某天然气管道增压工程中站场自控系统及工艺系统的设计

李非

摘要：拟新建塔榆增压站一座，设计规模 53×108m3/a，并对塔榆首站、塔榆末站工艺装置区进行改扩建。塔榆首站和塔榆末站为五级站场。站场自控系统的设计是关键的设计内容之一。塔榆增压站自控系统的设计，主要测控参数有：管线及设备的压力、温度就地指示及远传检测； 主要设备及汇管集液包液位检测；过滤分离器差壓检测和远传等。塔榆首站本次改造主要包括：在工艺装置区预留过滤分离器位置新增 400× 104Nm3/d 过滤分离器一台，并将站内进气管线连通，实现所有过滤分离器并联运行，互为备用，方便操作，同时，在增压站未投用之前可实现中干线和 34#‐塔榆首站管线接入天然气的临时过滤。塔榆末站改建流程：将原进站总管延伸，并新增 3 台过滤分离器。原调压区调压管路取消， 原汇管 1 去调压区的 3 路分支管路以及去陕京二线管路直接与过滤分离器后新建总管连接，以实现所有过滤分离器并联安装（5 用 1 备）。

关键词：天然气管道；增压站；工艺改造； 系统设计；改建流程； 规范

随着大牛地气田被不断开发，外输天然气的气量在逐年增加，到2015年末需要通过塔榆管线外输的天然气量将达到53×108Nm3/a。已建塔榆管线设计压力为6.0MPa，管道公称直径为DN700，采用不增压输气工艺，输气规模为30×108Nm3/a，目前管道运行压力为4.5MPa左右。为保证天然气顺利外输至榆济管线，拟充分利用已建塔榆管线， 采用增压输送工艺，从而对管线的输气性能进行提高。拟新建塔榆增压站一座，设计规模53×108Nm3/a，站内设进站清管、过滤分离、压缩、外输等装置以及相应配套设施。并对塔榆首站、塔榆末站工艺装置区进行改扩建。新建中干线越站至增压站管线和增压站与塔榆管线连接段管线。塔榆首站具体的改造内容包括：新增过滤分离器一台， 并与站内已有过滤分离器并联，使站内过滤分离器互为备用；塔榆末站的改造内容为：扩建工艺装置区，天然气处理能力从30×108Nm3/a 提高至53×108Nm3/a，并改造调压管路及新增计量设备。另外从新建立一座110kV的变电所，即塔榆增压站配套新建110/10kV变电站1座。塔榆增压站进站压力，塔榆首站天然气来气压力：2.0～4.5MPa。中干 线天然气来气压力：2.0～5.7MPa。塔榆增压站进站温度，天然气平均 温度：289K（16℃）。中石化天然气分公司榆济管线负责华北分公司天然气输送，榆济首站的进站压力为4.0MPa，考虑塔榆末站站内 0.1MPa的压力损失，塔榆末站进站压力为4.1MPa，塔榆增压站在输量为53×108Nm3/a的条件下出站压力为5.7MPa。根据《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2004规定划分，新建塔榆增压站为四级站场， 塔榆首站和塔榆末站为五级站场。站场自控系统的设计是关键的设计内容之一。并且新建中干线越站至增压站管线和增压站与塔榆管线连接段管线，站场工艺系统的设计是关键的设计内容之一。

1. 天然气管道增压扩能工程中站场自控系统的设计方案

根据《石油天然气工程设计防火规范》GB50183-2004规定划分， 大牛地气田新建塔榆增压站为四级站场，塔榆首站和塔榆末站为五级站场。设计站场自控系统是整个方案的关键环节。塔榆增压站自控系统的设计，主要测控参数有：管线及设备的压力、温度就地指示及远传检测；主要设备及汇管集液包液位检测；过滤分离器差压检测和远传等。改造优化塔榆首站的自动控制系统，即首站增加一台过滤分离器。对塔榆末站自控系统进行改造，可燃气体探测器信号上传至壁挂式可燃气体报警器，由壁挂式可燃气体报警器输出报警信号至站控系统（SCS）。手动报警按钮输出信号去站控系统。流量计算机通过RS485 接口（遵循标准MODBUSRTU 协议）传输流量数据至站控系统。流量计算机为盘装式，安装在仪表值班室新增的控制机柜上，计量橇厂家提供电涌保护器。

1.1 线路部分与通信的设计

（1） 线路部分的设计。中干线越站至增压站段管线，管道公称直径为DN500，长度约0.7km，设计压力6.3MPa；增压站与塔榆管线连接段管线，管道公称直径为DN700，长度约0.6km，设计压力6.3MPa。中干线越站至增压站段，管线起自1#阀室预留接头（34#集气站-塔榆首站管线），出阀室后向南敷设进入塔榆增压站。增压站与塔榆管线连接段，塔榆增压站位于已建塔榆管线东侧，就近将原有塔榆管线截断接入塔榆增压站，增压后外输管线接入现有塔榆管线。中干线越站至增压站段管线：站场上下游200m管道，阀室上下游50m管道，直管段采用Φ508×10mmSAWL（直缝埋弧焊），热煨弯头采用Φ508× 12.5mmSAWL（直缝埋弧焊），其它直管段管道采用Φ508×7.1mmSAWH（螺旋缝埋弧焊）钢管，冷弯弯管采用Φ508×7.1mm SAWL（直缝埋弧焊）钢管，热煨弯头采用Φ508×10mmSAWL（直缝埋弧焊）钢管。增压站与塔榆管线连接段管线，冷弯弯管采用Φ711×11mmSAWL（直缝埋弧焊）钢管，热煨弯头采用Φ711×12.5mm SAWL（直缝埋弧焊）钢管。冷弯弯管曲率半径为40D，热煨弯管曲率半径为6D。

（2） 通信设计。中干线越站至增压站段光缆设计，线路起点为34#站至塔榆首站光缆线路标志TX-J34-4，终点为塔榆增压站内通信机柜内光纤配线架。光缆与管道同沟敷设，光缆线路敷设至增压站外后，沿围墙上预留钢管敷设至站内新建手孔，再沿站内通信管道敷设至机柜间光纤配线架。

1.2 站场自控系统的设计

（1） 塔榆增压站自控系统的设计。主要测控参数：管线及设备的压力、温度就地指示及远传检测；主要设备及汇管集液包液位检测；

过滤分离器差压检测和远传；远程开关阀控制及阀状态检测；清管器通过检测；锅炉房减压阀阀位状态检测；各橇块内的上传信号；火气检测，包括站场可燃气体浓度检测报警，火灾检测报警，火灾手动报警按钮，可燃气体探测器、防爆手动报警按钮和火焰探测器信号直接进入FGSI/O 模块，火灾报警控制器安装于控制室墙上。站内同时配备了便携式可燃气体探测器。防雷：除控制室侧的DO点外，所有由室外来的信号在控制室一侧均安装防雷浪涌保护器，其中系统侧的浪涌保护器由SCADA供货商负责配套提供。接地：1）工作接地。所有屏 蔽电缆的屏蔽接地均在系统侧单端接地，系统机柜内设置独立的工作接地汇流铜排，接入联合接地系统，接地电阻不大于4欧姆。电源接地也接入工作接地汇流排。2）保护接地。现场以及房间内的盘、箱、柜等设备应做保护接地，盘、箱、柜内设置独立的保护接地汇流铜排， 接入联合接地系统，保护接地电阻不大于4欧姆。3）防雷接地。站控室内浪涌保护器的防雷接地与工作接地合用接地汇流排，室外仪表浪涌保护器的防雷接地接到电专业的现场防雷接地上。电缆敷设：仪表主电缆采用电缆沟和电缆桥架或埋地敷设方式，站内工艺装置区内分支电缆采用全程钢管保护敷设至电缆沟或电缆桥架，放空区的电缆采用直埋敷设至电缆桥架。动力供应：用电负荷属于有特殊供电要求的负荷，由电气专业提供220VACUPS 电源分别分配给站控室的站控系统机柜、可燃气体报警器等。站内普通电动开关球阀由电专业提供非UPS 380VAC电源。站控系统（SCS）负责现场仪表以及相关设备的供电。压缩机控制系统：压缩机厂商配套提供接线箱、就地控制盘以及控制系统，其橇内部接线由厂商负责。压缩机控制系统机柜到控制室之间的电缆由施工方完成。

（2） 对塔榆首站自控系统进行改造。首站增加一台过滤分离器， 相应增加以下测控参数：过滤分离器压力就地指示；过滤分离器压差检测和远传显示；过滤分离器集液包液位就地指示（设备自带）。新建过滤分离器区可燃气体浓度检测报警，可燃气体探测器信号上传至壁挂式可燃气体报警器，由壁挂式可燃气体报警器输出报警信号至站控系统（SCS）。

（3） 对塔榆末站自控系统进行改造。主要测控参数：管线压力、温度就地指示及远传检测；过滤分离器的压力就地指示；压差检测和远传显示；集液包液位就地指示（设备自带）。远程开关阀控制及开关阀状态检测；计量前管线压力调节；流量计量；开关阀控制和开关阀状态检测；火气检测：新建工艺装置区内可燃气体浓度检测报警， 手动报警按钮。可燃气体探测器信号上传至壁挂式可燃气体报警器， 由壁挂式可燃气体报警器输出报警信号至站控系统（SCS）。手动报警按钮输出信号去站控系统。信号接口及传输：计量设备为橇装形式， 每路流量计配套一台流量计算机。计量橇供货商配套提供上下游直管段、整流器、仪表、接线箱、流量计算机等。流量计算机通过 RS485 接口（遵循标准 MODBUSRTU 协议）传输流量数据至站控系统。流量计算机为盘装式，安装在仪表值班室新增的控制机柜上，计量橇厂家提供电涌保护器。防雷、接地：防雷及接地要求与增压站相同。电缆敷设：仪表主电缆采用电缆穿管埋地敷设方式，工艺装置区内分支电缆采用全程钢管保护，电缆过路或遇工艺管线应穿保护管。动力供应：动力供应要求与增压站相同。

1.3 遵循的主要标准规范

（1）《火灾自动报警系统设计规范》 GB50116-98；（2）《石油天然气工程可燃气体检测报警系统安全技术规范》 SY6503-2008；（3） 《油气田及管道计算机控制系统设计规范》SY/T0091-2006；（4） 《油气田及管道仪表控制系统设计规范》SY/T0090-2006；（5）《工业生产过程中安全仪表系统的应用》SY/T10045-2003；（6）《综合布线系统工程设计规范》 GB50311-2007；（7）《通信工程建设环境保护技术暂行规定》 YD5039-2009；（8）《通信管道与管道工程设计规范》 GB50373-2006。

2 天然气管道增压扩能工程中站场自控系统的设计方案

2.1 站场工艺系统的设计

（1） 塔榆增压站的工艺设计。该增压站位于塔榆首站附近，原塔榆管道东侧，负责接收原塔榆管道天然气及气田其它干线来气，经过站内过滤分离及压缩等流程后再送入原塔榆管道，输送至塔榆末站。原塔榆管道来气（气量为25×108Nm3/a）已经在塔榆首站经过滤分离，进入增压站后直接经压缩机组增压外输；大牛地中干线、东干线复线和气田其它来气（气量为28×108Nm3/a）进入增压站后首先进行过滤分离，然后与塔榆首站来气混合进入压缩机组增压（压缩机进口压力为2.0～4.5MPa、出口压力为4.85～5.7MPa），增压后气体经过空冷器冷却，再进入已建塔榆管线外输至塔榆末站。考虑站场后期将扩建脱水脱烃装置，本次设计在工艺装置区预留了与脱水脱烃装置区的连接口。该站场设计输气规模：53×108Nm3/a；进站运行压力：塔榆首站来气2.0～4.5MPa；中干线及其它来气2.0～5.7MPa；出站运行压力：4.85～5.7MPa；设计压力：6.3MPa；进站温度：0～16℃；出站 温度：40～50℃。该站场的功能：接收塔榆首站、中干线、东干线复线及气田其它来气；清管器接收、发送；来气过滤分离；气体增压； 工艺气空冷；站场紧急截断和放空；站场辅助配套，预留脱水脱烃装置接口。该站场工艺流程：塔榆增压站主要工艺流程有正常流程、越站流程、紧急切断流程、放空流程、排污流程等；分离流程：中干线来气经ESDV102、ROV102、ROV105A/B/C、FS101A/B/C、ROV106A/B/C完成天然气过滤分离。前期中干线来气压力较高，通过ROV110可实现不增压外输功能。过滤分离器为2用1备；增压流程：当来气压力低于越站要求时， 中干线来气过滤后经ROV109A/B ， 首站来气经ROV108A/B分别进入压缩机进气总管NG-126和NG-139，然后经过 ROV111A～K、Z101A～K、AC101A～K、BV138A～K完成天然气增压流 程。天然气压缩机橇为10用1备；清管器收发流程：中干线来气经ESDV102、ROV103、PR101、ROV104完成收球流程。

外输天然气经ROV113、PL101、ROV114、ESDV103外输至下游塔 榆末站。站内设收球筒1套（PR101）及发球筒1套（PL101）；紧急切断流程：站内各路进站管线及出站管线均设有紧急切断阀（ESDV）， 当遇到紧急状况，可以迅速将站场与线路切断，并做事故处理。站场目前设有两级关断。一级关断ESD-1：站场泄压关断塔榆增压站一级关断： 全站泄压关断。生产流程及辅助流程均关断，紧急放空阀打开泄压，应急电源延时关断；放空流程：放空流程的设置主要有三种：安全阀放空、 站场放空、站外管线放空。第一种，安全阀放空。站内收发球筒、过滤分离器、排污罐、自用气橇块、压缩机组均设置有安全阀，当来气压力高于安全阀设定压力时安全阀起跳，实现紧急放散。同时设備还有手动放空，能够在检修时实现放空。第二种，站场放空。在站场发生重大事故时，站内ESDV101、ESDV102、ESDV103紧急关断，站场内BDV阀立 即开启，紧急放空站场内天然气。第三种，站外管线放空。通过进出站放空阀能够放空本站与上、下游截断阀室或站场之间管道内天然气；排污流程：在过滤分离器、压缩机橇块、收球筒等设备上都装有排污阀， 通过排污管道将收集的污液集中排到站内排污罐，罐内污水集中拉运至处理地点；仪表风流程：空气经空压机增压后进入无热再生干燥橇块， 经过干燥脱水再进入仪表风储罐，仪表风经过分配管网为站内气动阀门供气，并为压缩机控制柜及电机提供密封气。

（2） 对塔榆首站进行工艺改造。塔榆首站位于陕西省榆林市榆阳区小壕兔乡东南，设计规模30×108Nm3/a。目前负责接收大牛地东、西、中干线来气，经站内过滤分离、计量后外输。即将建设34#集气站-塔榆首站管线（即：规划东干线复线前段），将部分集气站天然气直接输送至塔榆首站。由于已建塔榆首站过滤分离器已满负荷运行（单台处理量270×104Nm3/d，3台，无备用），中干线设置越站流程，并与规划东干线复线汇合，待塔榆增压站建成后输送至增压站进行过滤、增压。塔榆首站本次改造主要包括：在工艺装置区预留过滤分离器位置新增400× 104Nm3/d过滤分离器一台，并将站内进气管线连通，实现所有过滤分离器并联运行，互为备用，方便操作，同时，在增压站未投用之前可实现中干线和34#-塔榆首站管线接入天然气的临时过滤。现有流程：西干线来气经收球筒进过滤分离器FS201B、FS201C，过滤后进入汇管1，经出站计量区，计量后外输。东干线来气经收球筒与26#、27#集气站来气，一同进入过滤前计量区，计量后进入FS201A过滤分离器，过滤后进入汇管2， 经出站计量区，计量后外输。中干线来气经收球筒后和34#来气一同直接进入汇管2，经出站计量区，计量后外输。目前，塔榆首站设有的3台过滤分离器（无备用），单台处理量270×104Nm3/d，2台过滤西干线来气， 1台过滤东干线及6#、27#集气站来气，中干线不进行过滤。为满足中干线和34#-来气临时过滤分离的需要，以及后期过滤分离器的备用，塔榆首站新增过滤分离器1台（处理量400×104Nm3/d），同时將站内进气管线连通，实现所有过滤分离器并联运行，互为备用。改造流程：新建过滤分离器FS-202安装在站场预留位置，与东干线来气管道、站内汇管2进口管道预留口连接。同时西干线来气管道、东干线及26#、27#集气站来气管道（过滤分离器前计量区内东干线来气管道及26#、27#集气站来气管道连接的旁通阀BV202应打开）、中干线来气管道相互连通，实现全部过滤分离器并联运行。站场扩建后，过滤分离器共4台，在增压站未投入使用时，中干线及34#站来气临时进入本站过滤分离器进行过滤分离，过滤分离器4台全部运行，无备用。当增压站投入使用后，中干线来气越站反输至34#站，并由34#站输送至增压站过滤分离，此时，站内过滤分离器 采用3用1备的模式运行。中干线及34#站来气临时过滤流程：打开新增阀门BV119，同时关闭该管路通向汇管2阀门BV201，实现过滤分离器前进气管网连通，气体进入过滤分离器进行过滤分离。中干线越站流程：关闭BV119和BV201，同时打开ROV205，以实现中干线越站。

（3） 对塔榆末站进行工艺改造。塔榆末站位于陕西省榆林市榆阳区芹河乡，设计规模30×108Nm3/a，具有清管器接收、来气过滤分离、调压、交接计量等功能。目前站内过滤分离器已满负荷运行（单台处理量270×104Nm3/d，3台，无备用）。本次设计中将整体考虑工艺装置区扩建，将末站处理规模提高至53×108Nm3/a，相应增加400× 104Nm3/d过滤分离器3台，同时取消原调压管路，新建4路调压及1路超声波计量装置。现有流程：塔榆管线来气（气量为30×108Nm3/a）经收球筒进过滤分离器前总管，过滤分离后的洁净天然气经调压阀稳压后进计量橇块，计量后外输。目前，塔榆末站设有3台过滤分离器， 单台处理量270×104Nm3/d，已处于满负荷运行状态，扩能之后无设备处理。站场辅助流程包括放空和排污系统流程。站内安全阀或手动放空管线汇入放空总管后，输送到站外放空火炬进行放空。改建流程： 将原进站总管延伸，并新增3台过滤分离器。原调压区调压管路取消， 原汇管1去调压区的3路分支管路以及去陕京二线管路直接与过滤分离器后新建总管连接，以实现所有过滤分离器并联安装（5用1备）。在过滤分离器后新建总管上重新引出4路调压管路，经调压后汇总输送至计量区。来自过滤分离及调压区的总管在计量区分别与原汇管2（计量橇前）的3路分支管及新增计量管路连接，形成5路计量并联运行（4用1备）。新建计量管路出口与出站管线预留阀门连接。

2.2 遵循的主要标准规范

《输气管道工程设计规范》 GB50251-2003；石油天然气工程设计防火规范》 GB50183-2004；《工业金属管道设计规范》 （2008 年版） GB50316-2000 ； 《 石油天然 气工程总图设计规范》SY/T0048-2009 ；《石油天然气工业 管线输送系统用钢管》GB/T9711-2011；《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423-2007。

参考文献

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[3] 四川石油管理局编.天然气工程手册[M]. 石油工业出版社，1984

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