長輸天然氣管道壓氣站運行分析

史穎維

中國石油集團西南管道有限公司南寧輸油氣分公司 廣西南寧 530000

長輸天然氣管網運行費用主要有由各站壓縮機運行過程中能耗費用組成，在各種不同輸氣方案選擇會造成能耗費用的參差不齊。要在保證各壓縮機組工作高效率的運行狀態下，降低能源消耗，從而進一步提高經濟效益。

1 調壓系統的硬件組成及控制要求

天然氣調壓系統是由調壓閥、切斷閥等調整部件構成，從天然氣管道的上游向下游串聯，安全切斷閥、監控調壓閥是自力式閥門，工作調壓閥采取電動閥門，可以按著控制要求調整閥門開度。一般情況下，安全切斷閥和監控調壓閥保持全開狀態，通過工作調壓閥來對天然氣管道下游進行控制。在工作調壓閥存在運行故障，不能有效對下游天然氣管道壓力進行調整時，監控調壓閥會取代工作調壓閥功能，對下游管道的壓力進行調整，保證管網的運行安全。如果監控調壓也存在運行故障，無法對下游管道壓力進行調控，安全閥則切斷氣源使下游天然氣供應停止。在工作調壓閥存在運行故障，會保證全開的狀態，而監控調壓閥發生故障，會保持全關狀態。天然氣長輸管道調壓系統中存在兩個控制變量，也就是下游壓力、流量。如果控制系統獲取到壓力、流量的設定值、當前壓力、流量的實際值，還有控制系統允許管網系統的最小壓力、流量值。在實時壓力值大于設定值時，需要對壓力進行控制；實時流量大于設定值，對管網天然氣流量進行控制；當實時壓力、流量介于系統允行的最小值和設置值之間，需要按著當前的閥門開度運行；當實際流量低于系統最小值，天然氣長輸管道系統以最低壓力供氣；如果當前天然氣流量與設定值相符，需要保證流量不大于最大設定值[1]。

2 天然氣壓氣站工藝設計

2.1 放空系統設計

作為保證壓氣站平穩運行的重要輔助系統，放空系統的設計重要性不言而喻，壓縮機出口的高壓緊急放空能力是評價放空系統設計是否合理的重要指標。以往的壓氣站放空系統的設計是多臺壓縮機共用一個放空系統。這種方法的弊端是一旦出現停電等緊急放空狀況，很容易導致壓力系統出現故障。最終造成安全事故。這就要求在每個項目中每臺壓縮機都應有獨立的放空系統，避免其與其他壓縮機共用，消除以上所述的安全隱患，避免安全生產事故的發生。

2.2 壓縮機組安全控制設計

為了便于安全控制，在實際項目中壓縮機組一般選用燃氣輪機驅動的壓縮機組，這種驅動方式可以調節運行速度，進而達到控制系統輸出壓力的目的。機組的壓力報警和超壓緊急停車系統是重要的功能，這種壓縮機組設置了緊急放空閥，這種設計為壓縮機出口管道系統的平穩可靠運行做出了多重保障[2]。

2.3 壓力檢測與監控設計

每一個壓氣站在出站緊急截斷閥前都必須設置壓力報警器，壓力報警器的作用是在系統壓力超范圍時進行報警，在壓縮機出口安裝自動放空閥，在壓氣站出口需要安裝緊急截斷閥，使其與出口的自動放空閥進行聯鎖。這種方法大大提高了系統的安全性能，如果一旦出現壓力超過設定值，壓力監測系統就會報警，并進行停車和緊急放空，這種設計為壓氣站的平穩運行做出了保障。

3 長輸天然氣管道壓氣站運行

天然氣壓氣站在投入使用期間，工作人員能夠利用仿真軟件來對各個壓氣站的數據進行采集，然后根據數據對不同輸量下的壓氣站的運行方式進行分析研究，當發現壓氣站數據異常時，首先要分析此時下游用戶的輸量要求。我國輸氣管道下游用氣結構種類不多，其中家庭用戶用氣和商業用氣占比較高。用氣量受多種因素影響而不斷變化，例如，在冬季，部分管道用氣量由于供暖而呈現直線上升趨勢，因此，這些管道就必須建設調峰專用壓氣站。

3.1 平穩工況

平穩工況即天然氣管線進出平衡（管線的進氣量等于出氣量，出氣量又等于銷售量與轉供量之和）。各壓氣站進出站壓力基本維持不變，整體管線壓力也基本平穩，波動不大。工況下，天然氣經各壓氣站壓縮保持較高的壓力，保證下游用戶的正常用氣。這種壓力坡降圖是大部分天然氣管道所具有的特性，長輸天然氣管道的壓力坡降圖中起始點壓力為天然氣管道氣源的進氣壓力，豎直線代表壓氣站所提升的壓力，斜線為壓縮天然氣沿管線流動的壓力損失情況。

3.2 啟機工況

啟機工況主要是指管線下游壓力不夠，需要增啟機組或增加壓氣站來維持下游管線壓力。啟機工況多發生在管線進氣量小于出氣量的情況。工況中，壓縮機組已達最大轉速，但進、出站壓力仍很低，管線整體處于輸量大且壓力低的狀態。此情況表明管線所啟的壓氣站明顯不夠，需增啟壓縮機組，來滿足管線輸量和壓力的要求[3]。

3.3 停機工況

停機工況主要是指壓氣站出站壓力太高且一直保持快速上漲趨勢，必須停止機組運行。停機工況多發生在管線進氣量大于出氣量的情況。

（1）單個壓氣站停運機組。工況中機組在最低轉速，出站壓力已經接近設計壓力，且仍處于上漲趨勢。因此應及時采取措施，停運1臺或多臺機組，或者停運1臺或多臺機組來緩解機組的運行壓力。同時相應減少上游各站的機組轉速，減小輸量，保證安全運行。

（2）全線壓氣站均停運機組或全線停運多個壓氣站。工況中全線壓氣站出站壓力均較高，且仍具有上漲趨勢。同時，每個壓氣站的壓力差非常小，且機組處于最低轉速。此工況說明該管線不需要啟多機組或壓氣站來維持較小輸量下的運行，因此，可以采取全線各壓氣站各停運1臺或多臺機組或者間隔停運多個壓氣站運行。這樣操作既能避免管線超壓的風險，又可以保證管線的輸氣壓力，并且極大地降低運行成本，達到節能降耗的效果。

3.4 特殊工況

（1）管線高管存、壓氣站低壓差、機組低轉速。此種情況為管線高管存、壓氣站低壓差、機組低轉速的工況。此工況進出基本平衡，各壓氣站進出站壓力沒有明顯的波動，較為平穩。這種工況一般出現在第2天管線下游銷售量有急劇的增加，需要管線維持高管存狀態來應對，并且假如沒有啟這么多機組，而第2天銷售增加后再啟機的反應時間不夠的情況。這種工況雖說可以保證高管存來應對銷售的急劇增加，但實際運行風險較大，需要各壓氣站及調度人員密切關注壓力、溫度等參數。一旦發現機組故障停機，應立即重啟機組或啟備用機組。若長時間無法啟機，則會造成上游壓氣站聯鎖停機的大型事故。應特別注意的是，天然氣銷售早晚不均，晚間銷氣瞬時量相比白天有所減小，需要管線留出一部分空間來充裝減小的氣量，否則也會造成超壓。

（2）管線低管存、壓氣站高壓差、機組高轉速。此種情況為管線低管存、壓氣站高壓差、機組高轉速的工況。此工況為氣源壓力低、管線進出平衡，整體管線接近最低管存。這種情況一般是氣源的進氣量剛好滿足銷氣量，但無多余的氣量給管線充壓造成的。

3.5 壓氣站或機組切換

下游壓氣站切換至上游壓氣站：應該先要求上游壓氣站啟運，啟運成功之后保持低轉速運行，再將下游壓氣站停運。因為下游壓氣站停運后，在該下游壓氣站進出站壓力持平之前，上游壓氣站的出口壓力是持續上升的。所以應繼續觀察上游壓氣站的壓力上漲情況，再相應提升機組轉速至合適的出站壓力，否則容易造成超壓。上游壓氣站切換至下游壓氣站：應該先要求下游壓氣站啟運，啟運成功之后保持低轉速運行，再將上游壓氣站停運。因為上游壓氣站停運后，在該上游壓氣站進出站壓力持平之前，下游壓氣站的入口壓力是持續下降的。所以應繼續觀察下游壓氣站的壓力下降情況，待下游壓氣站進站壓力有上升趨勢之后，再相應提升機組轉速至合適的出站壓力，否則容易造成機組入口壓力低而停機。

4 加強對長輸天然氣管道的安全管理措施

4.1 建全法律制度，依法管理管道運輸

為依法管理天然氣管道，2010年我國制定并頒布《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》，各省也結合實際情況頒布了一些《石油天然氣管道保護條例》，為保護天然氣管道提供了法律依據，做到了有法可依。因此，相關的管道工作人員也應以該法律為基礎，做好組織工作和宣傳工作，組織動員群眾投身到長輸天然氣管道的保護工作中，讓群眾明白天然氣管道事關大家的整體利益，不可置身事外。同時，相關部門在法律法規實施的過程中，也要結合實際，深入群眾，根據實際情況的發展變化適時修訂，充分發揮法律法規在保護天然氣中的重要作用。

4.2 按照規范做好長輸天然氣管道的管理工作

長輸天然氣管道的管理和維護是技術性、專業性很強的工作，需要工作人員具有一定的技術水平和專業能力，這就要求要建立完善的專業技術和管理規范。由于長輸天然氣管線運輸距離長，所經地區環境復雜，所以相關人員要充分考慮到這一因素，要將管線分成一個個點及一個個段，實行分點和分段管理。要將具體的某一點段的管線管理工作交由所經區域的相關單位，以降低管理的難度。而分管地區的單位要結合本地區的實際情況，組建專業性的管理小組，全權負責安全管理工作。

4.3 加強安全生產的管理

對于安全生產的管理要從管理層面到施工層面落實到位，所有人都要意識到安全管理的重要性，在具體施工過程中加大安全意識。雖然我國的安全管理問題已經得到了很好的重視，安全管理工作也得到了相應的完善，但是正真將安全風險降到最低，保障施工順利進行還要繼續研究。對于各種施工安全問題的出現要作為案例進行深層次的研究，不管是國內還有國外的案例，研究每個安全問題的出現有沒有相似之處，到底需要在那些方面進行改善。同時，安全管理也絕不能紙上談兵，遇到具體的問題要提出具體的處理方法，保證安全第一。

4.4 加強巡護工作

對于管道建設的質量，真正的檢驗是管道的運行。長輸管道因設計范圍廣，其在運行過程中出現風險是不可避免地。但加強巡護工作，能有效降低風險發生的幾率。通過有關部門制定專門的巡護方案，對管道運行過程中的重點，以及安全隱患較大處進行重點巡護。并制定相關責任制，確保每個崗位每個員工的責任落實到位。同時，建立相應的獎懲機制，對于任務完成優秀的員工進行一定的獎勵，并與績效考核掛鉤，激發員工的工作積極性。在重要部位安排警示標志，確保管道運行的安全性。

4.5 加強宣傳，提高全民防范意識

天然氣管道的輸送最終通過末站供應給用戶，天然氣管道的輸送涉及到從用戶到施工方等各個層面。因此，對于天然氣的安全問題涉及到全民眾。所以加強宣傳以提高全民防范意識是十分必要的。對于天然氣管道經由的地區進行宣傳，加強全面防范意識，讓群眾意識到破壞天然氣管道不僅會給自己的生活帶來不便，甚至會威脅到自己的生命健康，嚴重的要追究法律責任。重視安全施工問題，制定有效的懲罰制度，對于管道監督到位的給予獎勵，對于破壞管道的行為給予嚴厲的懲治，讓群眾成為管道安全的監督人，這樣才能將安全問題落實到位。同時，基于施工人員知識體系的完善對于人民群眾的施工安全的宣傳也會起到不可磨滅的作用，施工人員的安全培訓工作也要落實到位。

4.6 提高監督力度

天然氣的輸送是一項很大的工程，耗時又耗力，要想保證整個施工安全就必須要加強各個環節的安全管理和監督力度。對于管道的輸送問題要有一定的規劃，提前制定可行的實施方案，對于可能存在的實施風險進行評估。對于實施材料的選擇要做好監管，在符合國家標準的前提下因條件的改變選擇合適的材料。同時，監管人員在具體的施工過程中也要盡職盡責，對各個部門，各項環節把好關，在保障施工安全的前提下施工。在發現了問題時，要及時糾正與指導，對于可能遇見的施工風險要提前告知施工人員提前做好準備，加強安全意識。

5 結語

天然氣管道聯網是近年來我國采用的向下游供氣的一次大膽嘗試，隨著我國幾條長距離天然氣管道的相互連通，其優點正不斷顯現，比如，幾條管道能夠在系統的統一調節下，根據不同管道運行情況，通過分析計算優化運行質量。