长输天然气管道压气站运行分析

史颖维

中国石油集团西南管道有限公司南宁输油气分公司 广西南宁 530000

长输天然气管网运行费用主要有由各站压缩机运行过程中能耗费用组成，在各种不同输气方案选择会造成能耗费用的参差不齐。要在保证各压缩机组工作高效率的运行状态下，降低能源消耗，从而进一步提高经济效益。

1 调压系统的硬件组成及控制要求

天然气调压系统是由调压阀、切断阀等调整部件构成，从天然气管道的上游向下游串联，安全切断阀、监控调压阀是自力式阀门，工作调压阀采取电动阀门，可以按着控制要求调整阀门开度。一般情况下，安全切断阀和监控调压阀保持全开状态，通过工作调压阀来对天然气管道下游进行控制。在工作调压阀存在运行故障，不能有效对下游天然气管道压力进行调整时，监控调压阀会取代工作调压阀功能，对下游管道的压力进行调整，保证管网的运行安全。如果监控调压也存在运行故障，无法对下游管道压力进行调控，安全阀则切断气源使下游天然气供应停止。在工作调压阀存在运行故障，会保证全开的状态，而监控调压阀发生故障，会保持全关状态。天然气长输管道调压系统中存在两个控制变量，也就是下游压力、流量。如果控制系统获取到压力、流量的设定值、当前压力、流量的实际值，还有控制系统允许管网系统的最小压力、流量值。在实时压力值大于设定值时，需要对压力进行控制；实时流量大于设定值，对管网天然气流量进行控制；当实时压力、流量介于系统允行的最小值和设置值之间，需要按着当前的阀门开度运行；当实际流量低于系统最小值，天然气长输管道系统以最低压力供气；如果当前天然气流量与设定值相符，需要保证流量不大于最大设定值[1]。

2 天然气压气站工艺设计

2.1 放空系统设计

作为保证压气站平稳运行的重要辅助系统，放空系统的设计重要性不言而喻，压缩机出口的高压紧急放空能力是评价放空系统设计是否合理的重要指标。以往的压气站放空系统的设计是多台压缩机共用一个放空系统。这种方法的弊端是一旦出现停电等紧急放空状况，很容易导致压力系统出现故障。最终造成安全事故。这就要求在每个项目中每台压缩机都应有独立的放空系统，避免其与其他压缩机共用，消除以上所述的安全隐患，避免安全生产事故的发生。

2.2 压缩机组安全控制设计

为了便于安全控制，在实际项目中压缩机组一般选用燃气轮机驱动的压缩机组，这种驱动方式可以调节运行速度，进而达到控制系统输出压力的目的。机组的压力报警和超压紧急停车系统是重要的功能，这种压缩机组设置了紧急放空阀，这种设计为压缩机出口管道系统的平稳可靠运行做出了多重保障[2]。

2.3 压力检测与监控设计

每一个压气站在出站紧急截断阀前都必须设置压力报警器，压力报警器的作用是在系统压力超范围时进行报警，在压缩机出口安装自动放空阀，在压气站出口需要安装紧急截断阀，使其与出口的自动放空阀进行联锁。这种方法大大提高了系统的安全性能，如果一旦出现压力超过设定值，压力监测系统就会报警，并进行停车和紧急放空，这种设计为压气站的平稳运行做出了保障。

3 长输天然气管道压气站运行

天然气压气站在投入使用期间，工作人员能够利用仿真软件来对各个压气站的数据进行采集，然后根据数据对不同输量下的压气站的运行方式进行分析研究，当发现压气站数据异常时，首先要分析此时下游用户的输量要求。我国输气管道下游用气结构种类不多，其中家庭用户用气和商业用气占比较高。用气量受多种因素影响而不断变化，例如，在冬季，部分管道用气量由于供暖而呈现直线上升趋势，因此，这些管道就必须建设调峰专用压气站。

3.1 平稳工况

平稳工况即天然气管线进出平衡（管线的进气量等于出气量，出气量又等于销售量与转供量之和）。各压气站进出站压力基本维持不变，整体管线压力也基本平稳，波动不大。工况下，天然气经各压气站压缩保持较高的压力，保证下游用户的正常用气。这种压力坡降图是大部分天然气管道所具有的特性，长输天然气管道的压力坡降图中起始点压力为天然气管道气源的进气压力，竖直线代表压气站所提升的压力，斜线为压缩天然气沿管线流动的压力损失情况。

3.2 启机工况

启机工况主要是指管线下游压力不够，需要增启机组或增加压气站来维持下游管线压力。启机工况多发生在管线进气量小于出气量的情况。工况中，压缩机组已达最大转速，但进、出站压力仍很低，管线整体处于输量大且压力低的状态。此情况表明管线所启的压气站明显不够，需增启压缩机组，来满足管线输量和压力的要求[3]。

3.3 停机工况

停机工况主要是指压气站出站压力太高且一直保持快速上涨趋势，必须停止机组运行。停机工况多发生在管线进气量大于出气量的情况。

（1）单个压气站停运机组。工况中机组在最低转速，出站压力已经接近设计压力，且仍处于上涨趋势。因此应及时采取措施，停运1台或多台机组，或者停运1台或多台机组来缓解机组的运行压力。同时相应减少上游各站的机组转速，减小输量，保证安全运行。

（2）全线压气站均停运机组或全线停运多个压气站。工况中全线压气站出站压力均较高，且仍具有上涨趋势。同时，每个压气站的压力差非常小，且机组处于最低转速。此工况说明该管线不需要启多机组或压气站来维持较小输量下的运行，因此，可以采取全线各压气站各停运1台或多台机组或者间隔停运多个压气站运行。这样操作既能避免管线超压的风险，又可以保证管线的输气压力，并且极大地降低运行成本，达到节能降耗的效果。

3.4 特殊工况

（1）管线高管存、压气站低压差、机组低转速。此种情况为管线高管存、压气站低压差、机组低转速的工况。此工况进出基本平衡，各压气站进出站压力没有明显的波动，较为平稳。这种工况一般出现在第2天管线下游销售量有急剧的增加，需要管线维持高管存状态来应对，并且假如没有启这么多机组，而第2天销售增加后再启机的反应时间不够的情况。这种工况虽说可以保证高管存来应对销售的急剧增加，但实际运行风险较大，需要各压气站及调度人员密切关注压力、温度等参数。一旦发现机组故障停机，应立即重启机组或启备用机组。若长时间无法启机，则会造成上游压气站联锁停机的大型事故。应特别注意的是，天然气销售早晚不均，晚间销气瞬时量相比白天有所减小，需要管线留出一部分空间来充装减小的气量，否则也会造成超压。

（2）管线低管存、压气站高压差、机组高转速。此种情况为管线低管存、压气站高压差、机组高转速的工况。此工况为气源压力低、管线进出平衡，整体管线接近最低管存。这种情况一般是气源的进气量刚好满足销气量，但无多余的气量给管线充压造成的。

3.5 压气站或机组切换

下游压气站切换至上游压气站：应该先要求上游压气站启运，启运成功之后保持低转速运行，再将下游压气站停运。因为下游压气站停运后，在该下游压气站进出站压力持平之前，上游压气站的出口压力是持续上升的。所以应继续观察上游压气站的压力上涨情况，再相应提升机组转速至合适的出站压力，否则容易造成超压。上游压气站切换至下游压气站：应该先要求下游压气站启运，启运成功之后保持低转速运行，再将上游压气站停运。因为上游压气站停运后，在该上游压气站进出站压力持平之前，下游压气站的入口压力是持续下降的。所以应继续观察下游压气站的压力下降情况，待下游压气站进站压力有上升趋势之后，再相应提升机组转速至合适的出站压力，否则容易造成机组入口压力低而停机。

4 加强对长输天然气管道的安全管理措施

4.1 建全法律制度，依法管理管道运输

为依法管理天然气管道，2010年我国制定并颁布《中华人民共和国石油天然气管道保护法》，各省也结合实际情况颁布了一些《石油天然气管道保护条例》，为保护天然气管道提供了法律依据，做到了有法可依。因此，相关的管道工作人员也应以该法律为基础，做好组织工作和宣传工作，组织动员群众投身到长输天然气管道的保护工作中，让群众明白天然气管道事关大家的整体利益，不可置身事外。同时，相关部门在法律法规实施的过程中，也要结合实际，深入群众，根据实际情况的发展变化适时修订，充分发挥法律法规在保护天然气中的重要作用。

4.2 按照规范做好长输天然气管道的管理工作

长输天然气管道的管理和维护是技术性、专业性很强的工作，需要工作人员具有一定的技术水平和专业能力，这就要求要建立完善的专业技术和管理规范。由于长输天然气管线运输距离长，所经地区环境复杂，所以相关人员要充分考虑到这一因素，要将管线分成一个个点及一个个段，实行分点和分段管理。要将具体的某一点段的管线管理工作交由所经区域的相关单位，以降低管理的难度。而分管地区的单位要结合本地区的实际情况，组建专业性的管理小组，全权负责安全管理工作。

4.3 加强安全生产的管理

对于安全生产的管理要从管理层面到施工层面落实到位，所有人都要意识到安全管理的重要性，在具体施工过程中加大安全意识。虽然我国的安全管理问题已经得到了很好的重视，安全管理工作也得到了相应的完善，但是正真将安全风险降到最低，保障施工顺利进行还要继续研究。对于各种施工安全问题的出现要作为案例进行深层次的研究，不管是国内还有国外的案例，研究每个安全问题的出现有没有相似之处，到底需要在那些方面进行改善。同时，安全管理也绝不能纸上谈兵，遇到具体的问题要提出具体的处理方法，保证安全第一。

4.4 加强巡护工作

对于管道建设的质量，真正的检验是管道的运行。长输管道因设计范围广，其在运行过程中出现风险是不可避免地。但加强巡护工作，能有效降低风险发生的几率。通过有关部门制定专门的巡护方案，对管道运行过程中的重点，以及安全隐患较大处进行重点巡护。并制定相关责任制，确保每个岗位每个员工的责任落实到位。同时，建立相应的奖惩机制，对于任务完成优秀的员工进行一定的奖励，并与绩效考核挂钩，激发员工的工作积极性。在重要部位安排警示标志，确保管道运行的安全性。

4.5 加强宣传，提高全民防范意识

天然气管道的输送最终通过末站供应给用户，天然气管道的输送涉及到从用户到施工方等各个层面。因此，对于天然气的安全问题涉及到全民众。所以加强宣传以提高全民防范意识是十分必要的。对于天然气管道经由的地区进行宣传，加强全面防范意识，让群众意识到破坏天然气管道不仅会给自己的生活带来不便，甚至会威胁到自己的生命健康，严重的要追究法律责任。重视安全施工问题，制定有效的惩罚制度，对于管道监督到位的给予奖励，对于破坏管道的行为给予严厉的惩治，让群众成为管道安全的监督人，这样才能将安全问题落实到位。同时，基于施工人员知识体系的完善对于人民群众的施工安全的宣传也会起到不可磨灭的作用，施工人员的安全培训工作也要落实到位。

4.6 提高监督力度

天然气的输送是一项很大的工程，耗时又耗力，要想保证整个施工安全就必须要加强各个环节的安全管理和监督力度。对于管道的输送问题要有一定的规划，提前制定可行的实施方案，对于可能存在的实施风险进行评估。对于实施材料的选择要做好监管，在符合国家标准的前提下因条件的改变选择合适的材料。同时，监管人员在具体的施工过程中也要尽职尽责，对各个部门，各项环节把好关，在保障施工安全的前提下施工。在发现了问题时，要及时纠正与指导，对于可能遇见的施工风险要提前告知施工人员提前做好准备，加强安全意识。

5 结语

天然气管道联网是近年来我国采用的向下游供气的一次大胆尝试，随着我国几条长距离天然气管道的相互连通，其优点正不断显现，比如，几条管道能够在系统的统一调节下，根据不同管道运行情况，通过分析计算优化运行质量。