楊　松，陳　軍，邱忠華，徐偉良

(1.中國石油天然氣管道局 管道投產(chǎn)運(yùn)行公司，河北　廊坊　065000；2.承德石油高等?？茖W(xué)校 熱能工程系，河北　承德　067000)

?

中亞天然氣管道B線投產(chǎn)方案的研究與實(shí)施

楊松1，陳軍2，邱忠華1，徐偉良1

(1.中國石油天然氣管道局 管道投產(chǎn)運(yùn)行公司，河北廊坊065000；2.承德石油高等專科學(xué)校 熱能工程系，河北承德067000)

摘要：針對B線首站未能及時(shí)完工而整條管線又需投產(chǎn)運(yùn)行的情況，在天然氣常用置換方案的基礎(chǔ)上，通過對氣體節(jié)流溫降變化、閥門組低溫性能校核進(jìn)行了論證，給出了升壓控制方案和防止泄漏的措施。認(rèn)為采取氣體返輸?shù)墓に嚳梢詫?shí)現(xiàn)B線的安全投產(chǎn)。實(shí)踐證明，采取氣體返輸工藝是一種經(jīng)濟(jì)可行、安全可靠的方法。

關(guān)鍵詞：天然氣長輸管道；置換方案；閥門

目前我國長輸天然氣管道投產(chǎn)的總體思路為[1,2]：采用高壓天然氣正輸流程，以“氣推氣”的方式，一次性、連續(xù)地對全線管道和系統(tǒng)進(jìn)行置換和升壓工作。為確保天然氣置換和管道升壓安全，對管道投產(chǎn)必須滿足整體管線系統(tǒng)主體貫通、機(jī)械完工，預(yù)試運(yùn)完畢，重要的首站流量控制系統(tǒng)和調(diào)壓系統(tǒng)必須達(dá)到工藝操作條件。而在中亞天然氣管道烏國段B線投產(chǎn)方案的編制和實(shí)際投產(chǎn)實(shí)施中，存在個(gè)別標(biāo)段工期嚴(yán)重滯后，致使管線無法在預(yù)定的投產(chǎn)節(jié)點(diǎn)期全線貫通；投產(chǎn)用氣只能取自在役的中亞天然氣管道A線；首站和中間站均不具備天然氣流量控制及壓力調(diào)節(jié)功能，高壓氣流動(dòng)無法實(shí)現(xiàn)流速和氣量的控制等問題。針對上述問題，通過實(shí)地調(diào)研、技術(shù)論證、模擬分析，最終確認(rèn)采用分時(shí)、分段返輸?shù)耐懂a(chǎn)總體思路，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際在6#、8#閥室臨時(shí)修建兩級調(diào)壓系統(tǒng)，使A線9.8 MPa的天然氣經(jīng)調(diào)壓系統(tǒng)降至0.2 MPa后進(jìn)入B線投產(chǎn)置換，在不影響國內(nèi)天然氣供應(yīng)的前提下，安全、平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)烏國500 km天然氣管線分三段投產(chǎn)成功，不僅為管道局節(jié)省了大筆工程費(fèi)用，也為以后類似的工程提供了良好的借鑒。

1整體方案確定

1.1投產(chǎn)方案整體思路

基于中亞管道烏國項(xiàng)目B線管線未全線貫通，擬采用分時(shí)、分段，“氣推氣”的方式進(jìn)行投產(chǎn)。將中亞管道烏國項(xiàng)目B線分為三個(gè)階段進(jìn)行反向投產(chǎn)置換(返輸)，第一階段是WKCA—6#閥室，第二階段是8#閥室—MS計(jì)量站，第三階段是繞行段6#閥室—8#閥室，最后進(jìn)行全線的整體升壓。

1.2投產(chǎn)氣源

由于烏方GAZLI壓氣站無法投用，B線投產(chǎn)用氣只能取自在役的中亞天然氣管道A線。通過在6#、8#閥室分別建設(shè)臨時(shí)工程，對各段管道進(jìn)行反向置換升壓工作。圖1為6#閥室臨時(shí)工程示意圖。其特點(diǎn)是利用兩個(gè)閥室的放空管線將A、B線連接起來。投產(chǎn)時(shí)A線天然氣經(jīng)過BV0611→GLV0611→GLV0612→GLV0623→GLV0622→GLV0621→BV0621把天然氣引入B線。除A線干線閥GHV0611全開外，其余閥門都是全關(guān)狀態(tài)。第二階段投產(chǎn)的8#閥室臨時(shí)工程與6#閥室類似。

1.3流量和壓降控制策略

A線在正常運(yùn)行時(shí)，天然氣的運(yùn)行壓力在9.8 MPa左右，B線在天然氣-氮?dú)庵脫Q時(shí)初始壓力為0.2 MPa。為便于控制置換流量和對天然氣進(jìn)行降壓，在連接管線多加一個(gè)控制閥(GLV0623)，使得B線6#(8#)閥室的閥門與臨建管道上加裝的節(jié)流截止閥組成一個(gè)2級調(diào)壓閥組。通過調(diào)節(jié)GLV0612和GLV0623的開度大小來控制置換速度。

2置換投產(chǎn)關(guān)鍵參數(shù)確定

2.1置換點(diǎn)節(jié)流前氣體溫度

A線首站天然氣流到置換供氣點(diǎn)(A線6#閥室)的溫度[3]可由下式計(jì)算：

TA=T0+(Tl-T0)exp(-ax)

a=225.256×106KD/QGcp

(1)

式中：TA—A線6#閥室處天然氣的溫度，℃；T0—管道周圍介質(zhì)的溫度，取12 ℃；Tl—首站天然氣的出氣溫度，取55 ℃；x—首站與6#閥室之間的距離，取145km；K—管道內(nèi)的氣體與土壤的總傳熱系數(shù)，取1.745 W/(m2·℃) ；G—天然氣的相對密度，取0.726；cp—天然氣的定壓比熱容，取1 750 J/(kg·℃)；Q—A線的天然氣流量，取600×104m3/d；D—A線管道外徑，取1.067 m。將數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算可得供置換用的天然氣溫度為12 ℃。

在安全接入管理方面，系統(tǒng)可以通過監(jiān)聽和主動(dòng)探測等方式檢測內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中所有在線的主機(jī)，來判別當(dāng)前在線的主機(jī)是否為可信任主機(jī)，若探測到非法的可疑主機(jī)，則可以阻止其訪問任何網(wǎng)絡(luò)資源，防止非法主機(jī)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行攻擊或竊密。在網(wǎng)絡(luò)安全平臺的設(shè)計(jì)上可以通過設(shè)置防火墻系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的隔離防護(hù)。對遠(yuǎn)程辦公的人員則可提供IPSec VPN接入，確保數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全，實(shí)現(xiàn)用戶對服務(wù)器系統(tǒng)的受控訪問。同時(shí)也可采用入侵檢測設(shè)備，作為防火墻的功能互補(bǔ)，用于提供對監(jiān)控網(wǎng)段的攻擊的實(shí)時(shí)報(bào)警與響應(yīng)。

2.2天然氣節(jié)流溫度

天然氣節(jié)流后會(huì)產(chǎn)生溫降。依據(jù)天然氣壓力每降低1 MPa，溫度降低約5.5 ℃的經(jīng)驗(yàn)值[4]，當(dāng)A線天然氣壓力由9.8 MPa經(jīng)一級節(jié)流降到0.2 MPa的置換壓力時(shí)，溫降大概在48.4 ℃，即閥門后的天然氣溫度約為-36.4 ℃。如此大的溫差會(huì)在閥門上產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力，降低閥門材料的性能。雖然節(jié)流后的天然氣通過一定的管道長度可以達(dá)到自然溫度回升的效果，但需要的管道長度比較長。如采用加裝一個(gè)節(jié)流閥門構(gòu)成閥門組，則每個(gè)閥門的溫度降最大也達(dá)到24.2 ℃。在實(shí)際的使用過程中，閥門及其后續(xù)的管道均未保溫，環(huán)境中的熱量也能傳遞一部分進(jìn)入到管道氣中，這也緩解了閥門和管道所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。隨著B線升壓過程的繼續(xù)，閥門后的氣體壓力逐漸升高，閥門節(jié)流所產(chǎn)生的溫降也逐漸減小。因此，從溫降上看，在天然氣置換氮?dú)獾某跗?，由于?jié)流的原因，會(huì)使天然氣的溫度降低到-20 ℃，在其它情況下，均不會(huì)出現(xiàn)這種極端的溫度降。

2.3閥門安全性

在臨時(shí)管線上原先安裝的閥門選用的是某廠的球閥和節(jié)流截止閥。依據(jù)廠家說明書和對廠家技術(shù)人員的咨詢，所選用的閥門均可用在-45～100 ℃的油、氣管道上，而且球閥如采用廠家推薦的潤滑脂(進(jìn)口)Fuohs FN20，其使用溫度范圍可達(dá)-50～100 ℃，完全能滿足節(jié)流后最低-36.4 ℃的天然氣流動(dòng)和低溫要求。故從閥門材料上看，采用閥門組節(jié)流的方式能滿足節(jié)流的安全需求，并有足夠的富余量。

2.4天然氣-氮?dú)庵脫Q速度的控制

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算成流量控制，換算公式為[4]

(2)

表1是6#閥室在不同壓力下依據(jù)上述公式計(jì)算的置換流量，通過流量控制表與閥門操作組前后壓力差控制的密切配合，共同實(shí)現(xiàn)流量(流速)的控制。

3升壓過程控制與安全措施

B線管線投產(chǎn)分為兩個(gè)階段。第一階段為分段置換階段，先后通過改造的6#、8#閥室的臨時(shí)工程進(jìn)行置換。分段置換時(shí)置換速度控制在5 m/s，各分段首日置換完畢壓力控制為0.13 MPa，此后升壓速度控制在0.2 MPa /h，最終達(dá)到3.5 MPa后封存。第二階段為B線所有工程完工后的整體升壓階段，采取將8#閥室主閥打開，利用8#閥室的臨時(shí)工程對B線全線進(jìn)行升壓，此時(shí)A線壓力為8 MPa左右，B線壓力為3.5 MPa，直到B線與A線壓力平衡時(shí)升壓結(jié)束，預(yù)設(shè)的A、B線平衡壓力為7.1 MPa。

表1　天然氣置換流量控制表

管道升壓的過程也是檢查管道、站場設(shè)備以及連接處嚴(yán)密性的過程。一般情況下，當(dāng)管內(nèi)壓力升至工作壓力的1/3時(shí)，停止進(jìn)氣，進(jìn)行全線壓力平衡和檢漏，對檢漏過程發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)處理。升壓速率不能超過1 MPa/h。

升壓過程中，操作人員要對各工藝站場、閥室的設(shè)備和法蘭進(jìn)行檢漏，并在穿跨越處和所轄管段監(jiān)護(hù)巡查。如果發(fā)現(xiàn)任何氣體泄漏點(diǎn)，應(yīng)立即上報(bào)并且要求相關(guān)施工單位及時(shí)處理。

在各站場和閥室置換升壓過程中，操作人員必須按如下方法對其工藝設(shè)備和法蘭連接處、儀表連接處進(jìn)行檢漏。

1)用寬膠帶在兩法蘭連接處纏繞一圈，用牙簽在膠帶上扎一小孔，小孔位置選在管道水平中心線以下約30°處。一段時(shí)間后用可燃?xì)怏w報(bào)警儀在小孔處檢測有無氣體泄漏。

2)用肥皂水在可能產(chǎn)生漏氣處涂抹，觀察是否有氣泡產(chǎn)生。

3)直接用可燃?xì)怏w報(bào)警檢測儀檢測各工藝站場、閥室、跨越處有無氣體泄漏。

在升壓的過程中要加密巡線，發(fā)現(xiàn)泄漏必須立即組織人員搶險(xiǎn)，在處理漏氣過程中，操作人員必須在場進(jìn)行安全監(jiān)護(hù)和檢測。升壓過程中嚴(yán)禁用堅(jiān)硬器物敲擊管道和設(shè)備，如果管道發(fā)生嚴(yán)重泄漏、爆管、管道斷裂等不能帶壓處理的情況，應(yīng)及時(shí)截?cái)嘧羁拷孤c(diǎn)的上、下游閥室的閥門，并上報(bào)調(diào)控中心，通知進(jìn)氣點(diǎn)停止供氣。

4結(jié)論

通過采用分時(shí)、分段返輸?shù)目傮w投產(chǎn)方案分析并依照實(shí)施后，順利地實(shí)現(xiàn)了中亞管道B線的按期投產(chǎn)，B線與A線的平壓作業(yè)，使得天然氣管道壓力下降了約0.9 MPa，在降低了放空風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，減少了天然氣放空的經(jīng)濟(jì)損失，提高了管道投產(chǎn)公司的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱喜平，楊英忠.長輸天然氣管道投產(chǎn)技術(shù)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28(8)：63-66.

[2]李長俊.天然氣管道輸送[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000.

[3]姜進(jìn)田，高斌.中烏天然氣管道A線繞行段天然氣置換投產(chǎn)[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2011，30(8):614-618.

[4]王文想,葉錦業(yè),黎珍.天然氣次高壓管網(wǎng)投產(chǎn)置換操作流程探討[J].城市燃?xì)猓?010(3)：7-13.

Research and Implementation on B-line Production Programs of Central Asia Gas Pipeline

YANG Song1, CHEN Jun2, QIU Zhong-hua1, XU Wei-liang1

(1.Commissioning and Operation Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000, Hebei, China;2.Department of Thermal Engineering, Chengde Petroleum College, Chengde 067000, Hebei, China)

Abstract:The status quo is that the entire pipeline should be put into operation，but the first station fails to be completed on time. To solve the problem, on the basis of gas common replacement scheme，this paper demonstrates the temperature changes caused by gas throttle and the low temperature performance check of valve group， and makes the programs to boost control and the measures to prevent leakage. We consider taking gas reverse transportation process can achieve safe production of B lines. Practice has proved that gas reverse transportation process is an economically feasible, safe and reliable way.

Key words:long-distance gas pipeline; replacement scheme; valve

收稿日期：2016-03-03

作者簡介：楊松(1972-)，男，河北承德人，中國石油天然氣管道局管道投產(chǎn)運(yùn)行公司助理工程師，主要從事石油天然氣的儲(chǔ)運(yùn)、長輸管線及站場投產(chǎn)運(yùn)營等技術(shù)與管理工作。

中圖分類號：TE832

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008-9446(2016)03-0012-04