1、燃气高中压调压站及其安全装置1 前言成立于 1938 年的意大利飞奥公司在天然气减压和测量方面有六、七十年的经验，已成为意大利和整个欧洲乃至全世界天然气工业发展过程中的一个决定力量，能提供所有应用于燃气调压计量系统的一系列完整设备。上海飞奥是意大利飞奥在中国的唯一子公司，依托上海航天、意大利飞奥公司和上海煤气的技术优势，已从成立之初的燃气箱式调压站的生产企业，逐步发展成为两个提供者提供燃气调压计量控制集成技术和提供燃气输配领域总体解决方案。目前，我们是全国各地燃气调压设备的主要供应商之一，我们有信心为用户提供高性价比的燃气调压设备。更为重要的是，即使拥有很好的技术，我们还是始终牢记安全这一重要
2、因素，提供能使用天然气这一重要环保能源的合格产品，因为我们坚信，为用户提供安全的燃气调压设备，也是为我们自己提供安全的保障。今天，我要向大家介绍的是燃气高中压调压站及其安全装置，就是我们在进行燃气高中压调压站设计时对于安全方面的考虑。2 高中压燃气调压站的设计21 相关的设计标准标准化是一项给有关安全、技术、经济的常见问题找到实际答案的活动，它趋向于在具体情况下找到最佳的解决问题的方案。所以，制定标准就是要应付局面，解决问题，而不是为其所缚，束手无策；制定标准就是要让社会，特别是经理、供应商和设计师这些燃气经营者有章可循，有例可引，严格遵守安全规则且易于操作；制定标准还意味着实际而具体，对规则
3、随时调整，使其成为促进因素而不是一种负担。211 国际通用标准EN12186 Gas supply systems-Gas pressure regulation stations for transmission anddistribution-Functional requirements(进口压力 16MPa 以上，流量 200Nm3h 以上)；EN12279 Gas supply systems-Gas pressure regulating installations on service lines-Functional requirements(含进口压力16MPa 以下，流量
4、200Nm3h 以下)；EN334 Gas pressure regulators for inlet pressures up to 10MPa；ANSl 318 Gas transmission and distribution piping systems；ASME Rules for construction of pressure vessels：DIN3380 调压器德国标准。212 国家标准GB 50028 城镇燃气设计规范GB 16802 城镇燃气调压器(进口压力 16MPa 以下)213 上海飞奥公司企业标准QFcA10012002 燃气调压站22 调压站设计的通用准则在当地
5、环境中应保证调压站的功能可以正常发挥；调压站设计时，站中的相关部件应便于操作和维护：整站或站中不同的气路应可以通过截断阀门宋分离阻断；站中所有的供气路，包括旁通备用路都应符合功能性的要求；同时，在设计时应考虑到诸如安装地基的沉陷，管路腐蚀等不利因素，并采取有效的措施预防之。23 燃气调压站的构成(图 1)图 1 燃气调压站通常一个完整的燃气调压站由以下三大部分构成：进口管段：由调压站上游的管路构成，气体由此进入调压站中；主管段：由各功能性管路构成的，实现调压计量功能的管路集成，通常包括气体预处理功能段，调压段和计量段几个部分；出口管段：由调压站下游的管路构成，气体由此流出调压站。如果对其进行细
6、分的话，系统中可能由以下部分组成：(1) 主开关阀；(2) 上游绝缘接头；(3) 上游主引出接头；(4) 上游开关阀；(5) 过滤器；(6) 上游压力表；(7) 切断阀；(8) 换热器；(9) 执行监控器；(10) 监控器；(11) 压力表( 测中间压力)；(12) 执行(主)调压器；(13) 一级调压器：(14) 执行(主)调压器内装切断阀；(15) 执行(主)调压器内装监控器；(16) 下游主引出接头；(17) 下游开关阀；(18) 排空装置( 可选)；(19) 下游主引出接头；(20) 下游绝缘接头。3 高中压燃气调压站的安全性燃气调压站顾名思义，它的主要目的是将上游气体通过减压至下游管
7、网(或设备) 所需的压力，使其满足下游设备的正常工作，也是为了满足正常的减压功能，才会需要增加上面所提到的一些设备，以在各方面增加其在调压时的安全性。那么，我们通常在哪些方面考虑呢?归纳一下，主要有以下几个方面：改变调压方式；增加气体预处理系统；加装安全装置(紧急切断阀、安全放散阀 )；设置燃气调压站监控系统；其它安全措施(对周围环境的影响 )；31 改变调压方式311 加装监控器监控器是一应急调压器，如因某种原因使调压器出口压力达到预定的监控器介入压力时，监控器就会替代主调压器进入工作状态，而在正常供气状态时监控器是全开的。与调压器配用的监控器可以是一台同型号或不同型号的调压器。与主调压路调
8、压器并联安装则称为并联式监控器(也就是备用调压器)，而调压器则称为主调压器，如图 2(并联监控)所示。图 2 并联监控它安装在调压器之前称为串联式监控器，而调压器则称为主调压器，如图 3 所示。此时，监控器也可直接安装在主调压器的阀体上，即两台调压器共用一只阀体，而有各自的头部、预调器与导阀，称为内装式监控器。图 3 串联监控监控器的工作原理与主调压器相同，唯一不同点是：串联监控时，其驱动压力设定得略高于主调压器的驱动压力，调节监控器导阀的设定弹簧就可做到这一点。所以正常状态下监控器处于全开状态，而主调压器在起调压作用。如果主调压器发生故障使出口压力升高，监控器就自动进入工作状态，此时出口压力
9、将略高于原出口压力。并联监控时，其驱动压力设定得略低于主调压器的驱动压力，调节监控器导阀的设定弹簧就可做到这一点。所以正常状态下监控器处于全关状态，而主调压器在起调压作用。如果主调压器发生故障使出口压力升高，监控器就自动进入工作状态，此时出口压力将略高于原出口压力。312 进行多级调压供气在调压器选用时，经常需兼顾多方面的因素，如调压器的开启度、马赫数(调压器出口法兰流速) 、噪声等方面。一般当流量要求确定后，调压器的开启度就会与进、出口压力差有关，马赫数与出口压力有关。故当进、出口压力降很大时，建议采用多级调压的供气方式(图 4)，图 4 多级调压供气以使所选用的调压器始终处于最佳的工作位置
10、(一般为最大开启度的 1580左右) 。313 进行多路并联供气同样在进行系统设计时，经常会碰到当流量较大时，往往即使选用最大的调压器，仍不能满足系统所需流量的要求；或者当下游用户投产初期流量较小，若直接选用较大调压设备，初期调压器的开启度就会很小，使调压器难以处于正常的开启位置。此时，就需要考虑采用多路并联的供气模式，如图 5 所示：图 5 多路并联供气32 增加气体的预处理系统为保证调压设备的正常工作，通常需对气体进行预处理。一般，对气体的预处理部分可以分为燃气的过滤与分离以及燃气预热两大部分。321 气体的过滤与分离在固体杂质或者液体有可能进入燃气管路并影响正常的调压、计量功能的时候(通
11、常此类情况在实际工况中无法避免)需要在整个系统中设置固体或液体杂质的捕捉和收集装置。在设计此类设备时应考虑最苛刻的使用工况，即流量最大，压力最低的情况。对于过滤器来说，应设置差异指示装置，以便于了解过滤元件的污染程度。过滤分离设备开启部位的设计结构应能保证操作人员在开启过程中没有任何危险，对于集液器来说，设备上应有手动或自动的排放装置，在必要的情况下还可加装废液收集装置。322 气体的加热当燃气减压过程导致燃气温度降低到有可能影响系统中设备的正常运行时，需要对燃气进行加热。但是在设置气体加热装置的时候，需要注意加热的方式和方法应符合相应防爆等级的要求。此外，作为直接加热气体的替代方法之一，可以
12、在燃气中注入抑制剂(甲醇) 以降低气体的露点。33 加装安全装置压力调节系统应保证下游压力在设定范围内，不超过允许值，在这里所说的下游系统应包括下一压力边界前的所有管线。然而在调压系统失灵的情况下，安全装置应自动工作防止下游压力超过允许值(考虑设定误差) 。对于不同压力的燃气调压站应设置不同的安全装置，但可归纳为非排放式和排放式两大类，其中非排放式安全装置有监控器、超压紧急切断阀和超压截断阀等；排放式安全装置有直接作用式和间接作用式的安全放散阀等。在这里，下列几个方面必须值得注意：全流量放散阀只能用作第二安全装置，且必须与非排放式的安全装置一起使用，以保证排放到大气中的燃气越少越好；安全装置的
13、选择原则应遵循在任何情况下，都不使压力超过限定值的原则；监控器的允许值与在调压装置控制下的临时工作压力有关，而其它安全装置的允许值与系统在安全状态下短时间的工作压力有关；决定安全装置的设定值时应考虑系统的反应时间，以保证压力值不超过系统在安全状态下短时间的工作压力。然后，讲一下压力调节系统中安全装置的选用，在这之前，需对下列术语符号进行解释。DP 设计压力；OP 工作压力；MOP最大工作压力，系统在正常工作状态下可持续工作的压力；TOP临时工作压力，系统在调压装置控制下的临时工作压力；MIP 最大突发压力，系统在安全状态下短时间的工作压力；STP强度测试压力；MOPu最大上游工作压力；MOPd
14、最大下游工作压力；MIPd 最大下游事故压力；STPd下游强度测试压力。其中压力关系见表 1。表 1 MOP、OP 峰值、TOP 和 MIP 的关系MOP(1)(bar) OP 峰值 TOP MIPMOP40 1.025MOP 1.1MOP 1.5MOP16MOP40 1.025MOP 1.1MOP 1.20MOP5MOP16 1.050MOP 1.2MOP 1.30MOP2MOP5 1.075MOP 1.3MOP 1.40MOP0.1MOP2 1.125MOP 1.5MOP 1.75MOPMOP0.1 1.125MOP 1.5MOP 2.50MOP(2)(1)MOPDP ，但以上公式只有在
15、DP 等于 MOP 时才成立。(2)如果燃气用具的气密性在 150mbar 下测试，并且被直接安装在用户屋内管路上，最后一个调压器的 MIP 值不应超过 150mbar.当不需要安全装置时，对于由调压器上游 MOP100mbar 的系统供气的用户屋内设备而言，调压器下游的 TOP 和 MIP 值与下游压力的 MOP 值无关。注：a MOP 小于 DP，表 1 中的压力关系应与 DP 相关。例如：DP 等于 01bar，MOP 等于 0075bar 时，TOP 等于 1501bar，MIP 等于 2501bar。b调压系统应保证出口压力不超出下游的允许范围。设定的压力值不应超过 MOP。但 OP
16、 由于调压系统的动态特性可能超出设定值。调压系统应使下游压力不超过表 1 第二例中的数值。 c 无外能源的调压器应符合 EN334 标准。不在 EN334 范围内的设备可作为替代品用于调压系统，只要其适应性已得到证实。如何应用安全装置：在下列情况下，可以不使用安全装置：MOPuMIPdMOPu100mbar在下列情况下，可以只安装一个安全装置，第二个安全装置是为增加安全性：MOPUMIPd：MOPu-MOPdSTPd 而 MOPuMIPd。34 设置燃气调压站监控系统这个话题，我就不再展开，在后面蔡博士关于城市燃气管网输配调度综合信息平台将有详细的阐述。35 减少对周围环境的影响基于环保的考虑
17、351 噪声控制燃气在减压过程中会产生噪声，如果不加以控制的话，噪声会通过管道或者系统中的设备发散出来并导致以下后果：影响调压站附近居民的生活；对调压站工作人员的听力造成损伤：导致设备故障。设计中如何考虑噪声的影响：采用更大口径的调压器；采用不同结构形式的调压器；调压器加装消音器；管路中加装消音器。352 为减少污染物的影响，可采用集中放散和排污的方式4 典型调压设备的改进过程41 最简单的安全模式调压器和全流量放散阀的组合图 6 显示了一套欧美国家上世纪六十年代常用的简易减压系统，它采用了一个调压器和一个全流量放散阀，全流量放散阀可在调压器出现故障时将整个系统中的气体排入大气中。图 6 调压
18、器和全流量放散阀的组合 这种安全方式目前仍在美国及某些国家内普遍采用，但由于具有下列原因，我们不建议我们的用户采用。排入大气的气体会造成污染，产生温室效应；排入大气的气体碰到强风等恶劣气候条件，若排入人口密集的住宅就会造成事故；从经济方面考虑，天然气是一种昂贵的能源，排入大气的气体造成了很大的浪费。42 最经济的安全模式调压器、紧急切断阀和微流量放散阀的组合图 7 显示了一套欧美国家上世纪七十年代常用的简易减压系统，它采用了一个调压器、一个紧急切断阀和一个微流量放散阀。图 7 简易减压系统微流量放散阀是一种微量放散装置(一般为最大流量的 15) ，所起的作用是将非故障引起的出口压力升高的气体排
19、出，以避免紧急切断阀因误动作而切断导致该调压路切断。但当真正的故障发生时，超压的气体来不及放散，紧急切断阀就会按正常方法切断。这种安全方式目前在我国普遍采用，但由于若调压器发生故障时必将引起紧急切断阀的关闭，故我们建议我们的用户在选用该种安全方式时，为保证下游的正常供气，必须采用两条具有自动切换功能的调压路。43 最安全的城市供气模式调压器和两套安全装置的组合431 调压器、微流量放散阀+两个紧急切断阀的安全模式(图 8)图 8 调压器、微流量放散阀+ 两个紧急切断阀的安全模式432 调压器、微流量放散阀、监控器+紧急切断阀的安全模式(图 9)图 9 调压器、微流量放散阀、监控器+紧急切断阀的
20、安全模式433 调压器、微流量放散阀、紧急切断阀+全流量放散阀的安全模式(图 10)图 10 调压器、微流量放散阀、紧急切断阀+全流量放散阀的安全模式5 结论在我国的能源使用方面，最近几年天然气已日显重要，国家能源委员会也已将天然气列为未来的主要能源之一。这种燃料因清洁、方便、用途广泛且费用低廉，使用量在不断增加，无论是使用地区还是用户数量均在不断扩大，并已基本进入了使用能源的各个方面。对这种依靠管道输送的能源，只有使天然气从采集地送到最终用户这一整套输送系统具有绝对的可靠性，才能使最终用户得到稳定、持续的天然气。这样，对供气者而言，将意味着需要扩充气源，以保持充足的气量、具有充足的储存系统和管道设备；而对于送气公司而言，将意味着需建设一个包括集气罐、送气管道、终端送气网络、各级减压罐和辅助设备的相互连接系统，且整个系统的每个组成部分都可以消除任何异常情况，并可在整体上满足未来精心设计、规划的送气系统。这些都意味着需要设备和系统的充裕性来保障，使系统的投资成本大量增加。但如果选用一套高标准的燃气调压系统来安全、可靠地保障整个运营系统，那么系统的投资成本将有很大降低。这就是上海飞奥作为一个燃气减压设备供应商给广大燃气经营商的建议，也是上海飞奥在积极努力的方向。
