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。     

中亚天然气管道首站进出站ESD截断阀异常关断分析与技术改造

中亚天然气管道首站曾发生进出站ESD截断阀异常关断事件,在现场检查时发现SHAFER气液联动执行机构的消声器不停向外喷射液压油,另外在对站场ESD进行复位时发现进出站ESD截断阀异常自动打开问题。通过全面排查,发现远程ESD机柜受高温天气影响而使机柜内控制模块工作温度超限,导致ESD阀异常关断,而ESD控制逻辑缺陷和SHAFER执行机构ESD开关触点接触不良是ESD复位时进出站ESD阀自动打开和SHAFER执行机构消声器喷油的根本原因。通过相应的技术改造和缺陷整改,彻底消除了首站异常关断的风险隐患,保障了中亚天然气管道的安全平稳运行。     

站场ESD系统触发回路可靠性及提升措施

天然气输气站场ESD系统是SIS保护层的重要环节,专注作用于工艺过程失控时的风险降低。西气东输管道公司站场使用的ESD系统,存在ESD按钮回路故障、系统接地等隐患,可能导致工艺过程失控,影响系统安全性及可用性。通过分析西气东输管道公司过去10年中所有ESD误触发事件,比较不同类型的ESD按钮回路及配套数字量输入卡件特点,选择最合理的提升措施,提出有效建议,使设备达到最佳的安全性和可用性,降低ESD误触发频率,可为输气站场ESD系统运行维护、升级改造、更新换代提供借鉴指导。     

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。     

城市天然气管道泄漏燃爆灾害评价

针对天然气管道泄漏所产生的燃烧或爆炸对运营单位造成的危害和损失,建立了评价泄漏事故后果新模型,列出了计算天然气泄漏量的小孔泄漏模型和管道断裂模型,提出了天然气泄漏的三种后果影响模型,应用高斯扩散模型模拟了气体泄漏可燃浓度的分布范围,给出了火灾热辐射危害半径的计算公式,参考传统的TNT当量法,建立了一种新的TNT当量系数法,计算爆炸冲击波的破坏作用。所建立的输气管道泄漏事故评价模型有利于在事故抢险救援过程中划定安全距离,确定危险区域半径,将事故引发的火灾或爆炸危害降到最低。     

天然气泄漏报警装置

炼油厂、液化气站、计量站、输油泵站的总阀门以及管件的有关接口,在使用一段时间后,常出现漏气现象,造成天然气的泄漏,这样不仅造成值班人员中毒,而且严重时发生火灾或爆炸。为了防止泄漏事故,我们研制了天然气泄漏报警装置。该装置有三路探测器,可同时监测三个可燃气体泄漏     

输气站场泄漏事故后果模拟与定量风险评价

阐述了天然气泄漏可能导致的火灾或爆炸后果.以某天然气分输站场为例,采用定量风险评价软件PHAST RISK对其工艺设施和管道发生泄漏或破裂导致的主要事故类型进行了后果模拟和定量风险评价.认为评价结果对于指导制订和实施风险降低措施具有积极意义.     

压缩天然气加气站的安全设计

介绍了压缩天然气加气站类型及其工作原理,分析了压缩天然气加气站天然气易燃易爆、易泄漏、高压运行、质量差和站内多种引火源的火灾危险性,并从站的总体布局、天然气储存和质量、站内安全保护装置、设备材质、房间通风、可燃气体检测报警和预防电火花、静电、雷击等方面指出了压缩天然气加气站在消防安全设计中应注意的事项.     

西气东输站场放空天然气回收需求与工艺

天然气长输管道增压站和分输站放空主要包括紧急抢修放空和计划性放空,前者具有随机性,单次放空量大,不具备回收的技术条件,后者主要指分离器排污放空和压缩机定期检修放空,具有较强的计划性和一定的规律性,具有良好的回收基础条件和回收价值。西气东输管道站场压缩机检修和分离器排污两项放空量之和占总放空量的50%以上,对放空天然气进行回收是可行和必要的。为此,设计了一套以CNG压缩机为核心的站场放空天然气回收工艺系统,可对站场因设备维修、排污等产生的放空天然气进行回收并重新注入上游管道、下游管道或分输管道,达到节能减排的目的。     

天然气管道场站雷电防护技术研究

天然气管道场站作为天然气管道输送系统不可或缺的组成部分,在维护天然气管道安全可靠运行方面起到十分关键的作用。但天然气场站因其环境空旷,且具备易燃易爆特性,一旦遭遇雷击,势必会引发火灾或爆炸事故,给广大群众的生命财产安全构成极其严重的威胁。鉴于此,介绍了雷电对天然气站场的危害性,重点论述了天然气管道站场雷电防护技术措施和防雷检测要点,以供相关人士参考。     

Enbridge公司全压力保护系统

加拿大Enbridge公司全压力保护系统的防超压保护功能依靠管道SCADA系统的全压力自动调节模块(TPC,Total Pressure Control Module)实现。该系统包括各种形式的管道压力保护逻辑,分为站场级和管道级两个层次,针对管道全线压力可能的超限情况进行保护。站场级保护动作由站控PLC执行,并在系统操作员工作站显示相应的报警信号;管道级保护则通过PROCYS系统监视管道沿线所有压力点,并根据需要采取一系列站场响应,实现其对管道的保护功能,包括动态调整最大出站压力限值保护、通信中断时全线压力保护、管道关断保护和全线停车保护。针对该系统的重要保护项与国内压力保护系统进行对比,提出国内输油管道安全保护系统设计和改进的方向与建议。     

天然气管道压气站一键启停站控制技术

随着天然气管道生产管理模式的变革,压气站区域化管理作为一种先进管理理念得到了逐步推广,需要区域化管理、无人值守、远程调控等各类生产运行技术作为支撑,压气站一键启停站技术是其重要的技术基础。以盖州压气站为试点,通过对天然气管道压气站采用站场及压缩机工艺流程全自动化控制改造、控制系统配置优化、站控与压缩机控制系统深度融合、压缩机辅助系统整合等优化措施,具备了实现一键启停站的硬件基础。一键启停站从软件功能上分为一键启站和一键停站两部分:一键启站由状态反馈与报警检测、站内工艺流程自动导通、压缩空气系统自动启停、压缩机厂房风机自动分配、压缩机组一键启动、防喘控制与负荷分配的自动投用与退出6个部分组成;结合压缩机组的3种停机模式及其工艺需求,一键停站包括正常停站、多机停止、多机保压停机、全站ESD、多机泄压停机5种自动停站方式。盖州压气站试点一键启停站控制技术的成功应用,表明中国压气站控制水平取得了较大进步,为后续压气站的建设和改造提供了工程经验和技术基础,同时也对长输液体管道的一键启停提供了借鉴。     

国内外输气站设计标准差异

通过借鉴国外油气管道标准已有的先进经验,促进中国长输管道实现跨越式发展,中国开展了美国、俄罗斯管道技术标准的系统研究,但对于欧盟管道技术标准研究较少。以欧盟标准EN12583-2014《燃气供应系统-压缩机站-功能要求》为例,针对输气站设计领域的关键技术问题,对比分析了欧盟标准与中国标准的重要差异。欧盟标准先进性表现为基于冗余设计的可靠性设计原则,考虑输送工艺和人员安全操作的整体布局原则,管道发生紧急情况或管道维修时启动站场ESD系统,重视压缩机密封系统和旋转部件试验,实施站场设施可视化管理,以及限制区域授权进出条件等。研究借鉴该标准的先进经验,对于提高中国输气站设计水平具有指导意义。     

大型油罐主动安全防护系统设计及应用北大核心

外浮顶油罐的一二次密封空间属于相对密闭的环形油气聚集空间,在油罐罐壁挂油、收发油作业中随着浮盘的升降会产生大量可燃气体,遇雷击、静电产生的火花可能引发燃烧甚至爆炸事故。针对大型外浮顶油罐的结构特点,采用实时气体分析系统与主动惰化保护系统相结合的闭环控制方式,设计了大型油罐主动安全防护系统,主要由控制系统、监测系统、供氮系统、管网系统及其他配套系统组成。其防护技术原理:在浮顶油罐的一二次密封区域内安装一套可燃气体泄漏探测及保护系统,当可燃气体浓度超过爆炸下限值时,系统主动向密闭区域内注入惰性气体,置换出可燃气体,有效降低密闭区域内可燃气体浓度,阻止火灾或爆炸发生。通过在长庆某输油站3年多的应用结果表明,该系统稳定可靠,安全防护效果显著。     

大型油罐主动安全防护系统设计及应用

外浮顶油罐的一二次密封空间属于相对密闭的环形油气聚集空间,在油罐罐壁挂油、收发油作业中随着浮盘的升降会产生大量可燃气体,遇雷击、静电产生的火花可能引发燃烧甚至爆炸事故。针对大型外浮顶油罐的结构特点,采用实时气体分析系统与主动惰化保护系统相结合的闭环控制方式,设计了大型油罐主动安全防护系统,主要由控制系统、监测系统、供氮系统、管网系统及其他配套系统组成。其防护技术原理:在浮顶油罐的一二次密封区域内安装一套可燃气体泄漏探测及保护系统,当可燃气体浓度超过爆炸下限值时,系统主动向密闭区域内注入惰性气体,置换出可燃气体,有效降低密闭区域内可燃气体浓度,阻止火灾或爆炸发生。通过在长庆某输油站3年多的应用结果表明,该系统稳定可靠,安全防护效果显著。     

一体式焊接截止阀的带压堵漏

川气东送管道站场、阀室大量采用一体式焊接截止阀作为压力或气体取样的根部接口阀,自投产以来,多次发生阀杆微漏,若处理不及时,持续泄漏会造成爆炸、火灾等安全事故。根据川气东送管道站场的泄漏状况,在投产初期采用更换阀门方法不可取的情况下,采取不停输带压堵漏技术。通过对现场泄漏状况的勘查,进行专用夹具的设计、制造,并在实验室内模拟现场压力表根阀泄漏后的带压堵漏治理,取得了良好效果。经现场实际应用,成功解决了困扰输气生产过程中一体式焊接截止阀阀杆泄漏的难题。     

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。     

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。     

城市天然气管道动态泄漏扩散特性模拟分析

对城市天然气管道泄漏的动态特性进行研究,可以更好地预测泄漏气体的扩散危害后果和影响范围。通过对城市天然气管道动态泄漏过程及状态分析,建立了管道泄漏计算模型。根据动态泄漏速率的变化特征,将格林函数应用到流体扩散微分方程中,得到动态扩散的合成模型。结合实际案例进行数学模拟分析,得到不同条件和不同状态下的城市天然气泄漏扩散规律和危险区域。结果表明：管道泄漏比、风速及大气稳定度对城市天然气管道泄漏扩散均有影响,提高风速或增大泄漏比均会加大天然气泄漏扩散浓度分布范围,但当风速大于3m／s时,天然气向下风方向扩散范围反而减小;喷射火危害范围随风速的增大而增大,蒸汽云爆炸危害范围则随风速的增大而减小;风速较小时,蒸汽云爆炸伤害范围大于喷射火伤害范围,而当管道泄漏比较大、风速也较大时,喷射火伤害范围大于蒸汽云爆炸伤害范围,应根据不同情况确定应急疏散距离。（图6,表1,参11）     

西气东输盐池站压缩机组远程控制系统优化

北京油气调控中心对中国石油所辖长输油气管道陆续实现了集中调控,但未能实现对压缩机组的远程控制。因此,以西气东输盐池压气站为试点对远程控制系统实施改造,基于其SCADA系统和机组控制系统的技术现状,进行了远控改造的需求分析,确定了改造方案:更新机组控制系统(UCP)的通讯程序,添加了42个反映机组相关系统报警和运行工况的I/O信息点,并将其传送至站场控制系统(SCS)和中控SCADA系统;修改站控系统PLC的相关程序;对调控中心系统的监视画面和相关信息显示进行组态。通过改造,成功实现了对盐池站压缩机组的远程启、停及运行调整的控制功能,为实现国内天然气长输管道压气站的远程控制提供了技术储备。