天然氣工藝系統(tǒng)主要設備介紹

城市天然氣系統(tǒng)工藝主要設備城市天然氣輸配系統(tǒng)一般包括門站、高壓管道、高中壓調壓站、儲配站中壓管網、中低壓調壓設備、SCADA等組成。一、門站門站主要功能負責接收長輸管線分輸站來氣，一般經過濾、檢測、計量、加臭后進入城市高壓管道。其主要設備包括過濾器、流量計、加臭裝置、清管器發(fā)送器、檢測設備及監(jiān)控系統(tǒng)等組成。過濾器主要作用過濾上游來氣雜質。應選擇維修時便于操作、便于更換濾芯的臥式帶快開盲板的高效過濾器。流量計主要作用核對上游供氣量。其選擇應盡量與分輸站流量計形式相同。分輸站一般選用測量范圍大、測量程度高、免于維護的超聲波流量計。加臭裝置主要作用向天然氣管道中加入一定量的臭味劑，在有天然氣泄漏時使人能夠察覺到。天然氣加臭劑一般為四氫噻吩（THT），加入量一般為20mg/m3。加臭裝置正常工作應為自動的，根據天然氣流量按設定的每立方米天然氣加入THT量自動加入。按加入原理可分為泵入和差壓式。清管器發(fā)送器當高壓管道內雜質較多，影響其輸氣能力需對高壓管道清管時，啟用門站內清管器發(fā)送裝置，將清管器發(fā)送至高壓管道。檢測設備主要作用檢測化驗分輸站供應的天然氣質量。主要設備為實流在線的氣相色譜分析儀、h2s檢測儀和灰塵檢測儀等。監(jiān)控系統(tǒng)門站作為獨立的場站，為確保安全運行，設置自動控制系統(tǒng)和可燃氣泄漏濃度檢測系統(tǒng)，通過RTU向調度中心傳送。主要監(jiān)測參數：壓力、溫度、流量、壓差、加臭量、閥門狀態(tài)。二、高壓管道根據高壓管道的設計壓力和埋設地段等級劃分，進行高壓管道設計（主要包括管材、壁厚等）。高壓管道采用鋼管應符合《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術條件》GB/T9711.1的規(guī)定。鋼管直管段計算壁厚：PD0 2o?FsP—設計壓力（MPa）D一外徑（mm）6—計算壁厚Qs—最低屈服強度（MPa）s申一焊縫系數F—強度設計系數：一級地區(qū)：0.72二級地區(qū):0.6三級地區(qū)：0.4四級地區(qū)：0.3地區(qū)等級的劃分管道中心線兩側各200m范圍內任意劃分1.6公里長并能包括供人居住的獨立建筑物數量的地段。一級：G2戶二級：<80戶四級：地上四層或四層以上建筑物普遍且占多數。三級：二級與四級之間鋼級對應關系GB/T9711.1API5l210AL245BL290X42L320X46L360X52L390X56L415X60L450X65L485X70L555X80燃氣管道最小公稱壁厚計算壁厚按鋼管標準規(guī)格向上選取鋼管的公稱壁厚，最小公稱壁厚不應小于:DN100—DN150—4.0mmDN200—DN300—4.8mmDN350—DN450—5.2mmDN500—DN550—6.4mmDN600—DN900—7.1mmDN950—DN1000—8.7mm高壓管道附屬設施高壓管道附屬設施主要為分段閥門，分段閥門可采用電動球閥、氣動球閥、氣液聯(lián)動球閥等，閥門可設地上或地下。調度中心可進行遙測、遙控。三、高中壓調壓站高中壓調壓站的作用是將高壓管道來氣調壓至中壓。工藝主要設備有過濾器、調壓器、流量計和相應閥門等。過濾器選擇結構簡單、維修方便、帶快開啟板出管的立式或臥式過濾器。調壓器一般選用調壓精度高、安全保護性能強、噪音低的進口產品。流量計高中壓調壓站計量的作用是為調度提供參考數據，因此一般不需計量精度高、投資大的超聲波流量計，選用價格較低的渦輪流量計。閥門選用操作快捷、方便的球閥（手動和電動）。四、儲配站由于天然氣門站接收長輸管線分輸站來氣壓力較高，因此城市調峰儲配站內儲氣設施一般選用高壓球罐儲氣較為經濟合理。儲配站主要設備詳見《天然氣高壓儲配站主要設備》。五、中壓管網管材我國城市中壓管網的最高運行壓力為0.4MPa，—般城市運行壓力0.2MPa，所用管材有鋼管（螺旋焊、直縫焊）PE管、球墨鑄鐵管和少量鋼骨架聚乙烯復合管等。鋼管應符合《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術條件》GB/T9711.1-1997和《低壓流體輸送用焊接鋼管》GB/T3091的規(guī)定。PE管應符合《燃氣用埋地聚乙烯管材》GB15558的規(guī)定。機械接口球墨鑄鐵管應符合《水及燃氣管道用球墨鑄鐵管、管件和附件》GB/T13295的規(guī)定。鋼骨架聚乙烯塑料復合管應符合《燃氣用鋼管架聚乙烯塑料復合管》CJ/T125的規(guī)定。閥門推薦選用占用空間小、免于維護且地上操作的直埋式閘閥。六、中低壓調壓設施在環(huán)境條件較差時，采用中低壓調壓柜、調壓箱是一種較為經濟適用的形式，具有占地少，與周圍其他建、構筑物水平凈距小，便于實施等優(yōu)點。中低調壓柜距建筑物外墻4.0m，距重要公共建筑物8.0m，距城鎮(zhèn)道路1.0m即可滿足規(guī)范要求。調壓箱可安裝在用氣建筑物的外墻上或懸掛于專用支架上，距建筑物門、窗等水平凈距最大不應小于3.0m。中低壓地下調壓箱距建筑物外墻3.0m，距重要公建6.0m。調壓柜（箱）應具有超壓切斷自動安全保護的功能。國內外城市天然氣管網技術特點一、國外城市天然氣管網技術特點國外使用天然氣的大城市一般都由天然氣長輸管道供氣。長輸管道到達城市前在郊區(qū)設置1個或幾個門站，做為城市天然氣的氣源站。典型城市洛杉磯、多倫多、溫哥華、香港等。1.管道壓力級制(MPa)名稱長輸管道外環(huán)高壓管道市區(qū)次高壓管道中壓管道低壓管道洛杉磯5.93?7.173.171.380.138-0.410.002溫哥華6.623.451.200.410.0138多倫多9.651.9?4.481.20.410.0017香港—3.50.4?0.70.24?0.40.0075?0.240.0075①外環(huán)高壓管道從門站出來的高壓輸氣管道分布在城市外圍，其壓力1.9?4.48MPa,環(huán)狀或支狀布局。我國香港新界3.5MPa。市區(qū)內次高壓管道從市區(qū)外圍的高壓管道通過調壓站降壓后進入市區(qū)內次高壓管道，一般次高壓管道壓力1.2?1.38MPa，我國香港本島為0.7MPa。中壓管道中壓管道的壓力大多為0.4MPa(60PSI),我國香港中壓管道壓力最高為0.24MPa。供氣方式高壓輸氣、中壓配氣、低壓供氣方式。管道的敷設(1)敷設在高速公路以外的地區(qū)，外加套管可橫穿高速公路。(2)可以沿道路橋梁敷設，不受壓力管道限制，但需考慮管道強度設計系數。(3)燃氣管道在車行道下最小復土深度為0.9m。(4)鋼管防腐：除采用絕緣防腐外層外，另加陰極保護。因為天然氣的凈水，管道內部不做防腐處理。(5)因天然氣為干氣，管道一般不設凝水缸。(6)DN200以下，壓力＜0.4MPa的燃氣管道主要采用PE管。儲氣形式洛杉磯、多倫多采用地下儲氣庫儲氣。溫哥華采用天然氣液化(LNG)儲氣。香港采用輸氣干管儲氣。調壓站(1)大、中型調壓站大、中型調壓站大多以露天設置，調壓裝置區(qū)外設圍墻、護欄，也有采用鐵絲網罩予以保護。(2)小型調壓站落地式調壓柜地下調壓柜用戶調壓裝置：調壓器、煤氣表設置于建筑外墻外。二、國內城市天然氣管網技術特點國內大城市天然氣輸配系統(tǒng)一般門站、高壓外環(huán)、高中壓調壓站、儲配站、中壓管網、中低壓調壓設施等。管道壓力級制（MPa）根據《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB50028-932002年局部修訂條文，城市燃氣管道按設計壓力分為7級。高壓燃氣管道A:2.5<P<4.0高壓燃氣管道B:1.6<P<2.5次高壓燃氣管道A:0.8<P<1.6次高壓燃氣管道B:0.4<P<0.8中壓燃氣管道A：0.2<P<0.4中壓燃氣管道B：0.01<P<0.2低壓燃氣管道：P<0.01《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB50028-93（98年版）城市燃氣管道壓力分為5級。2002年局部修訂條文與之比增加了高壓A、B乙級，使城市燃氣管道壓力升至4.0MPa,同時相應提高了低壓管道的壓力。修訂的目的是配合我國“西氣東輸”的戰(zhàn)略決策，使相應用氣城市天然氣工程設計有規(guī)可依。典型城市天然氣系統(tǒng)的舉例長沙為湖南省省會，全省政治、經濟、文化和科教中心，現狀市區(qū)建成面積120平方公里，市區(qū)人口175.5萬人。城市總體規(guī)劃近期至2005年控制用地200平方公里，規(guī)劃人口220萬人，遠期規(guī)劃至2020年，規(guī)劃建設用地350平方公里，人口350萬人，屬大型城市。根據長沙市天然氣利用工程可研，其天然氣輸配系統(tǒng)具有國內城市天然氣輸配系統(tǒng)的典型屬性。長沙市天然氣輸配系統(tǒng)的組成長沙市天然氣輸配系統(tǒng)主要由門站、高壓管道、高中壓調壓站、高壓球罐儲配站、中壓管網、中低壓調壓設施、數據采集及控制系統(tǒng)（SCADA）等組成。（1）門站負責接收長輸管線分輸站來氣，經過濾、檢測、計量、加臭后進入高壓管道。（2）高壓管道布置城市外圍，起輸氣兼一定儲氣的作用。根據分輸站來氣壓力為1.5±0.1MPa，確定高壓管道的設計壓力為2.5MPa，DN600,屬高壓B級。（3）高中壓調壓站將高壓管道天然氣調壓至中壓（調壓站最高進氣壓力1.6MPa，出口壓力0.2MPa），調壓、計量區(qū)為露天的設置。（4）中壓管道中壓管道最高工作壓力0.2MPa，設計壓力為0.4MPa，屬中壓A級。（5）高壓球罐儲配站根據高壓管網運行壓力以及球罐設計技術條件、經濟因素，確定選設計壓力1.36MPa，單罐容積5000ms高壓球罐7臺。用氣較低峰時儲氣，用氣高峰時出氣。（6）中低壓調壓設施包括調壓柜、調壓箱，由中壓最高0.2MPa調壓至低壓。（7）原煤制氣區(qū)鑄鐵管的利用原煤制氣鑄鐵管接口型式為機械柔性N型接口，丁腈橡膠圈密封，設計壓力0.15MPa，現運行壓力0.07MPa。為充分利用現有鑄鐵管，天然氣進入長沙后采取中中壓調壓措施，使之轉換成輸送天然氣的需要。原區(qū)域運行壓力與之以外區(qū)域采取不同的運行壓力級制。（8）SCADA系統(tǒng)為了提高輸配系統(tǒng)的管理水平，達到安全、可靠供氣且有預測分析運行工況，合理調度供氣，輸配系統(tǒng)設置SCADA系統(tǒng)。調度中心監(jiān)控主要內容有門站、儲配站、高中壓調壓站、用氣量較大用戶調壓站及高壓管道、中壓管道代表性監(jiān)測點。調度中心對被訪問的參數進行隨時采集和監(jiān)控，實時數據通過系統(tǒng)進行處理、儲存，實現對輸配系統(tǒng)的監(jiān)控和調度管理。三、國內外城市天然氣輸配系統(tǒng)的主要差異國內外輸配管道的壓力級制不論是高壓、次高壓、中壓、低壓無大差別，且供氣方式基本相同。其主要差異是儲氣方式的不同。國外大城市儲氣調峰措施一般由地下儲氣庫或低溫液化天然氣站解決，而我國基本上由城市儲配站（高壓球罐或低壓儲氣罐）解決調峰。產生這種差異的主要原因管理體制和運行模式不同造成的，我國應當學習國外運行模式，由長輸管線部門采取相應儲氣措施解決各用氣城市的調峰問題?？纱蟠鬁p少各城市天然氣工程的投資。天然氣高壓儲配站工藝主要設備天然氣高壓儲配站主要功能是用氣高峰時向高壓管道供氣，用氣較低峰時向站內高壓球罐儲氣，一般儲配站還具有向附近中壓管網供氣的功能高壓儲配站主要設備有高壓球罐、過濾器、調壓器、引射器、清管器接收裝置以及相應閥門等。一、天然氣球罐球罐的選擇應根據高壓管道的運行壓力和高壓管道有效儲氣量，經技術經濟方案比較而定。1.球罐技術參數公稱容積球內直徑球殼材料設計壓力球殼厚度單球重量3000m318mCF-621.6MPa38mm325t4000m319.7mCF-621.45MPa38mm390t5000m321.2mCF-621.36MPa38mm475t6000m322.6mCF-621.27MPa38mm540t8000m324.8mCF-621.16MPa38mm635t10000m326.8mCF-621.07MPa38mm765t2.技術參數的確定(1)設計主要依據：《鋼制球形儲罐》GB12337-1998;《鋼制壓力容器》GB150-1998;《球形儲罐施工及驗收規(guī)范》GB50094-98(2)球殼材料CF-62為抗拉強度為610MPa的高強鋼，國內鋼號07MnCrMoVR，國外鋼號各公司不同。由于目前國產CF-62鋼板寬度相對較窄，故3000m3以上的球罐所需CF-62鋼板需還引進為好。(3)設計壓力與設計壁厚對于CF-62主要是將球殼厚度控制在不作整體熱處理的厚度范圍，因此該設計壓力并不是相應容積下設計壓力極限。根據《鋼制球形儲罐》GB12337-1998和《球形儲罐施工及驗收規(guī)范》GB50094-98的規(guī)定，符合下列情況之一的球罐所在壓力試驗之前進行焊后整體熱處理：設計圖樣要求進行焊后熱處理者。盛裝LPG、液氨等具有應力腐蝕介質的球罐。c?當焊前預熱1009及以上時，名義厚度大于38mm的碳素鋼球罐和07MnCrMoVR鋼制球罐。d?當焊接預熱1009及以上時，名義厚度大于32mm的15MnCrMoVR（名義厚度指設計厚度+鋼板厚度負偏差后向上圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，不包括加工裕量）。（4） 設計溫度及適應溫度最低設計溫度：10年來氣象局實測逐月平均最低氣溫的最低值（指當月各天的最低氣溫值相加后除以當月的天數），對于環(huán)境溫度低于-209的地區(qū)CF-62不適用，需選用低溫容器鋼板。（5） 安全閥的開啟壓力球罐的設計壓力不低于最高工作壓力，當球罐安裝多個安全閥時，其中一個安全閥的開啟壓力不應大于球罐的設計壓力，其余安全閥啟壓力不得超過設計壓力的1.05倍。壓力試驗和氣密性試驗除設計圖樣有規(guī)定外，不得采用氣體代替液體進行壓力試驗，設計圖樣規(guī)定進行氣壓試驗的球罐，氣密性試驗可與氣壓試驗同時進行。（1）壓力試驗液壓試驗碳素鋼試驗用水溫度不得低于59,其它低合金鋼球罐試驗用水溫度不得低于159。一般試驗壓力不小于球罐壓力的1.25倍。氣壓試驗氣壓試驗一般選用空氣作為試壓介質，特殊要求時亦可采用n2或其它情況氣體。由于氣體具有可壓縮性,因而氣壓試驗具有一定的危險性,為了提高在氣壓試驗過程中的安全性,升壓至試驗壓力的10%、50%時保持10min進行相應觀察、檢察無異?，F象后,再以10%的試驗壓力為級差,逐次升壓至試驗壓力，并保持30min后，降至設計壓力進行檢查，無泄漏、無異常為合格。（2）氣密性試驗氣密性試驗是檢驗球罐嚴密性的重要手段，氣密性試驗在壓力試驗合格后進行。其介質采用空氣或N2，介質溫度不得低于59。球罐可不設置固定水噴淋冷卻裝置根據《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB50028-93，2002年局部修訂條之天然氣球罐可不設固定水噴淋冷卻裝置。天然氣球罐的儲氣容積是固定的，其儲氣量隨儲氣壓力變化而變化。從燃氣介質的性質看，與液態(tài)液化石油氣有較大的差別。天然氣儲罐內介質為單相介質，儲存中無相變。即使火災時著火部位對罐內介質影響較小，其滿度、壓力不會發(fā)生較大變化。因此，天然氣氣體、球罐可以不設置固定水噴淋冷卻裝置。過濾器主要作用過濾高壓管道來氣雜質，防止雜質進入球罐和損壞閥門等設備過濾器應選擇維修時便于操作，便于更換濾芯的臥式帶快開盲板的過濾器。調壓器由于儲配站具有向附近中壓管網供氣的功能，主要目的是為了增大球罐有效儲氣量，使球罐內無法輸入到高壓管道的部分底氣進入中壓管網。目前設計一般選用進口產品，進口調壓器具有調壓精度高、安全保護性能強等優(yōu)點。引射器主要作用是當球罐檢修時，利用高壓來氣將罐內剩余底氣引射至中壓管網，以減少放散量。一般儲配站設1臺引射器。清管器接收裝置當高壓管道因雜質較多，影響輸氣能力時，需進行清管，儲氣站內清管器接收裝置主要作用是接收門站發(fā)射器的清管器。閥門站內主要操作閥一般選用球閥（包括手動球閥和電動球閥），為防止站外高壓管道壓力與球罐壓力相差較大時，天然氣進罐和出罐對高壓球罐產生不利影響，在球罐進、出口設自動調節(jié)閥。城市天然氣設計思路以城市總體規(guī)劃為依據，統(tǒng)籌考慮，近遠結合，以近期為主，為遠期留有一定發(fā)展余地。供氣對象遵照市場經濟規(guī)律，做好市場調研，根據市場需求確定供氣對象。供氣規(guī)模（1）年用氣量根據確定的供氣對象和供氣對象的耗氣量確定工程年供氣規(guī)模。（2）計算流量根據各供氣對象的用氣規(guī)律，確定其月不均勻系數、日不均勻系數和小時不均勻系數，確定各類用戶的計算流量。中壓管網（1）布置根據供氣對象的分布，確定中壓管網的布置。（2）管徑根據供氣對象計算流量和中壓管網氣源點，通過中壓管網的水力計算，確定中壓管道管徑。（3）管材可選用的管材有鋼管PE管、球墨鑄鐵管、鋼管架聚乙烯塑料管。鋼管常用螺旋焊接鋼管、直縫焊接鋼管。根據比較DN>200采用鋼管比PE管經濟。PE管根據《聚乙烯燃氣管道工程技術規(guī)程》CJJ63-95的規(guī)定，工作溫度0<t<209時SDR11PE管允許工作壓力0.4MPa,20<t<309時SDR11PE管允許工作壓力0.2MPa。DN<200的管道采用PE管較為經濟。機械柔性接口球墨鑄鐵管其優(yōu)點不像鋼管必須進行絕緣外防腐和陰極保護，鋼管和球墨鑄鐵管綜合造價相當，有的城市的中壓管道也采用球墨鑄鐵管。鋼管架PE管因其造價比鋼管、PE管、球墨鑄鐵管高些，且為新產品，尚未廣泛使用。（4）閥門推薦使用免于維護、占地小的直埋閥。門站（1） 根據長輸管線走向和城市總體規(guī)劃的空間結構，選擇門站站址。（2） 根據城市供氣規(guī)模確定門站供氣規(guī)模。（3）根據門站供氣規(guī)模確定站內設備。且應當考慮發(fā)展預留。高中壓調壓站根據中壓管網布局，兼顧遠期發(fā)展需要和用氣規(guī)模，確定高中壓調壓站數量及分布。通過中壓管網的水力計算，確定每座高中壓調壓站的設計規(guī)模。高壓管線（1）走向根據供氣范圍、高中壓調壓站分布以及城市道路情況，確定高壓管線走向。（2）管徑根據門站出口壓力，高中壓調壓站的分布等，通過高壓管道高低峰水力計算，確定高壓管道的管徑（即要滿足低峰從門站至儲配站輸氣的需要，又要滿