CN104100836B - 一种天然气调压站系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气调压站系统，其特征在于所述天然气调压站系统包括依次连接的入口绝缘与火警切断单元、旋风分离单元、过滤分离单元、计量单元、调压单元、出口单元。调压站距离燃气用户比较远，天然气调压站系统在燃气用户之前设置前置模块，所述前置模块包括前置计量单元、前置精过滤单元和前置绝缘与火警切断单元。本发明的优点在于：降低投资和运行成本，提高了供应天然气的稳定性和安全性，针对燃气用户的用气特点及上游气源参数，考虑加热单元和前置单元的同时又配备了齐全的辅助设施，保证了调压站系统的安全稳定运行，满足了燃气用户对天然气参数精确度高、响应迅速的要求。

Description

一种天然气调压站系统

技术领域

本发明涉及天然气应用技术领域，具体的说是一种对天然气进行调压(增压)、计量、控制和输送的天然气调压站系统。

背景技术

随着我国石油和煤的储量不断减少，而一次性能源中天然气占比太小(小于4%)，低碳发展要求中国未来20年天然气占到一次能源的15%～20%，替代煤成为主要的城市一次能源和工业燃料。2011年10月国家发展改革委、财政部、住房城乡建设部、国家能源局联合发布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》，详述了发展分布式能源的重要意义和政策措施等。

天然气是一种埋藏于地下的可燃性气体，无色无味，主要成分中85～95%为甲烷（CH4），比重轻于空气，并在空气中扩散迅速，属可燃可爆性气体。天然气燃烧过程中，产生的污染物较少，燃烧之后也没有废渣、废水。与煤炭等黑色能源相比，所产生的氮化物、一氧化碳、可吸入悬浮微粒极少，几乎不产生二氧化硫，二氧化碳的排放为煤的40%左右。天然气利用效率高，利于环境保护，然而天然气利用尚处于起步阶段，对天然气调压站还没有一个统一的形式，这就可能会造成燃气用户入口的天然气参数状态不稳定或者不能根据用户工作状态的变化迅速响应，直接影响了用户设备的安全运行，增加了检修成本，也降低了燃气场站设备的使用寿命，进而使得投资及运行成本过高。所以迫切需求一种新型的天然气调压站系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的天然气调压站系统，使得天然气调压站输出的燃气能满足如下要求：清洁的燃气，燃气中不含液态烃；燃气温度大于露点温度；控制燃气压力以保证燃气用户的正常需求；燃气用户工作状态变化时能够响应迅速；计量精确；提供足够的运行安全保护。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种天然气调压站系统，其特征在于所述天然气调压站系统包括依次连接的入口绝缘与火警切断单元、旋风分离单元、过滤分离单元、计量单元、调压单元、出口单元。调压站距离燃气用户比较远，天然气调压站系统在燃气用户之前设置前置模块，所述前置模块包括前置计量单元、前置精过滤单元和前置绝缘与火警切断单元。旋风分离单元、过滤分离单元和前置精过滤单元的排污口均通过管道连接到集污单元。所述入口绝缘与火警切断单元、旋风分离单元、过滤分离单元、调压单元、出口单元、前置精过滤单元和前置绝缘与火警切断单元均设置放散管路连接至天然气发散塔。所述入口绝缘与火警切断单元及前置绝缘与火警切断单元分别包括设置在进出口的绝缘接头、压力参数、温度参数的现场显示表计及数据远传的传感器，同时设置火警紧急切断阀。在计量单元和稳压模块之间还设置有加热单元，加热单元为水浴炉、电加热器或双层管式换热器。调压单元包括稳压模块和增压模块。该调压单元由工作压力调整支路及备用压力调整支路构成，所述工作压力调整支路及备用压力调整支路均设置有工作调压器、监控调压器、紧急切断阀、微流量放散阀，所述工作调压器。所述出口单元包括紧急切断阀和绝缘接头。

上游气源经过入口绝缘与火警切断单元后首先进入旋风分离单元，经过初步分离后，天然气进入过滤分离单元，对天然气进行精密过滤分离，随后分离出的清洁天然气进入计量单元，计量完毕后将进入加热单元，因为天然气在压力降低的同时伴随着温度降低，若调压前后压降太大会使天然气温降也很大，调压后温度低于水露点、烃露点或造成元器件及管道发生冰堵现象，影响系统正常运行，所以可根据压降情况和进口温度选择是否设计加热单元。接下来天然气进入调压单元，可根据压力降的大小和调压设备的性能选择调压的级数。在这个阶段的燃气经过过滤、计量、调压已符合了燃气用户的进气要求，天然气通过出口单元接至主厂房。一般情况下调压站距离燃气用户比较远，燃气用户之前设置前置模块，包括前置计量、前置精过滤、性能加热器等。天然气经过前置单元后进入燃气用户，实现对燃气用户稳定持续的供气。同时调压站系统设置集污单元、氮气置换系统、放散系统及相关的仪表控制等辅助设施。

本发明特别涉及进入燃气用户之前的燃料气处理，提出了调压站的功能设计，包括天然气加热、计量、除液、过滤、压力调节、天然气分配、排放、排污、在线监测及安全监测、电气控制设施。此专利中的燃气用户是指城市燃气、工业燃料、天然气发电和天然气化工,共四大类。本发明的优点在于：对燃气用户的天然气供应有针对性，降低投资和运行成本，提高了供应天然气的稳定性和安全性，针对燃气用户的用气特点及上游气源参数，考虑加热单元和前置单元的同时又配备了齐全的辅助设施，即保证了调压站系统的安全稳定运行，又满足了燃气用户对天然气参数精确度高、响应迅速的要求。

附图说明

图1为本发明新型的天然气调压站系统流程图。

具体实施方式

天燃气调压站的功能是提供持续、稳定的符合燃气用户流量、压力、温度等要求的天然气。如有火灾等情况发生，调压站能够迅速切断。调压站有足够的放散及缓冲措施，以削弱由于燃气用户气流量骤变而对调压站造成冲击。调压支路之间进行切换时，应避免有大的压力波动。本发明的工艺流程如图1中所示。

入口绝缘与火警切断单元1主要由绝缘接头、火警切断阀门、温度传感器、压力传感器等组成。绝缘接头主要是避免埋地输气管道的电化学腐蚀对调压站的影响；入口单元的压力,温度通过现场仪表就地指示，压力变送器和温度变送器则达到了信号远传和记录的目的，实现DCS系统监控。火警紧急切断阀为气动操作，可以瞬间切断供气，目的为实现火灾时紧急切断，该阀门动作时间一般小于1秒。

旋风分离单元2中的主要设备为多管微旋流过滤分离器，因进入到调压站的天然气中可能含有固体杂质和液体杂质。这些杂质可以通过多管微旋流过滤分离器清除。所述多管微旋流过滤分离器采用申请人在先申请的申请号为CN201210531133.2的多管微旋流过滤分离器，该多管微旋流过滤分离器的具体结构在此不再赘述。该设备核心部分为微旋子组件，颗粒由于离心力的作用克服气流的阻力向壁面运动，达到壁面附近后，由于边界层内较小的湍流，颗粒会沿着壁面进入排污管排除；能99.5%分离掉大于10µ的固体或液体微粒。多管微旋流过滤分离器的进出口均配置一个气动隔离球阀，以便设备的清理和检修，在隔离阀上配置一路手动旁路，以便首次注入天然气时，慢慢地注入管道。该单元设有旁路阀。

过滤分离单元3的主要设备是过滤分离器，一般情况下为一用一备，每台过滤分离器出力为系统流量的110%-120%。进入到调压站的天然气通过旋风分离单元1的处理之后，可能还含有一定的固体杂质和液体杂质。这些杂质可以通过过滤分离器清除。天然气穿过过滤元件，细小固体微粒和雾气在这里被滤元截除。干净的气体流出过滤分离器。过滤分离器的过滤精度及过滤效率为：对5μ以上的颗粒要求清除效率达到100%，当颗粒为3-5μm时，除尘效率应不小于99.9%，当尘粒在2-3μm范围时，过滤效率应不小于99.5%，当尘粒在0.5-2μm范围时，过滤效率应不小于95%。过滤分离器的进出口均配置二个气动隔离球阀实现双阀隔断，双阀中间设有放散管路，方便过滤分离装置的清理和检修。在隔离阀上同样配置了手动旁路，以便首次注入天然气时，慢慢地注入管道。每台过滤器设置1套差压监控系统（差压变送器），用于指示过滤器进出口的差压，该差压值表示过滤器内滤芯的污染程度，因为滤芯的污染程度越高，天然气的流通能力越小，阻力就越大，也就是过滤器的前后压差就越大；在正常的运行过程中，差压值应在150~550 mbar，当差压值大于550mbar 时系统会报警，提醒工作人员更换滤芯，从而保证过滤器的过滤效率。该系统设置两台过滤器，采用一用一备，当运行的过滤器更换滤芯时，应先切换到备用的过滤器。每台配置一台磁翻板液位计，液位计上配有高高液位开关、高液位开关、低液位开关。受高、低液位开关控制实现自动排污；在正常的操作情况下，过滤器内的污液通过液位开关发出信号给PLC，PLC控制电磁阀开关动作，进而来控制自动排污阀的动作。电磁阀为常失电状态，当液位达到高液位值时，自动排污阀开启，将污液排放至冷凝液储罐；在排放过程中，当液位达到低液位值时,自动排污阀关闭；自动排污阀设置一路旁路，该旁路用于自动排污系统故障情况下的手动排污，当液位达到高液位并持续报警，说明自动排污故障，PLC报警，这时操作人员需马上到现场检查实际液位，同时打开相应的旁路排污阀，将污液排放至储罐。排放结束后，检查系统，将报警问题解决。

计量单元4的作用主要是通过流量计对进入调压站的天然气进行精确的流量计量，以实现商业结算。计量系统的基本构成为气体超声波流量计,流量计算机,气相色谱分析仪。利用超声波在管道内传输的时差来实现对气体的计量；采用流量计算机完成标准体积流量（101.325kPa，20℃）、质量流量等瞬时流量的计算和累积流量计算。气相色谱分析仪典型应用可以分析到C6+ (一个周期180-240秒)，主要提供热值，相对密度，和气体组分数据给流量计算机，从而得到天然气的燃烧能量值。系统配置时需注意流量计安装空间要求大，直管段可达前10DN，后5DN；色谱装置取样部分一般安装在现场，控制器(控制及数据处理)可以放在现场(防爆结构)或室内。

加热单元5，调压站的主要功能是将上游供气管道的天然气降压稳压以满足燃气用户对天然气的压力要求，但是根据焦耳-汤姆森效应，因为天然气经过调压站时压力降低导致温度降低，若调压前后压降太大会使天然气温降也很大，调压后温度低于水露点、烃露点或造成元器件及管道发生冰堵现象，影响系统正常运行，所以可根据压降情况和进口温度选择是否设计加热单元。加热设备可选用水浴炉、电加热器或双层管式换热器等设备。加热单元5设置在调压单元6的前端。

调压单元6，调压单元包括减压模块或稳压模块加增压模块。该调压单元设置两套单机容量100％的调压系统，由工作压力调整支路及备用压力调整支路构成。工作压力调整支路由工作调压器、监控调压器、紧急切断阀、微流量放散阀构成。当工作调压路失效或因维护保养而关闭时，可自动切换到备用调压路继续工作。工作调压器后和监控调压器后设置有就地压力指示。备用调压路组成与工作调压支路一致，也可只采用一个工作调压器，调压器选用自力式调压器。每条调压支路设置就地压力指示、手动放散阀、手动排污阀，前后设置隔断阀。隔断阀设置有开启缓注阀。当燃气压力较低不能满足燃气用户入口压力要求时，调压站需对天然气进行增压。增压机一般采用活塞压缩机、螺杆或离心压缩机。压缩机采用高压防爆型电动机驱动。由于被压缩的气体为有毒、易燃、易爆流体，在正常运行期间，压缩机轴密封应保证该气体不泄漏至大气中，压缩机轴端采用干气密封系统。为控制出口天然气流量、温度，压缩机组还需配置回流阀及回流冷却器。如图1所示，根据本发明的一个实施例，调压单元6还可包括稳压模块6a加增压模块6b，稳压模块即对进入增压模块之前的燃气进行调节，使其压力稳定在一个数值，然后再进入增压模块。

调压站出口单元7主要由紧急切断阀和绝缘接头构成，同时设置放散阀用于维护时迅速放散下游设备和管线中的燃气。出口段设置有压力变送器、温度变送器，用于将调压站的出口压力温度信号传送到DCS系统中。

燃气经过上述7个单元后，在性能参数上已经符合了燃气用户的技术要求。但是一般情况下调压站距离燃气用户比较远，这就需要在燃气用户附近加一个前置单元，前置单元由前置计量单元8a、前置精过滤单元8b等构成。前置计量单元8a实现单台燃气用户的商业计量的对比作用。前置精过滤单元8b对进入燃气用户的燃气进行最终过滤，确保燃气用户用气的安全性。前置单元也可设置前置绝缘与火警切断单元8c，该前置绝缘与火警切断单元8c设置有火警切断阀用于紧急状况下切断燃气用户的供气，紧急切断阀的驱动装置为气动，可以通过就地手动开关操作，也可通过远程操作，在至燃气用户天然气管段发生火警的情况下紧急安全关断,与火警报警系统联锁。

在本调压站系统的主要单元均设置了放散管路，与天然气放散塔9相连。放散管路设置自动放散阀，自动放散阀与紧急安全切断阀联锁，当紧急安全切断阀关闭时，自动放散阀即刻启动。放散阀是一种快速开启、关闭阀。

在旋风分离单元2、过滤分离单元3、前置精过滤单元8b中排出的天然气的废液均通过管道输送到集污单元10。

本系统配置了氮气置换系统11，以便根据要求对系统进行氮气吹扫和置换。为了对某一部分进行吹扫和气体置换，首先要将该部分从调压站系统中解列出来，即通过隔离阀将该部分解列出来，打开排气阀，将管道排空，将氮气通过氮气接口送入管道，完成氮气置换过程。

系统设置有检测天然气泄漏的报警装置、各种控制仪表等确保调压站安全可靠运行。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种天然气调压站系统，其特征在于所述天然气调压站系统包括依次连接的入口绝缘与火警切断单元、旋风分离单元、过滤分离单元、计量单元、调压单元、出口单元，所述天然气调压站系统还设置前置模块，所述前置模块包括前置计量单元、前置精过滤单元和前置绝缘与火警切断单元，旋风分离单元、过滤分离单元和前置精过滤单元的排污口均通过管道连接到集污单元，所述入口绝缘与火警切断单元及前置绝缘与火警切断单元分别包括设置在进出口的绝缘接头、压力参数、温度参数的现场显示表计及数据远传的传感器，所述入口绝缘与火警切断单元及前置绝缘与火警切断单元均设置火警紧急切断阀，所述入口绝缘与火警切断单元、旋风分离单元、过滤分离单元、调压单元、出口单元、前置精过滤单元和前置绝缘与火警切断单元均设置放散管路连接至天然气发散塔，放散管路设置自动放散阀，自动放散阀与紧急安全切断阀联锁，当紧急安全切断阀关闭时，自动放散阀即刻启动，在计量单元和稳压模块之间还设置有加热单元，加热单元为水浴炉、电加热器或双层管式换热器，该调压单元由工作调压路及备用调压路构成，所述工作调压路及备用调压路均设置有工作调压器、监控调压器、紧急切断阀、微流量放散阀，所述出口单元包括紧急切断阀和绝缘接头；

旋风分离单元中包括多管微旋流过滤分离器，以清除天然气中固体杂质和液体杂质，该多管微旋流过滤分离器的核心部分为微旋子组件，颗粒由于离心力的作用克服气流的阻力向壁面运动，达到壁面附近后，由于边界层内较小的湍流，颗粒会沿着壁面进入排污管排除；多管微旋流过滤分离器的进出口均配置一个气动隔离球阀，在气动隔离球阀上配置一路手动旁路，以便首次注入天然气时，慢慢地注入管道，该旋风分离单元设有旁路阀；

过滤分离单元包括过滤器，采用一用一备，每台过滤器出力为系统流量的110%-120%，以进一步清除天然气中的固体杂质和液体杂质，过滤器的进出口均配置二个气动隔离球阀实现双阀隔断，双阀中间设有放散管路，方便过滤器的清理和检修，在隔离阀上同样配置了手动旁路，每台过滤器设置1套差压监控系统，用于指示过滤器进出口的差压，该差压值表示过滤器内滤芯的污染程度，当差压值大于550mbar 时系统会报警，提醒工作人员更换滤芯，从而保证过滤器的过滤效率，当运行的过滤器更换滤芯时，应先切换到备用的过滤器，每台配置一台磁翻板液位计，液位计上配有高液位开关、低液位开关，受高、低液位开关控制实现自动排污；自动排污阀设置一路旁路，该旁路用于自动排污系统故障情况下的手动排污；

计量单元包括气体超声波流量计,流量计算机,气相色谱分析仪，利用超声波在管道内传输的时差来实现对气体的计量；气相色谱分析仪取样部分安装在现场，控制器放在现场防爆结构或室内；

调压单元，调压单元包括稳压模块加增压模块，该调压单元设置两套单机容量100％的调压系统，当工作调压路失效或因维护保养而关闭时，可自动切换到备用调压路继续工作，工作调压器后和监控调压器后设置有就地压力指示，各调压器均选用自力式调压器，每条调压支路设置就地压力指示、手动放散阀、手动排污阀，前后设置隔断阀，隔断阀设置有开启缓注阀，当燃气压力较低不能满足燃气用户入口压力要求时，调压站需对天然气进行增压，增压机采用活塞压缩机、螺杆或离心压缩机，压缩机采用高压防爆型电动机驱动，压缩机轴端采用干气密封系统，压缩机组还配置回流阀及回流冷却器，稳压模块即对进入增压模块之前的燃气进行调节，使其压力稳定在一个数值，然后再进入增压模块；

出口单元设置放散阀用于维护时迅速放散下游设备和管线中的燃气，出口段设置有压力变送器、温度变送器，用于将调压站的出口压力温度信号传送到DCS系统中；

前置计量单元实现单台燃气用户的商业计量的对比作用，前置精过滤单元对进入燃气用户的燃气进行最终过滤，该前置绝缘与火警切断单元设置有火警切断阀用于紧急状况下切断燃气用户的供气，火警切断阀为气动控制，在至燃气用户天然气管段发生火警的情况下紧急安全关断,与火警报警系统联锁；

所述天然气调压站系统配置了氮气置换系统，以便根据要求对系统进行氮气吹扫和置换；

所述天然气调压站系统设置有检测天然气泄漏的报警装置，确保调压站安全可靠运行。