CN112090888B - 一种液态乙烷管道清管收球安全运行系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液态乙烷管道清管收球安全运行系统与方法，所述系统包括乙烷输送与清管收球主系统、乙烷安全充装系统、乙烷强制流动系统和仪表监测系统；所述乙烷输送与清管收球主系统包括正常流动管道以及清管收球管路，清管收球管路与清管收球筒连接；所述乙烷安全充装系统包括置换充压单元以及取液充压管路；所述乙烷强制流动系统包括乙烷强制流动管道。本发明基于乙烷的相态特征和清管收球筒的安装与操作特点，识别出清管收球筒在服役于液态乙烷管道时可能出现充压引起低温和长期无内部流动引起高温的实际问题，考虑在常规液体介质清管收球筒上增设乙烷安全充装系统、乙烷强制流动系统和仪表监测系统等措施，保障乙烷清管收球筒运行安全、可靠。

Description

一种液态乙烷管道清管收球安全运行系统与方法

技术领域

本发明属于液态乙烷管道输送技术领域，特别涉及一种液态乙烷管道清管收球安全运行系统与方法。

背景技术

近年来，随着天然气凝液回收技术发展和能源高效利用需求提升，天然气乙烷回收市场迅速扩张。乙烷是良好的化工原料，具有极高的利用价值。管道输送是连接乙烷生产与利用的有效途径；液态输送是乙烷管输的主要运行模式，其具有高效与经济的特点。乙烷的临界温度为32℃，临界压力为4.5MPa.g，管道运输中的商品乙烷，其乙烷含量超过95mol％。乙烷具有典型的低压气化特点，且液态乙烷在泄放至常压时，其介质温度可低至-90℃，这可能对管道设备带来严重的材料安全风险，必须在操作时预见和控制。

清管收球是液态乙烷管道安全运行的关键流程。清管器从上游清管器发送装置发出后，在管道中运行并采集沿程管道参数，用以指示管道性能。在清管器到达末站后，需对其进行接收，基本都采用清管器收球筒。

一般来讲，管道正常运行时，不启动清管收球系统，进站介质直接从旁路进入下游；在清管过程中，管道的清管器到达末站后，需进入清管器收球筒。因此，在常规运行中，绝大部分时间内，清管收球筒内为常压状态；结合液态乙烷特点来看，若在清管时直接导入液态乙烷，则需要选择特殊低温材质作为清管收球筒主材，投资较高。进一步地，由于清管收球筒及配套管路为露空设置，且长期无介质通过，受环境热辐射影响，其表面和内部的温度在夏季白天极高，若此时快速引入从上游埋地管道中排出的液态乙烷，极易引起液态乙烷温度陡增并超过临界温度，对下游的稳定运行造成极大的困难与安全隐患；同时，若露空管路存在充装乙烷且两端密闭的管道或设备，存在介质受环境影响升温导致大幅升压的问题，带来安全风险。

上述问题在目前的相关研究中鲜有提及，且与此相关的液态乙烷输送技术在我国亦难觅公开报道。因此，应进一步开展相关技术攻关，研发相关安全运行保障技术，提升液态乙烷管道建设经济性与运行安全性。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够有效保障系统在清管收球期间运行安全的液态乙烷管道清管收球安全运行系统与方法。

本发明的主要技术思路是基于常规液态管道的清管收球工艺，结合液态乙烷的介质特征和清管收球筒露空安装的特点，从乙烷充装、低温控制、露空收球筒温度控制等方面出发，开展系统完善，实现液态乙烷收球筒安全充装，避免采用低温材料，同时保障收球筒中介质处于实时流动状态，避免外界环境热辐射引起收球筒及附近管路中液态乙烷升温后相变或大幅超压。

本发明采用的技术方案是：一种液态乙烷管道清管收球安全运行系统，其特征在于：包括乙烷输送与清管收球主系统、乙烷安全充装系统、乙烷强制流动系统和仪表监测系统；

所述乙烷输送与清管收球主系统设置于干线末端，用于正常运行时提供乙烷流向下游设施的通道以及在清管时提供乙烷进入清管收球筒后再流向下游设施的通道，其包括连接上游液态乙烷干线的正常流动管道以及清管收球管路，所述清管收球管路与清管收球筒连接；

所述乙烷安全充装系统设置于清管收球筒上，用于在液态乙烷清管球进入清管收球筒前对清管收球筒置换与建立背压，其包括与清管收球筒连接的置换充压单元以及用于连接正常流动管道与清管收球筒前端的取液充压管路；

所述乙烷强制流动系统设置于清管收球筒上，用于在收球作业前连通清管收球筒与下游管路，保持清管收球筒内充装的乙烷强制流动，其包括用于连接正常流动管道与清管收球筒末端的乙烷强制流动管道；

所述仪表监测系统用于对清管收球筒在充压、启用和介质强制流动过程中的参数进行监测。

本发明所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统，其所述上游液态乙烷干线与入口干线连接，所述清管收球管路包括前段清管旁路和后段清管旁路，所述入口干线分别连接前段清管旁路和正常流动管道，所述前段清管旁路与清管收球筒连接，所述清管收球筒通过后段清管旁路与正常流动管道连接。

本发明所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统，其在所述入口干线上设置有入口干线截断阀，在所述入口干线进入站内前设置有清管指示器，所述前段清管旁路上依次设置有第一清管旁路截断阀和第二清管旁路截断阀，在所述正常流动管道上设置有正常流动管道截断阀，所述后段清管旁路上依次设置有第三清管旁路截断阀和第四清管旁路截断阀。

本发明所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统，其所述置换充压单元包括设置在清管收球筒前端的起始置换充压阀以及设置在清管收球筒末端的置换泄压阀，所述起始置换充压阀用于在清管收球筒准备接收清管球前进行置换与第一阶段充压，为取液充压提供初始背压，所述置换泄压阀用于在清管收球筒准备接收清管球前进行置换时的空气排出，并在准备取出清管球前进行置换时的乙烷排出。

本发明所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统，其在所述取液充压管路上设置有取液充压管路截断阀和取液充压调节阀，所述取液充压管路截断阀安装于靠近正常流动管道的一侧，所述取液充压调节阀安装于靠近清管收球筒的一侧。

本发明所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统，其所述清管收球筒为三段式结构，包括前端的小筒体、中部的过渡段以及后端的大筒体，所述取液充压管路从清管收球筒的小筒体上接出，并连接正常流动管道，所述乙烷强制流动管道从清管收球筒的大筒体上接出，并连接正常流动管道，所述取液充压管路通过平衡管与乙烷强制流动管道连接，用于在清管球到达并准备取出球体前，平衡小筒体和大筒体压力，在所述平衡管上设置有平衡管截断阀。

本发明所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统，其所述后段清管旁路从清管收球筒的大筒体上接出，并连接正常流动管道，其开口位置距离大筒体末端的切线长度不得小于常用智能清管器长度附加0.2m，用于配合前段清管旁路在清管收球期间提供乙烷流向下游输送系统的通道。

本发明所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统，其在所述乙烷强制流动管道上设置有强制流动第一截断阀和强制流动第二截断阀，所述强制流动第一截断阀靠近清管收球筒一侧，在清管收球筒置换完成后即可开启，所述强制流动第二截断阀靠近正常流动管道一侧，与第一清管旁路截断阀联锁同时开启。

本发明所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统，其所述仪表监测系统包括第一压力变送器、第二压力变送器和温度变送器，所述第一压力变送器设置于清管收球筒的大筒体，用于监测大筒体的内部压力，所述第二压力变送器设置于清管收球筒的小筒体，用于监测小筒体的内部压力，所述温度变送器设置于清管收球筒的小筒体，用于监测清管收球筒充压过程中的温度。

一种液态乙烷管道清管收球安全运行方法，其特征在于：所述安全运行的方法具体为：

(1)在液态乙烷管道正常运行过程中，保持入口干线截断阀和正常流动管道截断阀开启，其余阀门均保持关闭，液态乙烷经入口干线和正常流动管道输往下游生产系统；

(2)上游准备发送清管球前，开启起始置换充压阀和置换泄放阀，从起始置换充压阀连接氮气供气源，向清管收球筒内充入氮气，置换清管收球筒内存在的空气；随后，更换氮气源为气态乙烷供气源，向清管收球筒内充入气态乙烷，通过温度变送器实施监测温度，控制气态乙烷的注入速度，并在置换泄放阀下游监测置换气中乙烷含量，当乙烷体积含量超过99％后，关闭置换泄放阀；

(3)利用高压气态乙烷向清管收球筒内充压，通过温度变送器实施监测温度，温度不得低于-15℃，并控制气态乙烷的注入速度，当清管收球筒内压力升至1.8-2.2MPa.g后，即可停止充压；

(4)开启取液充压管路截断阀和取液充压调节阀，从正常流动管道中取液态乙烷充入清管收球筒，此时清管收球筒已经建立1.8-2.2MPa.g背压，故直接持续充压，直至清管收球筒内压力升高至不再变化，随后关闭充压管路截断阀和取液充压调节阀；

(5)开启第一清管旁路截断阀和第二清管旁路截断阀，开启强制流动第一截断阀和强制流动第二截断阀，使前段清管旁路、清管收球筒、乙烷强制流动管道中持续流动液态乙烷，同时开启第三清管旁路截断阀；

(6)当上游干线上的清管指示器接收到清管球通过信号后，联锁关闭正常流动管道截断阀，联锁开启第四清管旁路截断阀，连通正常输量下的前段清管旁路、清管收球筒、后段清管旁路的流动通道；

(7)清管球到位后，关闭第一清管旁路截断阀、第二清管旁路截断阀、第三清管旁路截断阀、第四清管旁路截断阀、强制流动第一截断阀和强制流动第二截断阀，同时开启正常流动管道截断阀，恢复液态乙烷正常生产流动流程，并开启平衡管截断阀，平衡清管收球筒的各处压力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明基于乙烷的相态特征和清管收球筒的安装与操作特点，识别出清管收球筒在服役于液态乙烷管道时可能出现充压引起低温和长期无内部流动引起高温的实际问题，考虑在常规液体介质清管收球筒上增设乙烷安全充装系统、乙烷强制流动系统和仪表监测系统等具体措施，保障乙烷清管收球筒运行安全、可靠。

具体表现为：

(1)设置科学

本发明针对液态乙烷管道清管的实际需求，基于清管收球筒在服役于液态乙烷管道时的收球前充装并建立背压，以及充装完成至实际接收清管球的间隔时间可能过长等具体操作，识别了上述作业过程中可能面临的收球筒充压前期低温和收球筒充装完成后高温问题，有针对性地设置了乙烷安全充装系统、乙烷强制流动系统，通过采取阶梯式充压与背压建立的模式控制充装温度，避免液态乙烷气化低温(-90℃)对选材的过高要求，降低建设投资；突破常规操作模式，在充装完成后，设置并开启清管收球筒出口管道，实现与清管收球筒旁路的协同操作，保证清管收球筒入口管路、清管收球筒本体和清管收球筒出口管路均处于内部介质实时流动状态，提升对周围环境热辐射的换热能力，避免长期静态停留引起相变与超压泄放的问题。

(2)经济合理

本发明通过设置乙烷安全充装系统保障了液态乙烷充装下清管收球筒的最低操作温度，满足以常规碳钢材料对液态乙烷清管收球筒的服役要求，避免直接采用低温材料，有效提高了经济性。

(3)推动技术发展

本发明基于常规液态介质在清管收球筒运行的操作特点，结合液态乙烷的介质特性，识别出清管收球筒在服役于液态乙烷管道时可能出现充压引起低温和长期无内部流动引起高温的实际问题，通过设置合理的措施，保障系统在清管收球期间的运行安全，有效推动了技术发展。

附图说明

本发明将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中

图1为本发明的系统示意图。

图中标记：1为入口干线，2为前段清管旁路，3为正常流动管道，4为后段清管旁路，5为清管收球筒，6为入口干线截断阀，7为第一清管旁路截断阀，8为第二清管旁路截断阀，9为正常流动管道截断阀，10为第三清管旁路截断阀，11为第四清管旁路截断阀，21为取液充压管路，22为取液充压管路截断阀，23为取液充压调节阀，24为起始置换充压阀，25为置换泄放阀，26为平衡管，27为平衡管截断阀，31为乙烷强制流动管道，32为强制流动第一截断阀，33为强制流动第二截断阀，41为第一压力变送器，42为第二压力变送器，43为温度变送器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

如图1所示，一种液态乙烷管道清管收球安全运行系统，包括乙烷输送与清管收球主系统、乙烷安全充装系统、乙烷强制流动系统和仪表监测系统。

其中，所述乙烷输送与清管收球主系统设置于干线末端，用于正常运行时提供乙烷流向下游设施的通道以及在清管时提供乙烷进入清管收球筒后再流向下游设施的通道，其包括连接上游液态乙烷干线的正常流动管道3以及清管收球管路，所述清管收球管路与清管收球筒5连接。

具体地，所述上游液态乙烷干线与入口干线1连接，其管径、材质与上游液态乙烷干线一致，所述清管收球管路包括前段清管旁路2和后段清管旁路4，所述入口干线1通过三通分别连接前段清管旁路2和正常流动管道3，露空敷设，在所述入口干线1上设置有入口干线截断阀6，在所述入口干线1进入站内前设置有清管指示器，用于检测清管球通过情况，并向站内发送信号，入口干线截断阀为带有紧急关断功能的气液联动球阀，用于在站场工况异常时联锁截断进站乙烷；所述前段清管旁路2与入口干线1的管径、材质一致，并接入清管收球筒5，提供清管收球阶段的乙烷和清管球通道，所述前段清管旁路2上依次设置有第一清管旁路截断阀7和第二清管旁路截断阀8；第一清管旁路截断阀为电动球阀，常关，用于在清管收球筒完成收球前置换与充压后开启，提供清管球进入清管收球筒的通道，也提供清管收球筒内介质强制流动的介质输入通道；第二清管旁路截断阀为电动球阀，常关，与第一清管旁路截断阀联锁打开或关闭，除实现与第一清管旁路截断阀相同的功能外，进一步提供入口干线在正常运行时与清管收球筒的隔离，避免介质内漏进入清管收球筒；正常流动管道3与入口干线1的管径、材质一致，用于在正常运行状态下(非清管接收期间)将进站的液态乙烷导入下游输送系统，在所述正常流动管道3上设置有正常流动管道截断阀9，所述正常流动管道截断阀为电动球阀，常开，用于正常运行时提供乙烷流向下游设施的通道，并在上游清管指示器接收到清管球通过信息后关闭；所述清管收球筒5为三段式结构，包括前端的小筒体、中部的过渡段以及后端的大筒体，用于接收清管器，材质为碳钢；所述后段清管旁路4从清管收球筒5的大筒体上接出，并连接正常流动管道3，其开口位置距离大筒体末端的切线长度不得小于常用智能清管器长度附加0.2m，用于配合前段清管旁路2在清管收球期间提供乙烷流向下游输送系统的通道；所述后段清管旁路4上依次设置有第三清管旁路截断阀10和第四清管旁路截断阀11，第三清管旁路截断阀10为电动球阀，常关，用于上游清管指示器接收到清管球通过信息后开启；第四清管旁路截断阀11为电动球阀，常关，与第三清管旁路截断阀10联锁打开或关闭，除实现与第三清管旁路截断阀10相同的功能外，进一步提供正常流动管道3在正常运行时与清管收球筒5的隔离，避免介质内漏进入清管收球筒5。

其中，所述乙烷安全充装系统设置于清管收球筒5上，用于在液态乙烷清管球进入清管收球筒前对清管收球筒置换与建立背压，保障清管收球过程安全平稳，其包括与清管收球筒5连接的置换充压单元以及用于连接正常流动管道3与清管收球筒5前端的取液充压管路21。

具体地，所述取液充压管路21从清管收球筒5的小筒体上接出，并连接正常流动管道3，管径宜为DN50，碳钢材质，用于在清管收球筒5准备接收清管球前进行充压，提升清管收球筒5的压力，避免上游介质进入清管收球筒后由于压力突降而发生汽化；在所述取液充压管路21上设置有取液充压管路截断阀22和取液充压调节阀23，所述取液充压管路截断阀22安装于靠近正常流动管道3的一侧，为手动球阀，常关，仅在取液充压时开启，所述取液充压调节阀23安装于靠近清管收球筒5的一侧，为手动截止阀，常关，尺寸为DN25，仅在取液充压时开启，同时取液充压调节阀23还具有在清管球到达并准备取出球体前，平衡小筒体和大筒体压力的作用。

所述置换充压单元包括设置在清管收球筒5前端的起始置换充压阀24以及设置在清管收球筒5末端的置换泄压阀25，所述起始置换充压阀24安装于清管收球筒5小筒体的支管上，手动球阀、常关，用于在清管收球筒5准备接收清管球前进行置换与第一阶段充压，为前述取液充压提供初始背压，避免直接取液充压引起的筒体内温度过低；所述置换泄压阀25安装于清管收球筒5大筒体的支管上，手动球阀、常关，尺寸为DN25，用于在清管收球筒5准备接收清管球前进行置换时的空气排出，并在准备取出清管球前进行置换时的乙烷排出；所述取液充压管路21通过平衡管26与乙烷强制流动管道31连接，用于在清管球到达并准备取出球体前，平衡小筒体和大筒体压力，在所述平衡管26上设置有平衡管截断阀27，手动球阀、常关，尺寸为DN25。

其中，所述乙烷强制流动系统设置于清管收球筒5上，用于在收球作业前连通清管收球筒与下游管路，保持清管收球筒内充装的乙烷强制流动，避免充装后至清管球达到的间隔期内，清管收球筒内充装完毕的乙烷因外界环境热辐射引起相变或超压，其包括用于连接正常流动管道3与清管收球筒5末端的乙烷强制流动管道31。

具体地，所述乙烷强制流动管道31从清管收球筒5的大筒体上接出，并连接正常流动管道3，管径为DN100，碳钢材质；在所述乙烷强制流动管道31上设置有强制流动第一截断阀32和强制流动第二截断阀33，所述强制流动第一截断阀32靠近清管收球筒5一侧，手动球阀，常关，在清管收球筒5置换完成后即可开启；所述强制流动第二截断阀33靠近正常流动管道3一侧，电动球阀，常关，与第一清管旁路截断阀7联锁同时开启。

其中，所述仪表监测系统用于对清管收球筒在充压、启用和介质强制流动过程中的温度、压力参数进行监测，并传输至中央控制系统。

具体地，所述仪表监测系统包括第一压力变送器41、第二压力变送器42和温度变送器43，所述第一压力变送器41设置于清管收球筒5的大筒体，用于监测大筒体的内部压力，所述第二压力变送器42设置于清管收球筒5的小筒体，用于监测小筒体的内部压力；第一压力变送器41和第二压力变送器42在正常情况下，其检测结果一致，主要用于在清管器准备从清管收球筒中取出前观测两处压力变送器是否读数一致，避免因清管球卡在清管收球筒5的过渡段并引起前后存在压差，造成打开清管收球筒5后发生事故；所述温度变送器43设置于清管收球筒5的小筒体，用于监测清管收球筒5充压过程中的温度，避免温度过低对筒体引起损伤。

由此形成了一种液态乙烷管道清管收球安全运行系统，可对液态乙烷管道清管收球的安全运行提供保障。

同时，本发明还提出一种液态乙烷管道清管收球安全运行方法，所述安全运行的方法具体为：

(1)在液态乙烷管道正常运行过程中，保持入口干线截断阀和正常流动管道截断阀开启，其余阀门均保持关闭，液态乙烷经入口干线和正常流动管道输往下游生产系统。

(2)上游准备发送清管球前，开启起始置换充压阀和置换泄放阀，从起始置换充压阀连接氮气供气源，如可移动氮气瓶，向清管收球筒内充入氮气，置换清管收球筒内存在的空气，置换时间为5分钟；随后，更换氮气源为气态乙烷供气源，如气态乙烷瓶，向清管收球筒内充入气态乙烷，通过温度变送器实施监测温度，控制气态乙烷的注入速度，置换时间为5分钟，并在置换泄放阀下游监测置换气中乙烷含量，当乙烷体积含量超过99％后，关闭置换泄放阀。

(3)进一步利用高压气态乙烷向清管收球筒内充压，通过温度变送器实施监测温度，温度不得低于-15℃，并控制气态乙烷的注入速度，当清管收球筒内压力升至1.8-2.2MPa.g后，即可停止充压。

(4)开启取液充压管路截断阀和取液充压调节阀，从正常流动管道中取液态乙烷充入清管收球筒，此时清管收球筒已经建立1.8-2.2MPa.g背压，故直接持续充压，直至清管收球筒内压力升高至不再变化，随后关闭充压管路截断阀和取液充压调节阀。

(5)开启第一清管旁路截断阀和第二清管旁路截断阀，开启强制流动第一截断阀和强制流动第二截断阀，使前段清管旁路、清管收球筒、乙烷强制流动管道中持续流动液态乙烷，避免步骤(4)中充入的液态乙烷因长期静置而受到环境热辐射影响后发生超压或相变，同时开启第三清管旁路截断阀。

(6)当上游干线上的清管指示器接收到清管球通过信号后，联锁关闭正常流动管道截断阀，联锁开启第四清管旁路截断阀，连通正常输量下的前段清管旁路、清管收球筒、后段清管旁路的流动通道。

(7)清管球到位后，关闭第一清管旁路截断阀、第二清管旁路截断阀、第三清管旁路截断阀、第四清管旁路截断阀、强制流动第一截断阀和强制流动第二截断阀，同时开启正常流动管道截断阀，恢复液态乙烷正常生产流动流程，并开启平衡管截断阀，平衡清管收球筒的各处压力。

本发明的工作原理为：

(1)在液态乙烷管道清管前，需要对清管收球筒内的空气进行完全排除，以进行乙烷的充装与导入，因此设置了起始置换充压阀和置换泄放阀，用于氮气置换。

(2)液态乙烷在运行过程中，压力一般维持在5MPa.g以上，其具有较强的绝热泄放引起低温的特点，液态乙烷直接泄放到大气中后，介质温度可达到-90℃，因此为避免清管过程中干线介质直接进入无背压的清管收球筒而引起剧烈的相变与低温，首先通过起始置换充压阀和置换泄放阀进行可移动气体乙烷对清管收球筒的气体置换，利用气态乙烷降至大气压力时温降较小的特点实现气体安全置换。同时，在置换完毕后，进一步利用高压(压力约为2MPa.g)的常温气态乙烷瓶进一步向清管收球筒充压，提高清管收球筒的压力至1.8MPa.g以上。另外，设置了取液充压管路截断阀、取液充压调节阀，在清管收球筒的背压升高后，直接从正常流动管道导入液态乙烷，虽然液态乙烷导入后发生相变，但最低温度可以控制在-15℃以上，保证清管收球筒的材料安全，且最终可将清管收球筒的压力提高至接近正常流动管道的水平。

(3)由于液态乙烷受热后极易膨胀，其热膨胀系数远大于常规油品，且清管收球筒为露空安装，加之在清管收球筒充压完毕后，距离清管球进入还需要一段较长的时间，因此，充压后的清管收球筒不可避免在夏季会受到环境热辐射的影响。为保证运行安全，设置了乙烷强制流动系统。有别于常规油品收球流程，本发明中考虑清管收球筒充压完成后，随即就开启清管旁路的阀门，并连通乙烷强制管路，相当于形成了乙烷正常流动管路和乙烷强制流动管路的并联管道系统，保证了任何时刻，清管收球筒和正常流动管路均保持介质流动状态，有效通过介质不断流动带走管道或设备上热辐射引起的热量聚集。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种液态乙烷管道清管收球安全运行系统的安全运行方法，所述液态乙烷管道清管收球安全运行系统包括乙烷输送与清管收球主系统、乙烷安全充装系统、乙烷强制流动系统和仪表监测系统；

所述乙烷输送与清管收球主系统包括连接上游液态乙烷干线的正常流动管道（3）以及清管收球管路，所述清管收球管路与清管收球筒（5）连接，所述上游液态乙烷干线与入口干线（1）连接，所述清管收球管路包括前段清管旁路（2）和后段清管旁路（4），所述前段清管旁路（2）与清管收球筒（5）连接，所述清管收球筒（5）通过后段清管旁路（4）与正常流动管道（3）连接，在所述入口干线（1）进入站内前设置有清管指示器，所述入口干线（1）分别连接前段清管旁路（2）和正常流动管道（3），在所述入口干线（1）上设置有入口干线截断阀（6），所述前段清管旁路（2）上依次设置有第一清管旁路截断阀（7）和第二清管旁路截断阀（8），在所述正常流动管道（3）上设置有正常流动管道截断阀（9），所述后段清管旁路（4）上依次设置有第三清管旁路截断阀（10）和第四清管旁路截断阀（11）；

所述乙烷强制流动系统包括用于连接正常流动管道（3）与清管收球筒（5）末端的乙烷强制流动管道（31）；

所述乙烷安全充装系统包括与清管收球筒（5）连接的置换充压单元以及用于连接正常流动管道（3）与清管收球筒（5）前端的取液充压管路（21），所述置换充压单元包括设置在清管收球筒（5）前端的起始置换充压阀（24）以及设置在清管收球筒（5）末端的置换泄放阀（25），在所述取液充压管路（21）上设置有取液充压管路截断阀（22）和取液充压调节阀（23），所述取液充压管路（21）通过平衡管（26）与乙烷强制流动管道（31）连接，在所述平衡管（26）上设置有平衡管截断阀（27），在所述乙烷强制流动管道（31）上设置有强制流动第一截断阀（32）和强制流动第二截断阀（33）；

其特征在于：所述安全运行的方法具体为：

（1）在液态乙烷管道正常运行过程中，保持入口干线截断阀（6）和正常流动管道截断阀（9）开启，其余阀门均保持关闭，液态乙烷经入口干线（1）和正常流动管道（3）输往下游生产系统；

（2）上游准备发送清管球前，开启起始置换充压阀（24）和置换泄放阀（25），从起始置换充压阀（24）连接氮气供气源，向清管收球筒（5）内充入氮气，置换清管收球筒（5）内存在的空气；随后，更换氮气源为气态乙烷供气源，向清管收球筒（5）内充入气态乙烷，通过仪表监测系统的温度变送器（43）实施监测温度，控制气态乙烷的注入速度，并在置换泄放阀（25）下游监测置换气中乙烷含量，当乙烷体积含量超过99%后，关闭置换泄放阀（25）；

（3）利用高压气态乙烷向清管收球筒（5）内充压，通过温度变送器（43）实施监测温度，温度不得低于-15℃，并控制气态乙烷的注入速度，当清管收球筒（5）内压力升至1.8-2.2MPa.g后，即可停止充压；

（4）开启取液充压管路截断阀（22）和取液充压调节阀（23），从正常流动管道（3）中取液态乙烷充入清管收球筒（5），此时清管收球筒（5）已经建立1.8-2.2MPa.g背压，故直接持续充压，直至清管收球筒（5）内压力升高至不再变化，随后关闭取液充压管路截断阀（22）和取液充压调节阀（23）；

（5）开启第一清管旁路截断阀（7）和第二清管旁路截断阀（8），开启强制流动第一截断阀（32）和强制流动第二截断阀（33），使前段清管旁路（2）、清管收球筒（5）、乙烷强制流动管道（31）中持续流动液态乙烷，同时开启第三清管旁路截断阀（10）；

（6）当上游干线上的清管指示器接收到清管球通过信号后，联锁关闭正常流动管道截断阀（9），联锁开启第四清管旁路截断阀（11），连通正常输量下的前段清管旁路（2）、清管收球筒（5）、后段清管旁路（4）的流动通道；

（7）清管球到位后，关闭第一清管旁路截断阀（7）、第二清管旁路截断阀（8）、第三清管旁路截断阀（10）、第四清管旁路截断阀（11）、强制流动第一截断阀（32）和强制流动第二截断阀（33），同时开启正常流动管道截断阀（9），恢复液态乙烷正常生产流动流程，并开启平衡管截断阀（27），平衡清管收球筒（5）的各处压力。

2.根据权利要求1所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统的安全运行方法，其特征在于：所述乙烷输送与清管收球主系统设置于干线末端，用于正常运行时提供乙烷流向下游设施的通道以及在清管时提供乙烷进入清管收球筒后再流向下游设施的通道；所述乙烷安全充装系统设置于清管收球筒（5）上，用于在液态乙烷清管球进入清管收球筒前对清管收球筒置换与建立背压；所述乙烷强制流动系统设置于清管收球筒（5）上，用于在收球作业前连通清管收球筒与下游管路，保持清管收球筒内充装的乙烷强制流动；所述仪表监测系统用于对清管收球筒在充压、启用和介质强制流动过程中的参数进行监测。

3.根据权利要求1所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统的安全运行方法，其特征在于：所述起始置换充压阀（24）用于在清管收球筒（5）准备接收清管球前进行置换与第一阶段充压，为取液充压提供初始背压，所述置换泄放阀（25）用于在清管收球筒（5）准备接收清管球前进行置换时的空气排出，并在准备取出清管球前进行置换时的乙烷排出，所述取液充压管路截断阀（22）安装于靠近正常流动管道（3）的一侧，所述取液充压调节阀（23）安装于靠近清管收球筒（5）的一侧。

4.根据权利要求3所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统的安全运行方法，其特征在于：所述清管收球筒（5）为三段式结构，包括前端的小筒体、中部的过渡段以及后端的大筒体，所述取液充压管路（21）从清管收球筒（5）的小筒体上接出，并连接正常流动管道（3），所述乙烷强制流动管道（31）从清管收球筒（5）的大筒体上接出，并连接正常流动管道（3），所述平衡管（26）用于在清管球到达并准备取出球体前，平衡小筒体和大筒体压力。

5.根据权利要求4所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统的安全运行方法，其特征在于：所述后段清管旁路（4）从清管收球筒（5）的大筒体上接出，并连接正常流动管道（3），其开口位置距离大筒体末端的切线长度不得小于常用智能清管器长度附加0.2m，用于配合前段清管旁路（2）在清管收球期间提供乙烷流向下游输送系统的通道。

6.根据权利要求1所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统的安全运行方法，其特征在于：所述强制流动第一截断阀（32）靠近清管收球筒（5）一侧，在清管收球筒（5）置换完成后即可开启，所述强制流动第二截断阀（33）靠近正常流动管道（3）一侧，与第一清管旁路截断阀（7）联锁同时开启。

7.根据权利要求4所述的液态乙烷管道清管收球安全运行系统的安全运行方法，其特征在于：所述仪表监测系统包括第一压力变送器（41）、第二压力变送器（42）和温度变送器（43），所述第一压力变送器（41）设置于清管收球筒（5）的大筒体，用于监测大筒体的内部压力，所述第二压力变送器（42）设置于清管收球筒（5）的小筒体，用于监测小筒体的内部压力，所述温度变送器（43）设置于清管收球筒（5）的小筒体，用于监测清管收球筒（5）充压过程中的温度。

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