燃气调压站安全性分析的相关探讨

摘 要:燃气调压站是燃气输配系统中的重要设施,采取必要的安全预防和防范措施是必需的。文章介绍了燃气调压站的运行参数及调压器的常见故障,分析了调压站中常用安全装置和安全系统。

关键词:调压站;安全装置;安全性

1.燃气调压站

燃气设施的运行和燃气的使用中,安全是最主要的因素。燃气调压站在城市燃气管网中是用来调节和稳定管网压力的设施。燃气调压站能否安全运行关系到下游管线用户的正常用气甚至生命财产安全。

采取必要的预防和防范措施是必需的。

燃气调压站一般由调压器.过滤器.快速安全切断阀.安全阀.测量仪表和工艺管道.阀门等组成,其主要任务是接收上游管网来气,进行过滤.调压.计量及相关参数记录,按输配管网的压力和流量进行调节和控制。

1.1 调压设备运行参数

调压设备运行主要参数有:进口压力p1,出口压力p2,关闭压力pb,放散压力pf,切断压力pq。

① 关闭压力与出口压力的关系根据调压器稳压精度和性能,其关闭压力与出口压力之间关系如下:

pb=(1.10~1.25)p2

② 关闭压力与放散压力的关系

安全放散装置可以缓解调压器关闭不严造成的泄漏问题,一般考虑超过关闭压力的10% ~20%即开始放散,即放散压力为:

pf=(1.1~1.2)pb

③ 切断压力与放散压力的关系

调压器失灵造成燃气放散,不利于环保和周围生命财产安全,且浪费能源。为防止长时间放散,一般考虑超过放散压力的10%~20%即可切断气源,即切断压力为:

pq=(1.1~1.2)pf

1.2 调压器

调压器是调压站的核心设备,它的作用是将上游较高的进口压力调节至下游所需要的较低压力,并能防止波动的进口压力及流量的干扰,保持出口压力为某一恒定值。燃气调压器是一种可靠性很高的装置,但由于燃气中可能含有水分.尘埃.碎屑以及其他沉积物,另外由于调压器皮膜破裂.部件失效.信号管堵塞等原因,调压器通常出现以下故障:

① 调压器失灵,超压供气,使燃气以进口压力(高压或中压)未经降压直接进入下游管网和用户,造成燃气表.管道和用气设备损坏,甚至产生火灾.爆炸等严重事故。

② 调压器失灵,出口压力迅速降低,或者关闭而中断供气,下游管网和用户的供气压力降低,可能在用户终端引起熄火甚至严重事故。

③ 调压器发生故障,出现供气压力波动,造成用户用气设备燃烧不完全,产生不安全因素。出现以上情况,按惯例只能采取如下处理措施:通常情况下,调压站内一路调压系统处于工作状态,另一路则处于备用状态。当调压器出现故障,造成超压放散等情况,在得到报告后,作业人员到达现场进行处理,关闭故障调压系统,开启另一路调压系统和安全放散装置使其正常工作。这种做法会给用户带来诸多不安全因素,因此其安全性极差。

在燃气供应的运行中,确保安全是首要的因素。一旦发生燃气泄漏或超压,后果不堪设想。因此,在正常运行的调压站内配备完善的安全装置十分必要,其意义在于,当发生事故时,能够做到在第一时间自动将燃气气源切断或将超压燃气排放至大气,保护下游管道和用户的安全。

2.调压站的安全装置

调压站内的安全装置用来确保调压站安全可靠运行,保护下游的设备和仪表能在规定的压力范围内正常运行。

2.1 安全阀

安全阀通常置于调压站的出口管道上。当调压器正常工作时,安全阀处于关闭状态;当调压器出现故障,造成出口压力升高,且升高至安全阀的开启压力时,安全阀自动开启,将管道中燃气排入大气,当压力下降到开启压力以下时,安全阀自动关闭。安全阀分为全流量安全阀和微流量安全阀。微流量安全阀是一种微流量放散装置,一般放散流量为管道最大流量的1%~5%,其作用为当非故障引起出口压力升高时将气体排出,以避免安全切断阀因误操作而切断导致该调压线路中断。对于这类安全问题,虽然监控器和切断阀也都可用,但是微流量安全阀更方便有效,这是因为即使是监控器和切断阀本身也会因污染物作用在关闭时泄漏。

2.2 安全切断阀

目前安全切断阀已广泛应用于各级调压站.调压箱内。根据相关设计规定,当调压器压力降大于1. 7 MPa时,必须安装安全切断阀。安全切断阀置于调压器上游管道上。调压器正常工作时,安全切断阀常开,当调压器下游管道压力升高至其设定值时,安全切断阀立即关闭,截断气流,从而可靠地避免超压。安全切断阀一旦关闭后,一般需人工复位,不能自动打开。

2.3监控器

监控器就是一台备用调压器,它可以与主调压器型号相同,也可以不同。监控器与主调压器的连接通常分为串联与并联。

① 串联式监控器

串联式监控器的工艺流程见图1。

(1.进口阀门 2.过滤器 3.监控器 4.主调压器 5.补偿器 6.出口阀门 7.全流量安全阀)

图1 串联式监控器工艺流程

主调压器与监控器串联安装,监控器通常安装在主调压器的上游。监控器的给定出口压力应略高于主调压器的出口压力,因此正常工作时监控器的调节阀全开。当主调压器发生故障,出口压力上升到监控器的给定出口压力时,监控器立即接替主调压器进入工作状态。监控器也可以放在主调压器之后,其出口压力不得低于主调压器。

② 并联式监控器

并联式监控器的工艺流程见图2。

(1.进口阀门 2.过滤器 3.安全切断阀 4.主调压器 5.补偿器 6.出口阀门 7.全流量安全阀8.监控器)

图2 并联式监控器工艺流程

主调压器与监控器并联安装,正常运行时主调压器工作,监控器备用。当主调压器发生故障时,监控器自动启动,投入工作。主调压器的给定出口压力应略高于监控器的给定出口压力,因此正常工作时,监控器呈关闭状态。当主调压器发生故障,使出口压力增加到超过允许范围时,该调压路上的安全切断阀关闭,致使出口压力降低,当出口压力下降到监控器的给定出口压力时,监控器自动启动,进入工作状态。备用路上安全切断阀的切断压力应略高于主调压路上安全切断阀的切断压力。

③ 内装式监控器

监控器直接安装在主调压器的阀体上,即两台调压器共用一只阀体。

2.4 多功能调压器

有些调压器是多功能的产品,除调压功能外还配备安全阀或超压切断阀。这类一体化的调压器有结构紧凑的优点,但成本较高且调节范围受到一定的制约,应根据实际情况选用。

3.具有安全装置的安全系统

由于引起管道超压的原因可能多种多样,因此,对于调压站,应采用组合型的由不同安全装置组成的安全系统。安全装置的选择应遵循在任何情况下都不使压力超过限定值的原则。常用的安全系统有如下3种。

3.1 较简单的安全系统

较简单的安全系统为调压器+安全阀,其工艺流程见图3。

(1.进口阀门 2.过滤器 3.调压器 4.补偿器 5.出口阀门 6.全流量安全阀)

图3 较简单 的安全系统

这种1开1备的安全系统在调压站中是最简单.最基本的装置。其适用于出口压力较低.流量较小.调压器出现问题时影响小并定期有运行人员巡检的情况。其优点是调压流程相对简单,两条调压路可靠性比较有保障。其缺点主要是只能使用安全阀进行泄压。

全流量安全阀可在调压器出现故障时将整个系统中的气体排入大气中。这种运行方式是最传统最普通的超压保护方法,具有安全可靠且投资经济的特点,但其排入大气的气体会造成污染,产生温室效应,特别是在人口密集的住宅区会产生危险,另外排入大气的燃气也会造成能源浪费。鉴于上述原因,此系统不是理想的超压保护方法。

3.2 较经济的安全系统

较经济的安全系统为监控调压器+安全阀,其工艺流程见图1.2。

在主调压器发生故障时,监控器代替其进行调压,因此监控器实际上具有备用调压器的作用。这种系统相对于单台调压器,适用的场所比较广泛,节省占地和造价,只要监控系统正常或运行人员定期巡检,发现问题及时解决,就可以保证下游用户的供气安全和可靠性。目前中压以上调压站常采用此安全系统。

3.3 较安全的安全系统

① 工艺概述

较安全的安全系统为监控调压器+安全切断阀+安全阀,其工艺流程见图4。

(1.进口阀门 2.过滤器 3.安全切断阀 4.监控器 5.主调压器 6.补偿器 7.出口阀门

8.全流量安全阀)

图4 较安全的安全系统工艺流程

这种安全系统相对复杂,造价较高,但供气安全可靠性更高,适用于压力较高.流量较大的场所.重要用户和重要场所。目前次高压以上的调压站基本采用此安全系统。

图4中,两条支路并联组成了燃气调压自动切换装置,每条支路均安装有进口阀门.过滤器.安全切断阀.主调压器与监控器.补偿器及出口阀门。如果不考虑两条支路相互之间的作用和联系,每条支路都可以单独正常供气。需要说明的是,若仅单条调压路使用,这种安全装置会存在缺陷,当安全切断阀作用时则该条调压路停止供气,若不及时恢复(需人工恢复)就会影响用户用气。在恢复供气时,需确认所有用户的阀门应处于关闭状态,否则有很大危险。鉴于上述原因,为保证下游的不间断正常供气,通常采用两路具有自动切换功能的调压路。

② 自动切换装置功能

a.其中任何一条支路都可以起到切断阀和安全阀并用的双重安全作用。

b.两路系统可自动切换,不需要人工操作。当某一支路发生故障,另一支路仍可正常供气,以便有充足的时间维修设备。

③ 自动切换装置原理

燃气调压自动切换装置工作原理的关键在于自动切换。它靠两条支路中的调压器出口设定压力的不同.两个安全切断阀的切断压力不同而实现。调压站的出口压力由安全切断阀和安全阀进行控制。安全切断阀控制压力的上限和下限,安全阀只控制压力的上限。安全阀的放散压力应比安全切断阀的切断压力低。

在图4中,假设我们选择上面的支路为常用支路,则下面一条支路为备用支路。正常供气时常用支路工作,备用支路处于准工作状态(进口阀门和出口阀门处于开启状态,安全切断阀处于开启状态,调压器处于关闭状态)。当常用支路调压器出现故障,燃气通过安全阀已进行放散,但出口压力仍继续升高,这样的情况就是事故。此时安全切断阀动作,关闭调压器前的燃气管道,常用支路停止工作。此时出口压力下降,随即备用支路调压器自动启动以保障正常供气。当燃气管道发生事故而出口压力过低时,安全切断阀也能自动关断。此时应及时检修常用支路,以便保证不间断供气。

自动切换装置各设备的设定压力应遵循下列条件:

pqs>pq>pf>p2>p2s

式中 pqs——备用支路切断压力

pq——常用支路切断压力

pf——放散压力

p2——常用支路调压器的出口压力

p2s——备用支路调压器的出口压力

为保证装置能够正确无误地工作,装置上各个设备的压力设定非常重要。

自动切换装置对设备的要求

自动切换装置要实现连续不断供气.不超压供气,主要的技术关键在于安全切断阀.调压器.安全阀的技术性能。

安全切断阀的灵敏度将直接关系到自动切换的性能,至关重要。若安全切断阀不能及时切断,则可能造成切换装置不切换甚至超压供气,这很危险。另外,安全切断阀必须有明显的标志,使操作者能及时发现切断阀硬件切断,以便及时查明故障产生的原因,修复常用支路,避免后患。

调压器的调压要求应该比较高。自动切换装置两条支路供气压力不同,这个差别已经加大了供气压力的误差,若调压器的精度较差,势必造成供气压力波动较大。调压器喘动和关闭压力超标绝不允许。

安全阀的性能应该良好。及时排气减压是自动切换必不可少的环节,如果安全阀不能正常工作,自动切换装置就会频繁切换,给自动切换装置的维护管理造成很大麻烦。

并联同时运行

燃气调压自动切换装置是保障安全.正常供气的重要设备,它除了有正常的自动切换功能外,还有一项重要功能,即当一路(常用支路)供气不能满足用户需要时,由于出口压力降低,另一路(备用支路)会自动启动,两条调压路同时运行。

4.结语

燃气调压站是燃气输配系统的重要设施,调压站的安全运行是燃气输配系统正常生产的关键所在。燃气调压站在设置时必须严格遵守国家规范标准,在调压站内设置必需的安全装置,并进行良好的维护和保养,以保证调压站的正常运行。

燃气调压站是燃气输配管网中的重要环节,因此调压站安全装置的选择,将直接影响燃气管网的经济效益和社会效益,合理选择安全装置是保证燃气管网安全可靠运行的重要手段之一。

参考文献:

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