露天站场天然气泄漏激光监测系统的设计及应用

为提高露天天然气站场的运行安全,及时发现站场工艺区的天然气泄漏,基于激光会吸收甲烷光谱的原理,设计了应用于天然气站场工艺区的天然气泄漏激光监测系统,探究出一种高可靠性、高实时性的适用于西气东输天然气站场的泄漏监测方法。在长期跟踪现场使用效果的基础上,通过对比试验和运行观测的方法探究了该系统应用推广的可行性。结果表明:天然气泄漏激光监测系统从原理和应用层面,均可更加准确地发现站场的各类天然气泄漏,解决了原有技术手段无法自动发现微小泄漏的问题,降低了露天天然气站场的运行风险隐患,为后期在输气管网上的大规模应用提供了理论基础。(图3,表1,参23)     

压力分布在线仿真泄漏检测系统

榆济天然气管道目前面临管道泄漏及其次生灾害的威胁,需要一套完整的泄漏检测方案为管道系统安全生产提供保障。针对大型复杂天然气管道系统缺乏干线计量及沿线压力测点众多的特点,采用国内某公司自主研发的基于在线仿真的压力分布泄漏检测系统,通过对比分析在线仿真压力和实测压力偏差分布实现管道全线的实时泄漏检测,持续监测管道系统的运行状态,及时发现可能出现的微小泄漏并确定其位置。结果表明:该泄漏检测系统不仅可用于实现大型复杂天然气管道系统的泄漏检测,还能发现仪表故障、站场异常操作等异常事件,突破了管道系统分段泄漏检测的限制,并可以对天然气管道泄漏进行动态监测,定位泄漏点。     

中亚天然气管道站场ESD系统分析与改进北大核心

中亚天然气管道A\B\C线分阶段设计与投产,站场ESD(Emergency Shutdown)系统在设计理念、控制逻辑上存在差异,其控制逻辑不便于管理,容易引发误动作、故障停机等问题。以C线CCS2站为例,梳理了ESD系统控制逻辑的现状,对ESD系统因果逻辑的合理性进行探讨,结果表明:CCS2站将ESD系统分为4级,ESD系统存在过保护或欠保护问题,连锁保护因果逻辑不便于管理。为此,提出了ESD系统新的设计原则:压缩机厂房火灾报警、工艺区可燃气体泄漏或ESD按钮触发时执行全站ESD;站场出站温度/压力高高报警时执行压缩机区域ESD;发电机厂房可燃气体泄漏或火灾报警时触发发电机区域ESD;压缩机厂房可燃气体泄漏或ESD按钮触发时执行压缩机单体ESD。重新划分的3级ESD系统为中亚天然气管道安全运行提供了保障。     

中亚天然气管道站场ESD系统分析与改进

中亚天然气管道A\B\C线分阶段设计与投产,站场ESD(Emergency Shutdown)系统在设计理念、控制逻辑上存在差异,其控制逻辑不便于管理,容易引发误动作、故障停机等问题。以C线CCS2站为例,梳理了ESD系统控制逻辑的现状,对ESD系统因果逻辑的合理性进行探讨,结果表明:CCS2站将ESD系统分为4级,ESD系统存在过保护或欠保护问题,连锁保护因果逻辑不便于管理。为此,提出了ESD系统新的设计原则:压缩机厂房火灾报警、工艺区可燃气体泄漏或ESD按钮触发时执行全站ESD;站场出站温度/压力高高报警时执行压缩机区域ESD;发电机厂房可燃气体泄漏或火灾报警时触发发电机区域ESD;压缩机厂房可燃气体泄漏或ESD按钮触发时执行压缩机单体ESD。重新划分的3级ESD系统为中亚天然气管道安全运行提供了保障。     

复杂天然气管网系统运行期可靠性评价体系

中国天然气管道行业正朝着规模化、网络化方向发展,整个管网系统运行期的输气保障能力受到广泛关注,对其完成输送任务的可靠性进行评价显得尤为重要。为了保障大型天然气管网系统安全、高效运行与管理,对管网系统可靠性指标、系统可靠度计算、单元可靠度计算、可靠性数据及可靠性管理开展了研究。提出了包括可靠性类、维修性类以及健壮性类的3层系统可靠性评价指标体系,建立了基于管道工艺仿真的物理管网系统可靠度分布式阶梯计算模型,能够实现管网/管道/站场系统可靠度的简化、快速计算。将该计算模型在某压气站进行案例试算,按照站场系统→典型结构→基本回路→设备单元的顺序,将管网拓扑结构由上至下拆分为不同层级的可靠性框图,再利用单体设备可靠度由下至上依次计算各层级可靠度,获得该压气站在不同压缩机启停方案下的可靠度。该研究成果为今后持续开展大型天然气管网系统可靠性评价及管理奠定了基础。     

中亚与国内天然气管道站场设计差异分析

为了进一步提升中亚和国内天然气管道站场设计水平,从设计规范和通用做法着手,基于中亚与国内天然气管道站场3个比较具有代表性的设计案例,对压气站进出站ESD阀门、越站管道和清管设施的设置,压气站放空立管的设置以及清管站(区)清管污物收集系统进行了设计差异分析,并指出了各自的优势和不足。结果表明:中亚压气站进出站ESD阀门、越站管道和清管设施的布置相对国内安全性更高,进出站ESD阀门的设置位置较国内合理,但不便于统一管理;国内放空立管的高度和结构设计优于中亚压气站放空立管设计;中亚清管污物收集系统相对国内具有更强的纳污能力,操作更灵活,但清管污物收集程序比较复杂,操作风险高。     

西气东输智慧管网建设实践

随着大数据、物联网、云计算、人工智能等智能技术的不断发展及应用,管道行业由传统管理模式逐步向数字化、智能化发展。国家管网集团西气东输公司坚持以"全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理"为目标,聚焦智慧管网,经过管理创新与技术革新,建立了人工智能与管道行业深度融合的新模式:在已有管道运营体系的基础上,引入工业互联网、机器学习、智能控制等技术,形成了站场智能巡检、分输智能控制、流量计智能检定等核心技术,推动了天然气管道站场智能运行技术的发展;大力发展天然气管道关键设备全面智能感知技术,开展了天然气泄漏检测、站场运维巡检智能化管控、压缩机组与流量计智能监测等核心技术创新;构建管道风险智能管控技术体系,推进了管道线路风险智能识别、光纤安全预警、管道智能防腐等核心技术的提档升级。在此基础上,国家管网集团西气东输公司高效推进智能管道运行效率再升级,构建了"全方位感知、综合性预判、一体化管控、自适应优化"的智能管网雏形,为中国油气管道的智慧化发展提供了重要借鉴。     

基于数字孪生的智慧油气站场设计与开发

随着中国油气站场建设规模不断扩大,生产运行及安全管理的要求日益严苛,但目前管道及站场实体可视化应用及综合展示非常匮乏,无法以三维场景查看站场内各区域分布及运行数据,尚未建立与实际情况高度一致的设施设备模型。为此,提出了基于数字孪生的智慧油气站场系统化解决方案：在数字孪生理论的基础上,以ArcGIS系统为基础平台,运用3Ds Max软件建立等比例、高精度的站场模型,搭建真实映射物理站场的数字孪生站场,辅以先进传感、大数据分析及人机交互技术,形成智慧化的输油气站场信息物理系统。以陕西某压气站为例进行了系统设计与开发示范,结果表明：该系统能够实现站场全要素的三维展示、站场状态的实时监测、站场管理的统筹决策,有利于全方位提升站场安全生产的宏观监管、重点监管、精准监管水平。（图3,参22）     

天然气管道线路截断阀误关断判断算法

为减少天然气长输管道线路截断阀误关断次数,提高阀室泄漏检测系统的可靠性,基于大量阀室误关断事件的原因分析,结合气体流体力学理论,运用SPS仿真软件建立了长输天然气管道泄漏仿真模型。探究了天然气长输管道泄漏过程中泄漏位置、管道运行压力等条件对压力下降过程的影响规律,并在此基础上计算在特定管道出现泄漏时可能发生的最快压力下降过程数据。据此,设计了一种天然气管道线路截断阀误关断判断算法,并编写了管道泄漏线路截断阀关断的控制程序。仿真数据及试验结果表明,该方法可根据压力变化特征实现误关断信号与真实泄漏信号的判断,降低系统误关断率。     

干气密封放空天然气回收系统设计

天然气长输管道压气站使用的离心式压缩机轴端干气密封由于其自身运行特点,允许一部分工艺气通过放空管排空,不但浪费能源、增加管道损耗,而且温室气体的排放会造成环境污染。为了回收干气密封一次放空天然气,提出了天然气长输管道离心压缩机组干气密封放空天然气回收利用的整体解决方案,方案使用变频控制、风冷、对称平衡、两列四级往复式压缩机进行增压,设计了三重安全保护系统。该方案对管道压缩机组原干气密封安全运行无任何影响,同时可以实时监测回收天然气的瞬时流量和累计流量。实际运行结果表明:该系统结构简单、维修量小、成本可控、运行可靠,天然气回收量达到预期效果,投资回收期在3年左右,因而实现了开源节流、降本增效的目的。     

天然气管道压气站的技术现状及发展

概述了我国陆上长输天然气管道压气站的技术现状。从压缩机组备用方式、机组选型、压气站相关设计及前沿技术的应用等方面,指出了在优化设计管道压气站时应注意的问题。对压缩机组运行技术中的优化、在线监测与诊断进行了分析。介绍了目前我国压缩机组保养检修技术服务状况,提出了压气站运行管理方式、环境保护与职业健康以及压气站完整性管理等方面的相关建议。     

中低压天然气管道弯头处泄漏流场和声场模拟仿真

城市天然气中低压管道弯头处一旦遭受破坏,后果严重,修复过程复杂。为了更好地对城市管道进行泄漏监测、定位、维护,开展了中低压管道弯头处泄漏流场和声场的研究。将弯头简化成弯管,采用软件联合模拟仿真,使用ICEM软件进行结构网格划分,在Fluent软件中进行流场分析,将脉动数据导入Virtual.Lab Acoustics软件进行泄漏管道的声学分析。建立弯管孔泄漏试验台,将模拟结果与试验结果进行对比,结果表明:泄漏孔处气体流动复杂,流向多变;泄漏声波能量主要集中在10 Hz以下,声压级随管道压力的升高而升高;声源主要是喷流区域的四极子声源和泄漏孔壁的偶极子声源。研究结果可为城市天然气管道发展和安全运行提供参考。     

中亚天然气管道清管站的应力校核

针对中亚天然气管道清管站建设时安装温度与运行温度之间的温差相对设计初期增大,可能造成管道某处应力不满足规范要求而成为安全隐患,以及业主提出的应力校核时应同时考虑压气站出现报警(压气站出口温度60℃时)和事故停机(压气站出口温度65℃时)两种工况的情况,利用CAESAR Ⅱ软件对中亚天然气管道清管站在新边界条件下进行了应力校核,结果表明:收、发球筒旁通支管与越站管道连接处应力不满足规范要求。对提出的两种改造方案进行了分析,选择了在收、发球筒旁通支管与越站管道连接处沿旁通支管方向设置管沟的方案,进行清管站的改造。改造后的清管站应力校核结果满足规范要求。该改造方案可为同类型的具有清管功能的长输管道站场建设提供参考。     

西气东输工程压气站工艺流程设计

介绍了西气东输天然气管道大型压气站的设计工艺过程,给出了压力站逻辑控制具体工作过程和压气站设计参数.在具体流程设计中提出的对站场布局、安全保护以及辅助设施的设计思路,可为其它大型压气站设计提供参考.     

混氢天然气管道输送技术研究进展

氢能是公认的清洁能源,将氢气掺入天然气管道进行输送,是大规模输送氢气的有效途径。氢气的物性与天然气差异大,天然气中掺入氢气后天然气气质会发生改变。综述了世界各国在天然气管输系统混氢输送过程中混氢天然气的互换性、天然气管道混氢工艺系统适应性、管道设备安全性等研究进展。结合中国输气管网的实际情况,建议:(1)研究不同地区、不同类型燃具对混氢天然气燃气互换性的要求,评估混氢天然气对民用、工业用户等终端用户的潜在影响;(2)分析不同输量、季节、混氢量下管道运行参数,并探讨不同型号压缩机工况点变化规律及燃气轮机的适应性;(3)考虑含氢量、氢气-甲烷分层流等因素,改进气体组分在线/离线色谱分析系统;(4)结合CFD模拟及实验等方法,开展计量设备修正研究;(5)揭示混氢天然气泄漏扩散特性规律,针对不同泄漏场景优化燃气泄漏检测设备空间布置及安装方式,完善应急预案;(6)开展高钢级管道混氢输送适应性分析,保障管道本体安全。     

西气东输工程压号站工艺凉程设计

介绍了西气东输天然气管道大型压气站的设计工艺过程，给出了压力站逻辑控制具体工作过程和压气站设计参数。在具体流程设计中提出的对站场布局、安全保护以及辅助设施的设计思路，可为其它大型压气站设计提供参考。     

中亚天然气管道压气站运行能耗优化模拟计算

在长输天然气管道运行费用构成中,压气站自耗气费用成本占比50%以上,基于能耗最优的压气站运行优化具有重要意义。以中亚天然气管道加兹里压气站为例,针对该站场存在的高温天然气输送及不同输量与压缩机组匹配的特殊运行工况,借助SPS 仿真软件及历史运行数据,模拟计算了不同工况下自耗气量的变化规律,量化分析了不同工况所导致的额外自耗气量。模拟结果表明:压气站进站天然气温度每上升5 ℃,压缩机组自耗气量增幅6%;在一定的输量范围内,采用低效率的双机组运行模式,每天将增加1×10^4~3×10^4 m^3 自耗气量。由此制定了基于月度输气计划压气站能耗优化的压缩机组匹配工艺方案,可为长输天然气管道压气站开展能耗优化提供参考。     

油气管道生产监控系统时钟同步方案

鉴于中国石油长输油气管道站场的生产监控系统时钟不同步问题,在分析和总结现有两类8种时钟同步技术及结合生产监控系统在役设备和系统架构基础上,利用NTP、GPS、北斗、modbus通信和CIP通信等技术,提出了SCADA系统、泄漏监测系统、视频监控系统、语音电话系统及第三方设备等生产监控系统需要授时设备的时钟同步方法及PLC数据时间标签插入方法。制定了调控中心、分控中心、输油气站场和阀室的授时方案,并利用该方案在漠河-大庆原油管道多个站场进行了示范应用,实现了中俄原油管道漠河-大庆段的生产监控系统时钟全线同步,并对PLC上传的数据插入时间标签,可重现真实的事件发生时序,为生产及事件分析提供保障。     

输气站场仪表管道泄漏自动截断阀的研制

天然气泄漏是威胁天然气长输管道站场(阀室)安全生产的最大风险,其中仪表管道发生泄漏的概率高。为有效管控仪表管道泄漏风险,研发一种当仪表管道发生泄漏时具备自动截断功能的仪表阀非常必要。通过弹簧结构设定阀门关闭压差,利用泄漏时产生的压差使阀门自动关闭,研发了一种仪表管道泄漏自动截断阀。该阀主要由金属阀座、节流阀芯、调节弹簧、针型阀旁通4部分组成,结构简单、安装方便。当输气站场(阀室)仪表管道发生大量泄漏时可以立即自动截断,切断供气,有效消除泄漏带来的安全风险。经一系列现场应用测试表明,该阀门截断效果良好,运行稳定,各项性能满足使用要求,可以进一步推广应用。(图5,表1,参24)     

输气管道压缩机防喘振系统的运行管理

以西气东输一线某压气站压缩机组为例,介绍了天然气长输管道压缩机的防喘振原理、防喘振系统的组成及防喘振曲线的确定方法,并对新建压气站的防喘阀安装调试,防喘振系统常见故障分析处理,压缩机启停机、管道工况变化时运行人员应注意的事项等运行管理问题进行了探讨,为防喘振系统在天然气长输管道压缩机中的应用提供了有借鉴意义的经验。