无人值守天然气调压站方案设计

夏月星，李朝，陈玉银

（新疆天能化工有限公司，新疆石河子83200）

新疆天能化工有限公司400kt／a片粒碱生产采用三效逆流蒸发工艺，最终通过终浓缩制成片粒碱，终浓缩采用的载热体熔盐主要通过熔盐炉原料燃烧天然气产生。目前该粒碱系统有4套熔盐炉和1套制氢系统使用天然气，天然气压力的稳定与否与生产安全息息相关，压力频繁波动给正常安全生产带来安全隐患。因此，在天然气入厂区独立设置1套调压装置，采用无人值守调压站，用于满足粒碱系统和制氢系统的工艺要求。

1 调压站设计参数的选定

1.1 调压站进出口压力

粒碱系统天然气供气压力为0.35～0.40MPa，波动范围为0.30～0.42MPa，放空压力为0.45MPa。制氢系统压力为0.55～0.60MPa，波动范围为0.50～0.75MPa，放空压力为0.92MPa。而天然气进站管网设计压力为0.75～0.90MPa。因此，需要通过调压站，将天然气降压，满足生产工艺要求。由于粒碱系统和制氢系统对天然气压力要求不同，故对调压站要求有2套装置以满足不同的出口压力。

1.2 调压站供气规模

粒碱系统每台熔盐炉流量为400m3／h，天然气总量为2 400m3／h，由于粒碱系统生产中既可使用炉气加热也可采用天然气加热，或采用炉气加天然气混合加热。因此，粒碱系统天然气流量：0～2 400m3／h，制氢系统天然气流量：300m3／h，天然气管道瞬时流量应为最小200m3／h，最大800m3／h。

考虑到粒碱系统和制氢系统生产能力的提高，故将粒碱系统最大瞬时流量确定为2 800m3／h，制氢系统最大瞬时流量确定为900m3／h。按粒碱系统和制氢系统满负荷同时生产计算：最大瞬时流量为3 700m3／h。

2 调压站工艺方案的选定

该调压站使用无人值守集成式的调压柜，2套装置共设2个调压柜，压力、流量信号分别进粒碱和制氢中控室监控。总管通过埋地方式至调压柜，在调压柜前分两路，一路给粒碱，另一路给制氢；由调压柜底部进柜，分别有一个手动阀，每个柜内分两路，一备一用。同时调压柜预留一个接口，过滤、调压、紧急切断、安全放空、流量计量全部集成在调压柜内，另在柜内设可燃气体检测仪，调压柜出口分别有一个手动阀。

制氢系统压力要求不能低于0.4MPa，进炉前有调节阀调节进炉流量。粒碱系统进炉前有减压阀，压力减到15kPa，低于8.5kPa自动关火。

2.1 进口计量管路的设计方案

天然气输送能力为4 000m3／h，天然气计量能力为最小100m3／h，最大4 000m3／h，设计压力为2.0MPa，设计温度为－10～60℃，进口管径选取DN150，进口管压力等级为PN25。根据系统流量和压力，选择符合贸易结算标准要求的G4000型涡轮流量计，该流量计不仅能显示瞬时流量，累积流量，同时也能显示管道绝对压力和温度。粒碱系统流量计量程范围为50～3 000m3／h，制氢系统流量计量程范围为50～1 000m3／h，为了防止天然气管路中的杂质损伤涡轮流量计，用旋风分离器和过滤器二级过滤分离设备，来滤除天然气中夹带的杂质，以确保涡轮流量计的正常使用。在旋风分离器前和过滤器后设旁通管，以备过滤分离设备检修时，仍可连续供气。

2.2 调压管路的设计方案

天然气经过进口切断球阀后进入一级指挥器作用式调压阀。天然气的减压过程为一级减压方式。一级调压路的作用是将进口压力为0.78～0.85MPa，天然气通过调压阀减压至0.35～0.40MPa，以满足粒碱系统天然气的工艺需求，同时为二级调压路提供恒定低压的天然气。一级调压路由两条配置相同的调压路构成，粒碱系统每路的设计流量为3 000m3／h，制氢系统每路的设计流量为1 000m3／h，其工作方式为一开一备（热备用模式），第三路的两端分别安装球阀与蝶阀，并用法兰盲板封闭。主路与热备用旁路通过差压来切换，主路压力设定为0.40MPa，当主路管道由于过滤器阻力增大压力低于0.38MPa时，主路主动切换到备用一路，并同时发出报警，经维护人员现场检查处理问题后，再重新切换到主路，始终保持正常运行。如果天然气管道压力突然升高或降低，则放空阀防空的同时，紧急安全切断阀动作关闭通路，保证安全停车，控制过程如图1所示。主路天然气用量增加到3 000m3／h时，只需卸下法兰盲板，即可进行第三路调压路的安装。此时可通过安装在管道中限流孔板的作用，以两开一备的方式进行工作。

图1 天然气调压系统流程

根据进出口压力和流量要求，一级调压路一般选择导阀控制式调压器（出口压力的变化通过放大控制主阀动作）。一般天然气中含有各种杂质，因而在调压器入口处安装了过滤器，燃气携带的固体颗粒撞到挡板上，并积聚在过滤器的下部，定期由清扫孔排出，在燃气中残余的小颗粒固体和尘屑阻留在滤芯上。根据过滤器前压差计测得的压力降可以判断过滤器的堵塞情况。在正常工作情况下，燃气通过过滤器的压力损失不得超过10kPa，压力损失过大时应拆下清洗。在调压器后设置紧急切断阀，为防止由于调压器薄膜破裂、关闭不严或调节失灵，或由于意外原因所导致的调压器下游压力的非正常升高，使调压器失去自动调节及降压作用。因此，调压站必须设置安全阀，调压室的出口压力由安全切断阀和安全放空阀进行控制。安全切断阀控制压力的上限和下限，安全放空阀只控制压力的上限。放空阀的放空压力应比切断阀的关闭压力低。当调压器正常工作时，仅在应当关断而关闭不严时（由于阀门上积存杂质、磨损等原因），天然气才放空到大气。此时，经由关闭不严的阀门流过的天然气量大于用气量，出口压力就会增大，为了避免出口压力过高，就必须将多余的天然气排入大气，调压器能够在进口压力和流量波动的情况下，保证出口压力恒定。为了保证调压柜安全运行，在每个调压柜里安装了可燃气体探头，检测天然气泄漏情况。并且将调压柜的压力、流量、可燃气分析仪信号全部引入中央控制室进行监控。

3 效果分析

该系统自投入运行以来，在粒碱系统和制氢系统中，调压、供气、安全保护等功能稳定可靠，满足了生产工艺需要。使用无人值守集成式的调压柜，不仅工艺可行，安全可靠，出现异常情况反应迅速，而且，达到降本增效的目的。

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