上海飛奧燃氣設備有限公司 王羽中 張飛飛 施漢龍

港華投資有限公司 劉 楠

在燃氣調(diào)壓站設計中，基于供氣的安全性和供氣的持續(xù)性等因素，如何設置調(diào)壓站的安全保護裝置及設定壓力是一個難題。在采用多重安全保護裝置的系統(tǒng)中，各安全保護裝置的設定壓力怎么確定；安全保護裝置的設定壓力與管道設計壓力之間的關(guān)系怎么考慮；是否需要降低各設備的設定值以滿足管道設計壓力的限制要求；降低各設備的設定值引起的管網(wǎng)儲氣調(diào)峰能力的下降，管網(wǎng)的供氣能力下降如何解決等，都是需要重點關(guān)注的問題。

1 國內(nèi)外相關(guān)標準

燃氣調(diào)壓站安全保護裝置的設置及壓力設定，主要遵循以下標準：

（1）GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》（2020年版）規(guī)定：“6.6.10 調(diào)壓站（或調(diào)壓箱或調(diào)壓柜）的工藝設計應符合下列要求：5 在調(diào)壓器燃氣入口（或出口）處，應設防止燃氣出口壓力過高的安全保護裝置（當調(diào)壓器本身帶有安全保護裝置時可不設）。6 安全保護（放散或切斷）裝置啟動壓力應根據(jù)工藝要求確定，當工藝無特殊要求時應符合下列要求”，其中對安全保護（放散或切斷）裝置啟動壓力的規(guī)定，等效于美國聯(lián)邦法規(guī) CFR49-192.201《氣體管輸最低安全標準》的規(guī)定。

（2）GB 50251—2015《輸氣管道工程設計規(guī)范》規(guī)定：“8.4.3 當壓力控制系出現(xiàn)故障會危及下游供氣設備安全時，應設置可靠的壓力安全裝置。壓力安全裝置的設計應符合下列規(guī)定”，等效于歐洲標準化委員會（CEN）的EN 12186—2014《氣體應用系統(tǒng)——用于輸送和分配的氣體調(diào)壓站 功能需求》。

（3）GB 150—2011《壓力容器》規(guī)定：“B.4.7 裝有安全閥時，容器的設計壓力按以下步驟確定”。

2 國內(nèi)外相關(guān)標準的比較

下面詳細說明以上標準中對安全保護裝置的設置問題和安全保護裝置壓力的設定問題。

2.1 安全保護裝置設置

安全保護裝置應保證下游壓力（此處所說的下游系統(tǒng)應包括下一個壓力邊界前的所有管線）在設定范圍內(nèi)，不超過允許值。然而在調(diào)壓系統(tǒng)失靈的情況下，安全裝置應自動工作防止下游壓力超過允許值。

安全保護裝置的設置根據(jù)以上標準中的規(guī)定，匯總見表1。

表1中的安全保護裝置按照結(jié)構(gòu)型式可分為非排放式的切斷閥、非排放式的監(jiān)控調(diào)壓器、排放式的安全閥（全流量）。排放式的放散閥（微流量）作為管路系統(tǒng)的呼吸或熱膨脹閥，僅僅保障系統(tǒng)的持續(xù)運行，不作為安全保護裝置設置。

表1 安全保護裝置的設置規(guī)定

從系統(tǒng)安全角度，應該優(yōu)先選擇切斷閥和安全閥；從持續(xù)供氣角度，應該優(yōu)先選擇監(jiān)控調(diào)壓器和安全閥；從環(huán)保的角度，應該優(yōu)先選擇非排放式的切斷閥和監(jiān)控調(diào)壓器，不適合用全流量排放的安全閥。

從環(huán)保角度，如果安全閥的設定值介于調(diào)壓器和緊急切斷閥之間，則在調(diào)壓器故障的狀況下，優(yōu)先選用排放式的安全閥，其次再是非排放式的緊急切斷閥。

（1）切斷閥+調(diào)壓器+安全閥（全流量）?？紤]到環(huán)保問題，同時也參照GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》（2020年版）的要求“當調(diào)壓器本身帶有安全保護裝置時可不設”，所以不建議這種形式。

（2）切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器。對于長輸和城鎮(zhèn)燃氣運行壓力上下游壓差＞1.6 MPa的調(diào)壓站，或?qū)τ诒容^重要的輸氣和配氣的調(diào)壓站（如分輸站、門站），應優(yōu)先選擇“切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器”的形式來保障供氣系統(tǒng)的安全性和持續(xù)性。

（3）切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）。對于其他配氣和用氣環(huán)節(jié)的調(diào)壓站建議采用“切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）”的形式，調(diào)壓出口位置不配置全流量放散的安全閥。注意現(xiàn)有的放散閥（微流量）是作為管路系統(tǒng)的呼吸或熱膨脹閥，其設定值應在調(diào)壓器和切斷閥設定值之間。放散閥（微流量）應選用調(diào)節(jié)性的，閥的開啟高度和入口的壓力是成等比例關(guān)系的，快開快關(guān)，不存在較大的回座壓力造成系統(tǒng)的持續(xù)放散；不能選擇爆開動作的安全閥，避免回座時大量的排放或不能正常回座關(guān)閉。

2.2 安全保護裝置壓力的設定

安全保護裝置壓力設定根據(jù)以上標準中的規(guī)定，匯總見表2。

現(xiàn)階段壓力管道級別的劃分是參照了歐盟的EN 12186—2014的規(guī)定，參照了壓力管道分級的形式（MOP），但是完全沒有引用工作調(diào)壓器壓力峰值（OP Peak），監(jiān)控調(diào)壓器暫時運行壓力（TOP），緊急切斷閥偶然性最大壓力（MIP）的概念和系數(shù)，沒有對調(diào)壓裝置下游系統(tǒng)壓力保持在所需的范圍進行要求。

3 應用實例

相關(guān)國標綜合了美標和歐標。按照美國的全流量排放系統(tǒng)規(guī)定了安全閥和緊急切斷閥的設定值；按照歐洲的標準規(guī)定了壓力管道的級別劃分；在工藝流程圖設計中遵循的 GB 50251—2015參照 EN 12186—2014的規(guī)定，選擇了非排放式的各類安全保護裝置（即緊急切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器），同時又在調(diào)壓后設置了排放式的全啟式的安全閥。

所有的這些安全保護裝置（緊急切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器、安全閥），都要遵循GB 50028—2006（2020版）中6.6.10（6）的規(guī)定的一個值。對于同時存在多個安全保護裝置的值互相之間的關(guān)系和設定方法，GB 50028—2006（2020版）中沒有具體的規(guī)定。從表 2中可以看出EN 12186—2014中規(guī)定了不同安全保護裝置之間設定的系數(shù)關(guān)系，所以不同安全保護裝置的壓力設定一般遵循EN 12186—2014的規(guī)定。

表2 安全保護裝置壓力設定

3.1 切斷閥+調(diào)壓器+安全閥（全流量）的壓力設定

以調(diào)壓站出口管道壓力為中壓A為例來說明調(diào)壓站的壓力設定問題。當調(diào)壓出口壓力設定值為0.36 MPa時，考慮調(diào)壓精度和緊急切斷閥的切斷精度，為保障自力式調(diào)壓器自動切換的功能，對于兩路一用一備的調(diào)壓器，其壓力設定見表3。

表3中的設定值是考慮先用非排放式的切斷閥動作作為第一重安全保護裝置。當切斷閥也出現(xiàn)故障，安全閥作為第二重安全保護裝置進行全流量排放，故安全閥壓力一般設置為1.05×0.45=0.47 MPa（系數(shù)按照GB 150—2011中規(guī)定的1.05選?。?。

表3 切斷閥+調(diào)壓器+安全閥（全流量）組合的調(diào)壓路壓力的一般設定（EN 12186/GB 50251）MPa

現(xiàn)有的安全閥整定壓力超過了中壓 A管道的設計壓力0.4MPa，不符合要求，要求整改，重新整定壓力。如果為保證切斷閥的設定壓力和安全閥的整定壓力不要超過下游管線的設計壓力，則需要調(diào)整調(diào)壓器的壓力設定，調(diào)整后的壓力設定見表4。

表4 切斷閥+調(diào)壓器+安全閥（全流量）組合的調(diào)壓路壓力的設定（CFR 49-192.201/GB 50028）MPa

3.2 切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器的壓力設定

對于門站、高中壓站、分輸站這些要求采用“切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器”形式的調(diào)壓站，設定壓力會進一步降低。一般的設置方式見表5。

表5 切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器壓力的一般設定（EN 12186/GB 50251）MPa

保證切斷閥的設定壓力和安全閥的整定壓力不要超過下游管線的設計壓力設置見表6。

表6 切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器壓力的設定（CFR 49-192.201/GB 50028）MPa

3.3 切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）的壓力設定

一般的設置方式見表7。

表7 切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）壓力的一般設定（EN 12186/GB 50251）MPa

保證切斷閥的設定壓力和安全閥的整定壓力不要超過下游管線的設計壓力設置見表8。

表8 切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）壓力的設定（CFR 49-192.201/GB 50028）MPa

從表4、表6、表8可以看出，為了滿足安全保護裝置壓力不超過0.4 MPa，調(diào)壓器出口壓力只能分別設置為0.300 MPa、0.295 MPa和0.320MPa。壓力降低的結(jié)果是降低了管網(wǎng)儲氣調(diào)峰的能力，降低了管網(wǎng)的儲氣和供氣能力。

根據(jù)GB/T 20801—2020《壓力管道規(guī)范 工業(yè)管道》中的描述：“4.2.3.4 超過設計條件的壓力偶然變化應限制在下列任一范圍：a）變動幅度不大于33%，每次變動時間不超過10 h，且每年累計變動時間不超過 100 h；b）當波動自限（例如壓力泄放）時，在每次變動時間不超過50 h，且每年累計變動時間不超過500 h條件下，壓力額定值變動幅度不大于20%”。

調(diào)壓站安全保護裝置的偶然變化時間中，安全裝置緊急切斷閥的動作時間僅為1 s，監(jiān)控調(diào)壓器介入頂替工作的時間僅為3 s，安全閥的排放時間僅為15～30 min（考慮現(xiàn)場的人員的介入），所以安全裝置偶然動作的時間是在GB/T 20801—2020 4.2.3.4規(guī)定范圍內(nèi)，也就是安全保護裝置的偶然變化產(chǎn)生的超壓是可以超過設計條件的壓力的。另外綜合考慮下游的管道嚴密性試驗是1.15倍設計壓力@24 h，水壓或氣壓強度試驗是1.5倍設計壓力@1 h，故即使照緊急切斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器或者安全閥的整定壓力超過壓力管道級別的設計壓力也不存在問題。

3 結(jié)語

綜上所述，對于上下游壓差＞1.6 MPa的調(diào)壓站，優(yōu)先選用“切斷閥+監(jiān)控調(diào)壓器+工作調(diào)壓器+放散閥（微流量）”的設置方式；對于上下游壓差≤1.6 MPa的調(diào)壓站，優(yōu)先選用“切斷閥+調(diào)壓器+放散閥（微流量）”的設置方式。對于安全保護裝置壓力設定，從安全、可持續(xù)和環(huán)保角度出發(fā)保證管網(wǎng)的儲氣和供氣能力，建議按照GB 50251—2015標準附條文說明，即按照EN12186—2014執(zhí)行。