黃新剛 張皓翔

摘 要：輸氣站場(chǎng)工藝設(shè)備是天然氣的主要運(yùn)輸方式之一。在生產(chǎn)中擔(dān)負(fù)著重要的輸送任務(wù)，一旦發(fā)生失效，將給國(guó)家和人民群眾造成重大損失。為了保證輸氣站場(chǎng)的安全運(yùn)行，保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，我們必須重點(diǎn)對(duì)其中一些工藝設(shè)備進(jìn)行分析和安全性研究。對(duì)于輸氣站場(chǎng)工藝設(shè)備來(lái)說(shuō)，工程實(shí)際和安裝維修不便導(dǎo)致事故后果更為嚴(yán)重，所以輸氣站場(chǎng)工藝設(shè)備管理分析方法指導(dǎo)在我國(guó)也逐步引起關(guān)注。鑒于此，本文主要對(duì)輸氣站場(chǎng)工藝設(shè)備管理進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：輸氣站場(chǎng);工藝設(shè)備;管理

輸氣站場(chǎng)是通過(guò)將一定的設(shè)備和管件相互連接成輸氣系統(tǒng)的，其工藝設(shè)備是在整個(gè)輸氣系統(tǒng)輸送方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。輸氣站場(chǎng)的工藝設(shè)備流程是站內(nèi)的設(shè)備的布置方案，通過(guò)輸氣站的設(shè)備及相應(yīng)的流程，就可以完成輸氣站承擔(dān)的各種生產(chǎn)任務(wù)。

1 安全閥管理

安全閥（Safety Valve）是一種泄壓保護(hù)性設(shè)備，屬于安全泄壓裝置之一。安全泄壓裝置的主要作用是防止壓力容器、鍋爐和管道等受壓設(shè)備因火災(zāi)、操作故障或停水、停電造成壓力設(shè)備超過(guò)其設(shè)計(jì)壓力而發(fā)生爆炸事故。當(dāng)設(shè)備內(nèi)介質(zhì)的壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，安全泄壓裝置立即動(dòng)作，泄放出壓力介質(zhì)。一旦壓力恢復(fù)正常，它即自行關(guān)閉，以保證設(shè)備的正常運(yùn)行。石油、化工企業(yè)常用的安全泄壓裝置有閥型（安全閥）斷裂型（爆破片）和熔化型（易熔塞）等。而石油、化工裝置常用的安全泄壓裝置一般均需用安全閥或爆破片，或這兩種類型的組合，但常壓設(shè)備則選用呼吸閥。

安全閥是一種由進(jìn)口壓力開(kāi)啟的自動(dòng)閥門(mén)，它不借助于任何外力而是利用介質(zhì)本身壓力來(lái)排除一定數(shù)量的流體，以防止容器或系統(tǒng)內(nèi)的壓力超過(guò)預(yù)定的壓力安全值。當(dāng)壓力恢復(fù)正常后，閥門(mén)再自行關(guān)閉，并阻止介質(zhì)繼續(xù)流出。

當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)最高允許操作壓力時(shí)，安全閥將進(jìn)行排氣泄放以降低系統(tǒng)壓力，從而保證系統(tǒng)的安全。安全閥開(kāi)啟時(shí)，氣體直接排放到大氣或排放到與安全閥不相連的放空管稱為開(kāi)式系統(tǒng)。安全閥開(kāi)啟時(shí)，氣體通過(guò)直接與安全閥相連接的排氣管道排放至遠(yuǎn)地的系統(tǒng)稱為閉式系統(tǒng)。

無(wú)論是開(kāi)式安全閥放空系統(tǒng)，還是閉式安全閥放空系統(tǒng)，系統(tǒng)中均存在靜力載荷作用，例如自重、熱位移等，同時(shí)也存在動(dòng)力載荷的作用，例如由于氣體排放引起對(duì)管道系統(tǒng)的沖擊、振動(dòng)等。因此，安全閥放空系統(tǒng)應(yīng)力分析既包括了靜力分析也有動(dòng)力分析，其主要分析過(guò)程與任務(wù)如下：①計(jì)算安全閥排氣反作用力，為管道靜力和動(dòng)力分析提供輸入載荷;②進(jìn)行安全閥排氣系統(tǒng)靜力分析，校核管口法蘭受力，為支吊架設(shè)計(jì)提供依據(jù);③生成動(dòng)態(tài)響應(yīng)譜，為動(dòng)態(tài)分析提供載荷譜;④進(jìn)行安全閥排氣系統(tǒng)動(dòng)力分析，為支架設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

進(jìn)行安全閥放空管道應(yīng)力分析的主要目的是指導(dǎo)支架設(shè)計(jì)，安全閥放空管道支架設(shè)計(jì)包括：開(kāi)式排放系統(tǒng)管道支架和閉式排放系統(tǒng)管道支架設(shè)計(jì)。所謂支架設(shè)計(jì)，實(shí)際上是根據(jù)各種已有的支架型式，依據(jù)計(jì)算的各點(diǎn)所受的力和力矩，閉式排放管道系統(tǒng)還包括位移，正確選取合適的支架。選取支架的基本原則是：所選取的支架允許應(yīng)力、位移、彎矩等，必須大于實(shí)際所受的力和彎矩等。

安全閥開(kāi)式放空系統(tǒng)管道支架設(shè)計(jì)主要包括出口管和放空管支架設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。出口管道一般采用支撐支架;放空管道的支架要求應(yīng)能承受泄放時(shí)的反作用力和產(chǎn)生的力矩，通常在安全閥放空管道上靠近最上面排放口處設(shè)置固定支架，同時(shí)為了防止安全閥出口產(chǎn)生過(guò)大的橫向沖擊力，在固定支架下面的垂直管道上，每隔6～8m設(shè)置導(dǎo)向支架。

安全閥閉式放空系統(tǒng)應(yīng)力分析考慮了二次應(yīng)力的影響，它與開(kāi)式系統(tǒng)的支架設(shè)計(jì)有所不同。通常，根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果，固定點(diǎn)處位移向上，如果采用開(kāi)式系統(tǒng)管道固定支架形式，則該處在正常穩(wěn)定排放時(shí)支點(diǎn)與固定支架會(huì)脫空，因此，需在該處設(shè)置彈簧承重支架，根據(jù)計(jì)算獲得支架承受的最大載荷和該點(diǎn)管道最大的垂直位移來(lái)選擇彈簧。

在安全閥放空管道系統(tǒng)應(yīng)力分析與支吊架設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意如下幾個(gè)方面：①安全閥的出口管道應(yīng)設(shè)置支撐，以防泄壓的過(guò)大彎矩造成管道應(yīng)力值超過(guò)許用范圍，支撐方法應(yīng)根據(jù)安全閥所在設(shè)備或管道附屬構(gòu)架的具體情況而定;②安全閥出口管和火炬總管要防止由于溫度急劇變化或溫度不均勻產(chǎn)生的應(yīng)力，管道應(yīng)有一定柔性;③安全閥排放時(shí)出口管道產(chǎn)生的熱應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和排出反作用力引起入口管道應(yīng)力，此應(yīng)力傳遞到安全閥、入口管道、固定管嘴和相連的容器壁上，應(yīng)對(duì)其出口管道進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹位蛟黾尤嵝裕_定彎頭和支架的位置，以克服安全閥與設(shè)備管口根部的彎矩和剪力、出口管自重、振動(dòng)的熱脹等力的作用，但不能對(duì)出口管道強(qiáng)制性定位;④對(duì)于可能用蒸汽吹掃的泄壓管道，應(yīng)考慮由于蒸汽吹掃產(chǎn)生的熱膨脹;⑤氣體或蒸汽由安全閥出口排入大氣時(shí)，在出口管中心線上產(chǎn)生與流向相反的作用力稱為安全閥的反作用力。管道布置時(shí)應(yīng)考慮由于泄壓排放引起的反作用力，合理設(shè)置支架。

2 離心式壓縮機(jī)管理

2.1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組數(shù)據(jù)積累及其他智能化管理功能的基礎(chǔ)。充分利用布置在壓縮機(jī)及其周邊設(shè)備上的傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并加裝有線和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，確保設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)完整到位，并通過(guò)24h全天候在線監(jiān)測(cè)，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完整。另外，以全方位感知、全生命周期管理為核心，將機(jī)組本體信息和機(jī)組運(yùn)行信息有效結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)全生命周期監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組全生（下轉(zhuǎn)第15頁(yè)）（上接第13頁(yè)）命周期的智能化管理。

2.2 智能預(yù)警

2.2.1 運(yùn)行異常預(yù)警

設(shè)備狀態(tài)異常變化的實(shí)時(shí)捕捉，是發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和隱患第一步?；趬嚎s機(jī)組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)、建模與參數(shù)優(yōu)化等人工智能方法，建立單一測(cè)點(diǎn)、同類多測(cè)點(diǎn)以及多類組合測(cè)點(diǎn)的異常智能預(yù)警模型，實(shí)時(shí)捕捉早期狀態(tài)異常變化情況并及時(shí)預(yù)警，并對(duì)運(yùn)行異常過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，智能判別劣化拐點(diǎn)。

2.2.2 動(dòng)態(tài)閡值報(bào)警

目前壓縮機(jī)組報(bào)警閡值（高報(bào)、低報(bào)等）多基于廠家推薦或經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，且都是固定值，受人為因素的影響較大，且不考慮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。因此，通過(guò)利用機(jī)群大數(shù)據(jù)，并充分考慮設(shè)備的共性與個(gè)性，研究基于大數(shù)據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)的多維參數(shù)壓縮機(jī)組智能動(dòng)態(tài)閡值報(bào)警技術(shù)，動(dòng)態(tài)確定預(yù)警的偏差閡值和嚴(yán)重度，減少虛報(bào)警和漏報(bào)警，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組報(bào)警快速、準(zhǔn)確。

2.3 故障智能診斷

故障診斷與預(yù)警是保障壓縮機(jī)安全高效運(yùn)行的重要技術(shù)手段，但傳統(tǒng)的基于傅里葉變換分析的故障診斷技術(shù)主要用于對(duì)單一機(jī)械故障的診斷，而對(duì)多源異構(gòu)參數(shù)、多故障綜合診斷效果欠佳。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展成熟，壓縮機(jī)組多源參數(shù)故障智能診斷技術(shù)研究時(shí)機(jī)趨于成熟。壓縮機(jī)組智能故障診斷，首先應(yīng)基于壓縮機(jī)組振動(dòng)、工藝、熱力性能等一體化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)組歷史運(yùn)維數(shù)據(jù)，從機(jī)理、數(shù)據(jù)兩個(gè)角度研究壓縮機(jī)組典型故障與多源數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，挖掘故障與數(shù)據(jù)之間的潛在關(guān)系，建立故障模型，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組故障智能診斷。

2.4 運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估

離心壓縮機(jī)組特別是燃驅(qū)機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)且工況多變，運(yùn)行狀態(tài)難以確定，導(dǎo)致無(wú)法采取科學(xué)的維修維護(hù)策略，如果壓縮機(jī)發(fā)生故障停機(jī)，會(huì)給公司和用戶造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，壓縮機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)十分必要且迫切，但一直以來(lái)都沒(méi)有很好的解決。隨著工業(yè)大數(shù)據(jù)的發(fā)展和深入應(yīng)用，使得從系統(tǒng)層面分析壓縮機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)影響因素及其關(guān)聯(lián)影響關(guān)系，進(jìn)而對(duì)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估成為可能。這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，從機(jī)組工作原理、故障機(jī)理及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出發(fā)，綜合分析運(yùn)行狀態(tài)影響因素及關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立能夠全面反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)評(píng)估體系。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著新技術(shù)的成熟，天然氣輸氣站場(chǎng)工藝設(shè)備管理將快速向智慧管理邁進(jìn)。安全閥和壓縮機(jī)作為天然氣輸氣站場(chǎng)工藝設(shè)備的關(guān)鍵裝備，其智能化管理水平一定程度上反映了管理的水平。本文將安全閥管理及離心式壓縮機(jī)管理進(jìn)行了探討，從而提高天然氣輸氣站場(chǎng)工藝設(shè)備的科學(xué)性、客觀性和實(shí)時(shí)性。

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