侯超波 劉釗 王旭

摘 要：干線截斷閥在長輸天然氣管道中運(yùn)用十分廣泛，近年來由Shafer氣液聯(lián)動機(jī)構(gòu)失效導(dǎo)致的干線截斷閥異常關(guān)斷事件時有發(fā)生，對長輸天然氣管道平穩(wěn)運(yùn)行造成重要影響?；诖?，在介紹干線截斷閥組成結(jié)構(gòu)和動作原理的基礎(chǔ)上，選取典型案例探討干線截斷閥關(guān)斷事件原因及其處理要點(diǎn)，最后并提出相應(yīng)的干線截斷閥維檢修建議。

關(guān) 鍵 詞：長輸天然氣管道；干線截斷閥異常關(guān)斷；維檢修建議

中圖分類號：TE 832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）10-2472-03

Analysis and Treatment of GOV Abnormal Shutoff

in Long Distance Natural Gas Pipelines

HOU Chao-bo，LIU Zhao，WANG Xv

（PetroChina Beijing Oil & Gas Control Center， Beijing 100007，China）

Abstract： GOVs are widely used in long distance natural gas pipelines； however GOV abnormal Shutoff caused by Shafer pneumatic hydraulic actuator failure often occurs in recent years， which has a significant influence on stable running of long distance natural gas pipelines. In this paper， focusing on GOV abnormal shutoff， the composition structure and action principle of GOV were introduced. Then through selecting a typical case， reasons and treatment measures of GOV abnormal shutoff were discussed. At the end， some maintenance suggestions were put forward.

Key words： Long distance natural gas pipeline； GOV abnormal shutoff； Maintenance suggestions

隨著我國天然氣工業(yè)大發(fā)展，西氣東輸、陜京系統(tǒng)等長輸天然氣管道相繼建成投產(chǎn)。為確保長輸天然氣管道安全平穩(wěn)運(yùn)行，具有監(jiān)控截斷功能的干線截斷閥得到大量應(yīng)用。我國長輸管道的干線截斷閥多采用卡梅隆（CAMERON）、格羅夫（GROVE）或成高球閥，由Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動。Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)用管道高壓天然氣作為動力開關(guān)球閥，具有操作方便、安全可靠等特點(diǎn)。

1 干線截斷閥結(jié)構(gòu)和原理

1.1 管道球閥的組成和動作原理

球閥在天然氣管道運(yùn)行中的主要作用是切斷或接通天然氣流動，其結(jié)構(gòu)緊湊開關(guān)迅速，由閥體、閥座、球體、閥桿和傳動裝置等多個部分組成。閥體、球體與閥座密封圈形成密封后能有效承受管道天然氣壓力。

浮動球閥和固定球閥在天然氣長輸管道中最為常見[1]。浮動球閥的球體在管道天然氣壓力作用下產(chǎn)生位移并緊貼在出口端的密封面上，保證出口端密封。浮動球閥具有結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，維修方便等特點(diǎn)，但是出口密封圈在球體受到較高壓力沖擊時會受損變形導(dǎo)致球體發(fā)生偏移，影響性能發(fā)揮，因此浮動球閥多用于中低壓管道。固定球閥的球體共有上、下兩個轉(zhuǎn)軸，上轉(zhuǎn)軸與閥桿相連，下轉(zhuǎn)軸固定在閥體下部的軸承上[1]。固定球閥球體所受管道天然氣壓力傳遞給軸承，球體不移動，密封面不會受損，具有密封性能穩(wěn)定，閥座變形較小，使用壽命長等特點(diǎn)，在長輸天然氣管道應(yīng)用較多。

1.2 Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)和動作

原理

Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由操作箱、氣源管、儲氣罐、執(zhí)行器、氣液罐、檢測管、Lineguard控制箱和遠(yuǎn)程終端單元（RTU）組成。操作箱用來切換手自動操作模式。氣源管從干線管道引壓，并將干線氣體儲存在儲氣罐中作為執(zhí)行器動作的儲備動力源。儲氣罐中的高壓天然氣作用于氣液罐中高粘度液壓油，推動執(zhí)行器動作，實現(xiàn)氣液聯(lián)動閥的開關(guān)操作。檢測管可將檢測到的干線及儲氣罐中天然氣壓力值傳至Lineguard控制箱，并通過RTU將采集數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至中控[2]。

Shafer氣液聯(lián)動閥按其自動控制形式可分為有遠(yuǎn)程操作功能及無遠(yuǎn)程操作功能。有遠(yuǎn)程操作功能的氣液聯(lián)動閥有自動控制、手動液壓操作、手動氣液聯(lián)動操作、遠(yuǎn)程氣液聯(lián)動操作等四種正常關(guān)斷方式，無遠(yuǎn)程操作功能閥門只有前三種操作方式[3]。自動控制是指氣液聯(lián)動閥的Lineguard控制箱通過自動檢測采集管道壓力和壓降速率值，并將其與用戶設(shè)定值對比，如發(fā)現(xiàn)異常且異常持續(xù)時間超過用戶設(shè)定，則自動關(guān)斷氣液聯(lián)動閥。當(dāng)控制模式為手動模式時即可執(zhí)行手動操作，手動液壓操作和手動氣液聯(lián)動操作的區(qū)別在于閥門動作的動力源不同。遠(yuǎn)程氣液聯(lián)動操作是通過遠(yuǎn)程控制電磁閥來實現(xiàn)儲氣罐中的高壓天然氣作用于液壓油，進(jìn)而推動執(zhí)行器的動作，最終開關(guān)氣液聯(lián)動閥。

2 干線截斷閥關(guān)斷事件處理

中國石油所轄長輸天然氣管網(wǎng)在2014年共發(fā)生干線截斷閥異常關(guān)斷事件17起，是除壓縮機(jī)組異常停機(jī)外次數(shù)最多的異常事件。其中，陜京系統(tǒng)3起，山東東北管網(wǎng)（泰青威管道和大沈秦沈管道）4起，西南管道（中貴和中緬管道國內(nèi)段）3起，西氣東輸一線2起，西氣東輸二線3起，澀寧蘭管道2起。通過事件分析，可知在干線管道壓力正常情況下，造成干線截斷閥誤關(guān)斷的原因主要有Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測管堵塞、Lineguard控制箱內(nèi)部故障、Lineguard控制箱通訊功能失靈以及雷電、大雨等異常天氣。

2.1 陜京二線36#閥室干線截斷閥關(guān)斷事件

陜京二線全長971 km，設(shè)計壓10.0 MPa，設(shè)計輸量170億m3/a。36#閥室位于陜京二線下游任丘分輸站與霸州分輸站之間，是RTU閥室。2014年8月30日深夜中控陜京二線SCADA系統(tǒng)報警顯示36#閥室干線閥關(guān)斷，閥前和閥后壓力的變化趨勢印證了報警信息。中控調(diào)度員及時聯(lián)系工程師進(jìn)行現(xiàn)場核實，核實結(jié)果證明閥室干線截斷閥異常關(guān)斷。在確認(rèn)36#閥室現(xiàn)場天氣、門禁、火災(zāi)報警系統(tǒng)均正常，現(xiàn)場無其他異常情況后，工程師打開干線截斷閥旁通進(jìn)行平壓，待壓差降至0.2 MPa以內(nèi)后，全開干線截斷閥。由于36#閥室干線截斷閥關(guān)斷事發(fā)深夜，當(dāng)時并非用氣高峰，且陜京二線和三線也在在上游安平分輸站和下游永清分輸站聯(lián)合運(yùn)行，因此閥室關(guān)斷未對陜京系統(tǒng)正常生產(chǎn)造成影響（表1）。

生產(chǎn)恢復(fù)后，干線截斷閥關(guān)斷原因分析從以下方面展開：第一，檢查閥室流程，重點(diǎn)關(guān)注閥室流程是否正常，管道及球閥、法蘭等連接器件有無泄露；第二，Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)硬件檢查，重點(diǎn)檢查氣源管、儲氣罐、氣液罐、執(zhí)行器、檢測管有無異常；第三，Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)RTU控制系統(tǒng)檢查，重點(diǎn)檢查RTU系統(tǒng)工作狀態(tài)，關(guān)閥按鈕、按鈕控制回路及數(shù)據(jù)輸入輸出系統(tǒng)是否正常，核實報警信息；第四，Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)Lineguard控制箱檢查。

檢查發(fā)現(xiàn)，Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)RTU的數(shù)據(jù)輸入模塊故障導(dǎo)致氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)收到RTU模塊發(fā)出的錯誤關(guān)閥命令，造成36#閥室干線截斷閥關(guān)斷。現(xiàn)場通過更換RTU數(shù)據(jù)輸入模塊排除了故障。

2.2 干線截斷閥異常關(guān)斷原因

通過上述統(tǒng)計分析及案例研究可知，管道球閥可靠性相對較高，Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障是導(dǎo)致干線截斷閥異常關(guān)斷的主要原因。具體而言，在干線壓力正常情況下，造成干線截斷閥異常關(guān)斷的原因包括以下方面[4，5]：

第一，檢測管堵塞及壓力變送器故障：由于管道建設(shè)遺留和氣質(zhì)較差影響，干線管道中的雜物和水氣在環(huán)境溫度較低時凝析成冰堵塞檢測管，造成壓力變送器檢測壓力下降，當(dāng)檢測壓力低于人工設(shè)定下限時，閥門會異常關(guān)斷。

第二，RTU模塊故障：RTU是遠(yuǎn)程操作閥門和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的重要載體，其由復(fù)雜的硬件和軟件系統(tǒng)組成。RTU出現(xiàn)故障時，錯誤的關(guān)閥信號可能傳向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致閥門異常關(guān)斷。

第三，Lineguard控制箱內(nèi)部故障： Lineguard控制箱構(gòu)造復(fù)雜，當(dāng)蓄電池電壓較低或太陽能電池板損壞時會造成Lineguard控制箱失電，造成閥門異常關(guān)斷；當(dāng)控制箱內(nèi)主控制板芯片損壞或電磁閥內(nèi)漏時，能發(fā)出錯誤信號，導(dǎo)致閥門異常關(guān)斷；雷電天氣可能造成Lineguard控制箱存儲數(shù)據(jù)紊亂，當(dāng)紊亂造成的壓力波動超過程序設(shè)定的壓力關(guān)斷上下限時，會發(fā)出關(guān)閥命令[6]。

3 干線截斷閥維護(hù)保養(yǎng)

鑒于干線截斷閥在長輸天然氣管道中所發(fā)揮的重要作用，為使其可靠備用，必需定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

定期檢測球閥閥體及氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外部結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)關(guān)注各法蘭及連接接頭，定期對閥體注脂或排污，避免閥體內(nèi)漏、外漏以及Lineguard控制箱誤檢測引起的關(guān)閥事件。

定期清洗和吹掃氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣源管、檢測管和過濾器 雖然干線管道天然氣經(jīng)過分輸站場的過濾和分離，但是管道天然氣中難免含有各種雜質(zhì)。為了不污染氣液罐中的液壓油并使氣源順利進(jìn)入氣液罐，避免氣動操作功能的失效，要定期對氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣源管進(jìn)行清洗和吹掃，定期對過濾器和濾網(wǎng)進(jìn)行保養(yǎng)或更換。檢測管堵塞可能導(dǎo)致壓力變送器采點(diǎn)壓力與實際壓力存在偏差，導(dǎo)致氣液聯(lián)動閥誤關(guān)斷，因此也要定期清洗和吹掃檢測管。

定期對氣液罐中的液壓油進(jìn)行排污和更換 由于頻繁操作，氣液罐的液壓油中難免含有鐵屑等固體雜質(zhì)，固體雜質(zhì)的存在會導(dǎo)致氣液罐旋轉(zhuǎn)翼片密封失效，因此要定期對液壓油油質(zhì)進(jìn)行檢查。當(dāng)油品中含有雜質(zhì)時要排污，長期排污造成液壓油油位較低時則要加入專用液壓油。

定期檢查Lineguard控制箱 首先，目視檢查和數(shù)據(jù)查看，確保Lineguard控制箱內(nèi)芯片未收損壞，如損壞則更換Lineguard控制箱；其次，檢查電池電壓情況，如果電池電壓過低，則更換電池，確保Lineguard控制箱自動控制、數(shù)據(jù)采集等功能不受影響；再次，用筆記本電腦與Lineguard控制箱連接檢測通訊功能是否良好，如故障則排查具體原因；最后，核實Lineguard控制箱內(nèi)時間設(shè)置與事件管理，準(zhǔn)確記錄干線截斷閥操作情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱喜平. 天然氣管道球閥的維護(hù)及故障排除技術(shù)[J]. 天然氣工業(yè)， 2005，25（7）：02-104.

[2] 楊日永，康亮，彭振華. Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)維保探討[J]. 科學(xué)之友，2010（3）：25-28.

[3] 徐文強(qiáng). 長輸管Shafer干線截斷閥動作過程分析[J]. 寧夏石油化工，2012（9）：71-73.

[4] 劉潤剛，宋華. 氣液聯(lián)動閥的維護(hù)與保養(yǎng)[J]. 油氣儲運(yùn)，2006。26（5）：36-39.

[5] 王志輝，廉春雷，譚洪偉，等. Shafer氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤動作分析與防治對策[J]. 工業(yè)技術(shù)，2014（03）：77-78.

[6] 端木君，段沖，李偉. 對雷電干擾導(dǎo)致西氣東輸管道線路GOV閥誤關(guān)斷事件的探討[J]. 石油工程建設(shè)，2013，39（4）：55-56.