa）、超高壓閥按介質(zhì)工作溫度分類：高溫閥（450）、中溫閥（120450）、常溫閥（-40120）、低溫閥（-100-40）、超低溫閥按閥體材料分類：非金屬閥門、金屬材料閥門。3. 工藝閥門及參數(shù)3.3 3.3 工藝閥門公稱通徑工藝閥門公稱通徑公稱通徑用作參考的經(jīng)過圓整的表示口徑大小的參數(shù)，用“DN*”表示，如：DN200公稱通徑系列規(guī)

14、定123456810152025324050658010012515017520022525030035040045050060070080090010001100120013001400150016001800200022002400260028003000320034003600380040003. 工藝閥門及參數(shù)3.4 3.4 公稱壓力公稱壓力公稱壓力經(jīng)過圓整過的表示與壓力有關(guān)的數(shù)字標(biāo)示代號，如:PN6.3MPa或Class400。磅級與公稱壓力的對稱關(guān)系磅級Class15030040060080090015002500公稱壓力PN(MPa)1.6、2.02.5、4.0、5.06.310

15、1525423. 工藝閥門及參數(shù)3.5 3.5 各類閥門的特點各類閥門的特點球閥90度開關(guān)、啟閉迅速、啟閉所需力矩小、密封性好旋塞閥結(jié)構(gòu)簡單、流體阻力小、啟閉快速、啟閉力矩大、密封面大截止閥結(jié)構(gòu)簡單、密封面不易損傷、啟閉力矩大、流體阻力大、一般流體只能單向流動閘閥流體阻力小、啟閉力矩小、介質(zhì)流動方向不受限制、結(jié)構(gòu)長度短、密封性能好、密封面易損傷、啟閉時間長高度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜3. 工藝閥門及參數(shù)3.6 3.6 閥門與配管的連接形式閥門與配管的連接形式 焊接 法蘭連接（平面、凸面、凹凸面、環(huán)連接面） 承插焊接 螺紋連接3. 工藝閥門及參數(shù)3.7 3.7 故障和排除方法故障和排除方法故障現(xiàn)象原因排除方

16、法閥桿轉(zhuǎn)動不靈上密封壓得過緊。松動螺母重新調(diào)整。閥桿與其配合部位有損傷或積有污物。拆開修整或清除污物。開關(guān)次數(shù)過多或球體表面有污物。拆開清洗，排除污物球體與密封圈的密封面之間或密封圈底面與閥體處有滲漏。預(yù)緊力不夠。增加預(yù)緊力。密封面有損傷或污物。重新修整或研磨密封面并清除污物。密封面變形或失效。更換密封圈。3. 工藝閥門及參數(shù)填料處滲漏（帶填料函的閥門）填料壓緊力不夠。重新調(diào)整填料壓蓋螺母填料使用過久，失效更換填料上密封滲漏（不帶填料函閥門）密封面未壓緊重新調(diào)整螺釘O型圈使用過久，失效更換O型圈中法蘭處滲漏中法蘭螺栓松動。重新均勻擰緊螺母墊片使用過久，失效更換填料墊片O型圈使用過久，失效更換O

17、型圈閥座泄漏閥門未完全關(guān)閉操作閥門至全關(guān)位置；關(guān)斷并排放閥門確保泄漏已停止操作器限位器設(shè)定不恰當(dāng)適當(dāng)調(diào)節(jié)操作器限位器；關(guān)斷并排放閥門確保泄漏已停止閥座環(huán)運(yùn)行不正常清洗沖刷閥座環(huán)3. 工藝閥門及參數(shù)閥桿泄漏閥桿螺釘或螺母松動擰緊閥桿螺釘或螺母阻止泄漏，但請勿超過閥門允許的扭矩值。閥桿密封損壞更換閥桿密封；通過閥桿注入口注入少量密封脂。閥門難于操作操作器故障維修操作器因管線污染而造成的閥座區(qū)域的阻塞清洗閥座區(qū)域閥桿螺釘或螺母太緊松動閥桿螺釘或螺母；關(guān)閉閥門；緊固螺釘或螺母到適當(dāng)?shù)呐ぞ刂?。注脂孔嘴泄漏注脂嘴有碎屑向注脂嘴注入少量清洗液洗去碎屑注脂嘴損壞安裝一個輔助注脂口；當(dāng)管線泄壓后，用新注脂口替換

18、已損壞的注脂口接頭密封損壞更換密封。4.調(diào)壓裝置4.1 4.1 調(diào)壓設(shè)備調(diào)壓設(shè)備 軸流式調(diào)壓閥 自力式調(diào)壓閥 手動調(diào)壓裝置4.2 4.2 調(diào)壓原理調(diào)壓原理 通過改變調(diào)壓裝置內(nèi)部的流通面積的大小來改變調(diào)壓裝置的流通系數(shù)，從而改變調(diào)壓裝置的CV值，即增加或減少通過調(diào)壓裝置的流量。4.調(diào)壓裝置4.3 緊急截斷設(shè)備緊急截斷設(shè)備緊急截斷設(shè)備的特點 自動檢測管線壓力、自動動作 關(guān)斷迅速 關(guān)斷嚴(yán)密緊急截斷閥組結(jié)構(gòu)形式與軸流式調(diào)壓設(shè)備相同5. 閥門驅(qū)動形式機(jī)械驅(qū)動機(jī)械驅(qū)動氣動驅(qū)動氣動驅(qū)動 液壓驅(qū)動液壓驅(qū)動氣液聯(lián)動氣液聯(lián)動電動驅(qū)動電動驅(qū)動 電液聯(lián)動電液聯(lián)動其它驅(qū)動形式其它驅(qū)動形式6. 操作控制原則 天然氣管道全線的