屈 威，劉亞賢，祝春強

(1.中國石油天然氣集團公司廣西石化公司儲運一部，廣西 欽州 535008；2. 中國石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運分公司，廣西 欽州 535000)

設(shè)備與自控

煉廠天然氣調(diào)壓站設(shè)計方案的確定

屈 威1，劉亞賢2，祝春強1

(1.中國石油天然氣集團公司廣西石化公司儲運一部，廣西 欽州 535008；2. 中國石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運分公司，廣西 欽州 535000)

天然氣以CNG的形式由外部管輸進入煉廠，要加以使用，需設(shè)置調(diào)壓站進行調(diào)壓至使用壓力。以安全有效為原則，對調(diào)壓站工藝流程認(rèn)真研究，對影響安全、平穩(wěn)運行的各種因素加以認(rèn)真分析，確定可靠、有效的方案，保證調(diào)壓站高效、安穩(wěn)長運行。

天然氣；調(diào)壓站；冰堵；凝析；加熱器；回路；放散閥；控制閥

1 煉廠天然氣調(diào)壓站方案確立的原則

目前，在世界范圍內(nèi)的能源供應(yīng)中，天然氣以約每年12%的高速增長，在如此快速發(fā)展的情況下，煉化企業(yè)利用該能源具有更加明顯的優(yōu)勢。天然氣的熱值能夠滿足煉廠作為燃料的要求。煉廠擁有獨立的燃料氣管網(wǎng)，只需將天然氣降壓到煉廠燃料管網(wǎng)壓力引入即可使用。這就需要在天然氣輸送管道與煉廠燃料氣管網(wǎng)之間設(shè)立調(diào)壓站，其作用是將前一級較高的進口壓力調(diào)節(jié)至下游所需的壓力，并能抵御波動的進口壓力及流量變化干擾，保持出口壓力為某一恒定值[1]。天然氣調(diào)壓站設(shè)立的原則是：安全，可靠/有效，高效。其中高效是成本最低產(chǎn)出最大化，因此調(diào)壓站設(shè)計方案的確定始終以此為主線。

2 調(diào)壓站方案的確定

2.1調(diào)壓站壓力控制系統(tǒng)的配置

設(shè)計規(guī)范對調(diào)壓站壓力控制系統(tǒng)的配置一般為：(1)安全切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓閥+工作調(diào)壓閥；(2)安全切斷閥+安全調(diào)壓閥+工作調(diào)壓閥；(3)安全切斷閥+工作調(diào)壓閥。

用戶也可以根據(jù)實際要求選擇其中一種或多種形式，因此調(diào)壓站的壓力控制系統(tǒng)要根據(jù)實際情況適當(dāng)增加一些相應(yīng)的設(shè)施，確保工藝運行靈活，系統(tǒng)安全。

2.2影響系統(tǒng)運行的因素

2.2.1 介質(zhì)物性

我國天然氣用量缺口較大，今后一段時間里天然氣的使用將會是多產(chǎn)地天然氣混合使用的情況。不同產(chǎn)地的天然氣物性不盡相同，尤其是重要的指標(biāo)如水露點、烴露點、組分中C1～C4摩爾百分比等。煉廠作為終端用戶有時無法控制和及時了解混合氣的物性變化，可能出現(xiàn)游離水的產(chǎn)生、天然水合物（又稱可燃冰）的生成等，結(jié)果將造成調(diào)壓閥“冰堵”現(xiàn)象及對管線的腐蝕，影響生產(chǎn)裝置燃料的供給，嚴(yán)重的會危及煉廠安全。

在降壓過程中，如果壓力降過大，由于焦耳-湯姆遜效應(yīng)，介質(zhì)溫度可能低于天然氣烴露點，產(chǎn)生天然氣水合物[2]。天然氣中雜質(zhì)H2S、CO2、N2和O2等可促進水合物生成，因此輸送以甲烷為主的CNG經(jīng)調(diào)壓站降壓時，必須防止天然水合物的形成以確保調(diào)壓設(shè)施運行平穩(wěn)。

2.2.2 調(diào)壓站的運行設(shè)備

調(diào)壓站中的相關(guān)設(shè)備對其運行有較大影響。

(1)過濾器。在進入調(diào)壓器前設(shè)置過濾器是防止雜質(zhì)堵塞調(diào)壓器，避免整個調(diào)壓站的失靈。調(diào)壓站中的調(diào)壓器一般采用自力式調(diào)壓器，要求雜質(zhì)顆粒直徑小于20μm即可，因此調(diào)壓站入口設(shè)置的過濾器過濾精度為20μm，可減少進氣壓力降同時避免因過高的過濾精度而帶來的過濾器造價的提高。

(2)閥門限流。天然氣經(jīng)節(jié)流后會出現(xiàn)降壓膨脹產(chǎn)生降溫的現(xiàn)象，被稱之為節(jié)流效應(yīng)[3]。為防止在閥門處出現(xiàn)節(jié)流情況，要求所有閥門閥體包括調(diào)壓閥、切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥等，工稱直徑與進口法蘭保持一致，不能使用縮徑閥體，防止發(fā)生溫降出現(xiàn)水合物現(xiàn)象。

(3)加熱器。天然氣在輸送調(diào)壓過程中最有害的情況是水合物的形成。天然氣冰堵的條件是：低溫高壓，有適量的水（不一定是游離水），存在水合物形成體。另外閥門節(jié)流、氣體高速攪動、游離水、硫化物、CO2等會促進水合物形成“冰堵”。冰堵現(xiàn)象在調(diào)壓站中最容易形成的部位是調(diào)壓閥門。同時多種天然氣混輸時存在多組分體系，在調(diào)壓站等溫降壓過程中會出現(xiàn)液體凝析現(xiàn)象即反凝析現(xiàn)象（也稱逆變現(xiàn)象）[4]。

由此要保證調(diào)壓站的安全平穩(wěn)運行，將天然氣進入調(diào)壓站的溫度提高到調(diào)壓后也高于水、烴露點，就可以解決上述問題。因此需在天然氣調(diào)壓站入口安裝加熱器。但要注意加溫后天然氣達到的溫度不能過高，滿足調(diào)壓器出口的溫度在表1[5]的范圍即可，避免過高的溫度對調(diào)壓器閥膜的損害。

表1 氣體生成水合物的臨界溫度 /℃

2.2.3 調(diào)壓站系統(tǒng)配置

調(diào)壓站中調(diào)壓器如果出現(xiàn)故障，將會引起供氣管網(wǎng)的供氣壓力超高或管網(wǎng)“空運行”及供氣壓力的波動。在煉廠中輕者引起生產(chǎn)裝置波動，大量不合格產(chǎn)品出現(xiàn)，影響生產(chǎn)系統(tǒng)平衡，重者會由于超壓造成設(shè)備破壞，或供氣不足引起終端裝置熄火，天然氣與空氣混合氣吸入管道引起爆炸等。因此調(diào)壓站系統(tǒng)的配置必須在安全可靠的原則下確定。

(1)系統(tǒng)流程。對于連續(xù)供氣的管線調(diào)壓基本采用雙回路或多回路并聯(lián)的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對于次高壓以上的調(diào)壓站采用壓力控制系統(tǒng)配置的方案，兩套并聯(lián)使用。鑒于天然氣在煉廠燃料系統(tǒng)使用壓力較低，調(diào)壓站的調(diào)壓值較大，為確保調(diào)壓閥運行可靠平穩(wěn)，避免因工作壓差過大造成閥門本體的損傷及供氣管網(wǎng)波動，在每一回路上設(shè)置采用二級調(diào)壓方式，使調(diào)壓的目標(biāo)值經(jīng)過調(diào)壓閥兩次分級降壓完成。同時在一、二級調(diào)壓閥之間設(shè)置自動控制閥，實現(xiàn)兩并聯(lián)回路的互相備用或兩回路每一級調(diào)壓閥互為備用。對于煉油企業(yè)燃料氣管網(wǎng)，為保證連續(xù)運行，除天然氣供氣外往往設(shè)有氣化液化氣等備用手段，為避免煉廠管網(wǎng)波動影響調(diào)壓系統(tǒng)，應(yīng)在放散閥后部設(shè)置單向閥。

(2)工藝參數(shù)設(shè)置原則。確立了工藝流程后，需對各回路設(shè)備參數(shù)予以確定。

在一個并聯(lián)兩級調(diào)壓回路中，主要有安全切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓閥、工作調(diào)壓閥、放散閥等設(shè)備。其中安全切斷閥的壓力設(shè)定值與放散閥的壓力設(shè)定值不能混淆，對于煉廠的燃料氣管網(wǎng)，控制的主要指標(biāo)是壓力穩(wěn)定不波動連續(xù)供氣。對于煉廠來說放散閥起跳排除的天然氣可排入火炬防空系統(tǒng)，不會加劇大氣環(huán)境污染。因此在壓力設(shè)定時宜采取放散壓力設(shè)置低于切斷閥壓力的設(shè)置[6]。放散閥應(yīng)采用小排量的安全放散閥[7]。

為保證調(diào)壓站連續(xù)平穩(wěn)運行，設(shè)備的壓力設(shè)置為：Pqs＞Pq＞Pf＞P2＞P2s[8]，其中：Pqs-備用支路切斷壓力；Pq-常用支路切斷壓力；Pf-放散壓力；P2-常用支路調(diào)壓器出口壓力；P2s-備用支路調(diào)壓器出口壓力。

互為備用支路壓力設(shè)有一定的差值，應(yīng)保證在下游煉廠燃?xì)夤芫W(wǎng)的使用壓力范圍內(nèi)，要求調(diào)壓器的選用要切實可靠，精度準(zhǔn)確（Sp=0.5%～1.5%）。

3 煉廠調(diào)壓系統(tǒng)方案確定

煉油廠其燃料氣管網(wǎng)壓力要求較低（0.5MPa左右），因此可以有2種以上手段保證管網(wǎng)壓力平穩(wěn)。根據(jù)煉廠的具體情況、目前天然氣的現(xiàn)狀，以及調(diào)壓設(shè)備的具體能力，遵守國家現(xiàn)行規(guī)范，并參考國外相關(guān)規(guī)范及資料，確定煉廠天然氣調(diào)壓站的工藝設(shè)計方案應(yīng)包括：

(1)采用并聯(lián)雙回路兩級調(diào)壓流程。兩回路設(shè)置為互相備用并達到兩回路中任意一級調(diào)壓可與另一回路同級調(diào)壓互備，大大提高調(diào)壓系統(tǒng)運行穩(wěn)定及連續(xù)運行。

(2)采取加熱器升溫的方法消除天然氣水合物的形成、凝析現(xiàn)象、反凝析現(xiàn)象發(fā)生。

(3)在進出調(diào)壓站口處設(shè)置ESD系統(tǒng)，保證安全。

(4)考慮到煉廠燃?xì)夤芫W(wǎng)可能出現(xiàn)的壓力波動，增加單向閥，減少對調(diào)壓器等調(diào)壓設(shè)備的影響。

(5)目前調(diào)壓設(shè)施設(shè)計規(guī)范按照天然氣管道相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，調(diào)壓站不設(shè)固定式可燃?xì)鈭缶坝卸居泻z測設(shè)施。煉廠內(nèi)調(diào)壓站應(yīng)按照GB 50493-2009《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測報警設(shè)計規(guī)范》執(zhí)行。

[1] 吳多勤，等.淺談燃?xì)庹{(diào)壓站安全裝置[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2006(7)：19-20.

[2] 周剛.天然氣調(diào)壓站工藝方案設(shè)計實踐[J].化學(xué)工程與裝備，2010(4)：70-71.

[3] 張鴻鵬，等.門站調(diào)壓節(jié)流引起管道低溫的分析[J].煤氣與熱力，2009，29(1)：B01-B04.

[4] 劉檣，等.天然氣水合物生成預(yù)測及防治技術(shù)[J].天然氣技術(shù)，2007(6)：67-69.

[5] 姚杰，等.天然氣水合物防治[J].廣州化工，2012，40(17)：31.

[7] 胡嶸.燃?xì)廨敋庹菊{(diào)壓系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置[J].上海煤氣，2012(5)：8-13.

[8] 許慶華.關(guān)于燃?xì)庹{(diào)壓站安全裝置的分析[J].經(jīng)濟技術(shù)協(xié)作信息：工程技術(shù)，2010（15）：214.

[9] 邵華.燃?xì)庹{(diào)壓站的安全裝置及其安全性分析[J].煤氣與熱力，2009，29(6)：B01-B04.

Design Scheme of Refinery Natural Gas Pressure Regulatory Station

QU Wei1, LIU Ya-xian2, ZHU Chun-qiang1
(1.Guangxi Petrochemical Company, CNPC, Qinzhou 535008, China; 2. South China Chemicals Marketing Company, CNPC, Qinzhou 535000, China)

TE 8

B

1671-9905(2014)02-0055-02

屈威(1966-)，碩士，高級工程師，畢業(yè)于撫順石油學(xué)院儲運專業(yè)，已在省部級刊物發(fā)表論文10余篇。電話：0777-3885135；E-mail: quwei@petrochina.com.cn

2013-12-09