中亚天然气管道B线投产方案的研究与实施

杨　松，陈　军，邱忠华，徐伟良

(1.中国石油天然气管道局 管道投产运行公司，河北　廊坊　065000；2.承德石油高等专科学校 热能工程系，河北　承德　067000)



中亚天然气管道B线投产方案的研究与实施

杨松1，陈军2，邱忠华1，徐伟良1

(1.中国石油天然气管道局 管道投产运行公司，河北廊坊065000；2.承德石油高等专科学校 热能工程系，河北承德067000)

摘要：针对B线首站未能及时完工而整条管线又需投产运行的情况，在天然气常用置换方案的基础上，通过对气体节流温降变化、阀门组低温性能校核进行了论证，给出了升压控制方案和防止泄漏的措施。认为采取气体返输的工艺可以实现B线的安全投产。实践证明，采取气体返输工艺是一种经济可行、安全可靠的方法。

关键词：天然气长输管道；置换方案；阀门

目前我国长输天然气管道投产的总体思路为[1,2]：采用高压天然气正输流程，以“气推气”的方式，一次性、连续地对全线管道和系统进行置换和升压工作。为确保天然气置换和管道升压安全，对管道投产必须满足整体管线系统主体贯通、机械完工，预试运完毕，重要的首站流量控制系统和调压系统必须达到工艺操作条件。而在中亚天然气管道乌国段B线投产方案的编制和实际投产实施中，存在个别标段工期严重滞后，致使管线无法在预定的投产节点期全线贯通；投产用气只能取自在役的中亚天然气管道A线；首站和中间站均不具备天然气流量控制及压力调节功能，高压气流动无法实现流速和气量的控制等问题。针对上述问题，通过实地调研、技术论证、模拟分析，最终确认采用分时、分段返输的投产总体思路，并结合现场实际在6#、8#阀室临时修建两级调压系统，使A线9.8 MPa的天然气经调压系统降至0.2 MPa后进入B线投产置换，在不影响国内天然气供应的前提下，安全、平稳地实现乌国500 km天然气管线分三段投产成功，不仅为管道局节省了大笔工程费用，也为以后类似的工程提供了良好的借鉴。

1整体方案确定

1.1投产方案整体思路

基于中亚管道乌国项目B线管线未全线贯通，拟采用分时、分段，“气推气”的方式进行投产。将中亚管道乌国项目B线分为三个阶段进行反向投产置换(返输)，第一阶段是WKCA—6#阀室，第二阶段是8#阀室—MS计量站，第三阶段是绕行段6#阀室—8#阀室，最后进行全线的整体升压。

1.2投产气源

由于乌方GAZLI压气站无法投用，B线投产用气只能取自在役的中亚天然气管道A线。通过在6#、8#阀室分别建设临时工程，对各段管道进行反向置换升压工作。图1为6#阀室临时工程示意图。其特点是利用两个阀室的放空管线将A、B线连接起来。投产时A线天然气经过BV0611→GLV0611→GLV0612→GLV0623→GLV0622→GLV0621→BV0621把天然气引入B线。除A线干线阀GHV0611全开外，其余阀门都是全关状态。第二阶段投产的8#阀室临时工程与6#阀室类似。

1.3流量和压降控制策略

A线在正常运行时，天然气的运行压力在9.8 MPa左右，B线在天然气-氮气置换时初始压力为0.2 MPa。为便于控制置换流量和对天然气进行降压，在连接管线多加一个控制阀(GLV0623)，使得B线6#(8#)阀室的阀门与临建管道上加装的节流截止阀组成一个2级调压阀组。通过调节GLV0612和GLV0623的开度大小来控制置换速度。

2置换投产关键参数确定

2.1置换点节流前气体温度

A线首站天然气流到置换供气点(A线6#阀室)的温度[3]可由下式计算：

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

a=225.256×106KD/QGcp

(1)

式中：TA—A线6#阀室处天然气的温度，℃；T0—管道周围介质的温度，取12 ℃；Tl—首站天然气的出气温度，取55 ℃；x—首站与6#阀室之间的距离，取145km；K—管道内的气体与土壤的总传热系数，取1.745 W/(m2·℃) ；G—天然气的相对密度，取0.726；cp—天然气的定压比热容，取1 750 J/(kg·℃)；Q—A线的天然气流量，取600×104m3/d；D—A线管道外径，取1.067 m。将数据带入公式计算可得供置换用的天然气温度为12 ℃。

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2.2天然气节流温度

天然气节流后会产生温降。依据天然气压力每降低1 MPa，温度降低约5.5 ℃的经验值[4]，当A线天然气压力由9.8 MPa经一级节流降到0.2 MPa的置换压力时，温降大概在48.4 ℃，即阀门后的天然气温度约为-36.4 ℃。如此大的温差会在阀门上产生较大的温度应力，降低阀门材料的性能。虽然节流后的天然气通过一定的管道长度可以达到自然温度回升的效果，但需要的管道长度比较长。如采用加装一个节流阀门构成阀门组，则每个阀门的温度降最大也达到24.2 ℃。在实际的使用过程中，阀门及其后续的管道均未保温，环境中的热量也能传递一部分进入到管道气中，这也缓解了阀门和管道所产生的温度应力。随着B线升压过程的继续，阀门后的气体压力逐渐升高，阀门节流所产生的温降也逐渐减小。因此，从温降上看，在天然气置换氮气的初期，由于节流的原因，会使天然气的温度降低到-20 ℃，在其它情况下，均不会出现这种极端的温度降。

2.3阀门安全性

在临时管线上原先安装的阀门选用的是某厂的球阀和节流截止阀。依据厂家说明书和对厂家技术人员的咨询，所选用的阀门均可用在-45～100 ℃的油、气管道上，而且球阀如采用厂家推荐的润滑脂(进口)Fuohs FN20，其使用温度范围可达-50～100 ℃，完全能满足节流后最低-36.4 ℃的天然气流动和低温要求。故从阀门材料上看，采用阀门组节流的方式能满足节流的安全需求，并有足够的富余量。

2.4天然气-氮气置换速度的控制

在解决了流量可控的问题后，需要制定流量控制的相关标准，即在不同的管道压力下流量应控制的范围，将规范要求的流速控制折算成流量控制，换算公式为[4]

(2)

表1是6#阀室在不同压力下依据上述公式计算的置换流量，通过流量控制表与阀门操作组前后压力差控制的密切配合，共同实现流量(流速)的控制。

3升压过程控制与安全措施

B线管线投产分为两个阶段。第一阶段为分段置换阶段，先后通过改造的6#、8#阀室的临时工程进行置换。分段置换时置换速度控制在5 m/s，各分段首日置换完毕压力控制为0.13 MPa，此后升压速度控制在0.2 MPa /h，最终达到3.5 MPa后封存。第二阶段为B线所有工程完工后的整体升压阶段，采取将8#阀室主阀打开，利用8#阀室的临时工程对B线全线进行升压，此时A线压力为8 MPa左右，B线压力为3.5 MPa，直到B线与A线压力平衡时升压结束，预设的A、B线平衡压力为7.1 MPa。

表1　天然气置换流量控制表

管道升压的过程也是检查管道、站场设备以及连接处严密性的过程。一般情况下，当管内压力升至工作压力的1/3时，停止进气，进行全线压力平衡和检漏，对检漏过程发现的问题及时处理。升压速率不能超过1 MPa/h。

升压过程中，操作人员要对各工艺站场、阀室的设备和法兰进行检漏，并在穿跨越处和所辖管段监护巡查。如果发现任何气体泄漏点，应立即上报并且要求相关施工单位及时处理。

在各站场和阀室置换升压过程中，操作人员必须按如下方法对其工艺设备和法兰连接处、仪表连接处进行检漏。

1)用宽胶带在两法兰连接处缠绕一圈，用牙签在胶带上扎一小孔，小孔位置选在管道水平中心线以下约30°处。一段时间后用可燃气体报警仪在小孔处检测有无气体泄漏。

2)用肥皂水在可能产生漏气处涂抹，观察是否有气泡产生。

3)直接用可燃气体报警检测仪检测各工艺站场、阀室、跨越处有无气体泄漏。

在升压的过程中要加密巡线，发现泄漏必须立即组织人员抢险，在处理漏气过程中，操作人员必须在场进行安全监护和检测。升压过程中严禁用坚硬器物敲击管道和设备，如果管道发生严重泄漏、爆管、管道断裂等不能带压处理的情况，应及时截断最靠近泄漏点的上、下游阀室的阀门，并上报调控中心，通知进气点停止供气。

4结论

通过采用分时、分段返输的总体投产方案分析并依照实施后，顺利地实现了中亚管道B线的按期投产，B线与A线的平压作业，使得天然气管道压力下降了约0.9 MPa，在降低了放空风险的同时，减少了天然气放空的经济损失，提高了管道投产公司的经济效益。

参考文献：

[1]朱喜平，杨英忠.长输天然气管道投产技术[J].油气储运，2009，28(8)：63-66.

[2]李长俊.天然气管道输送[M].北京：石油工业出版社，2000.

[3]姜进田，高斌.中乌天然气管道A线绕行段天然气置换投产[J].油气储运，2011，30(8):614-618.

[4]王文想,叶锦业,黎珍.天然气次高压管网投产置换操作流程探讨[J].城市燃气，2010(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

作者简介：杨松(1972-)，男，河北承德人，中国石油天然气管道局管道投产运行公司助理工程师，主要从事石油天然气的储运、长输管线及站场投产运营等技术与管理工作。

中图分类号：TE832

文献标识码：B

文章编号：1008-9446(2016)03-0012-04