浅谈长输管道站场改扩建工程设计

摘要：对于长输管道站场新增分输支路改扩建工程设计而言，新增支路设计须满足项目业主输送任务需求。本文就新增支路设计必须与原站场相关系统的兼容问题，新增支路加热设备选用分析，新增支路流量计适应分析以及压力控制系统选型问题进行简要分析。

关键词：新增支路，工艺管道设计，加热设备选用，超声波流量计、压力控制系统

中图分类号：TU2 文献标识码： A

一、前言

随着社会经济的不断繁荣和发展，长输管道沿线城市用气市场也在快速发展，原站场已建分输支路输量已不能满足下游用户的用气需求。目标城市项目业主根据市场需求，向长输管道运行单位提出申请，当其获得新增开口批复及分输气量指标后，项目业主可向有设计资质单位进行委托，则分输站场改扩建工程的设计工作便提上日程。

新增支路改扩建工程设计往往涉及各方面的沟通与协调，最主要的是项目业主、长输管道运行单位、项目业主的目标市场用户之间的关系。设计方需通过与各相关单位沟通，了解各方的不同需求后确定新增支路改扩建的工艺设计方案，最终实现项目业主的输送任务目标及长输管道运行单位的管理目标。

二、设计前提分析

项目业主向长输管道运行单位申请获得开口批复及分输气量指标后，新增支路改扩建工程开始启动。在此前提条件下，设计人员考虑改扩建工程相关的各种影响因素，各种因素的综合影响决定了该项目工艺方案的最终确定，下面就主要影响因素进行分析。

1、已建站场分析

从已完成的多数改扩建工程设计项目来看，项目业主获得的开口批复及分输气量指标通常是由长输管道运行单位销售部门提供的，而销售部门对现场站场供应能力未必能够准确掌握，另外长输管道运行单位的分输指标也往往是采用每年批复的方式批给项目业主，针对此类情况，设计者应该对长输管道已建站场情况进行现场调研摸底，分析已建站场是否满足当前分输提气要求以及今后增加分输量的可能。对于可能不满足的情况，设计者应该提前向长输管道运行部门提出预警，若通过调度能满足分输指标，方能确定工艺方案；为准确掌握现场情况，设计者应该知悉已建站场概况，如长输管道全线输气量近期及远期分配情况、改造站场分输支路现状、改造站场分输工况参数（若已建站场分输压力过高，分输支路进出压力降大于1.5MPa时，对于新建分输支路需考虑采取补热措施[3]）和将来的分输规划等。此外应该熟悉已建站场的工艺设备区编号规则，便于改造支路与原设计风格相统一；还应查询本次改造相关设备的参数，以便进行能力校核（比如已建过滤器的流通能力校核）。

2、项目业主用气市场分析

当接受项目业主委托后，原则上项目业主应该提供关于用气市场的调研报告，供设计单位的设计者判断项目业主的用气市场构成，以便妥善考虑工艺方案。一般情况下，对于长输管道分输站场，仅需满足下游用户的月高峰流量配气需求（即月高峰平均小时流量）。若项目业主的下游市场月高峰平均小时流量高于长输管道分输站供应数值时，长输管道运行单位需要采取限流限供措施，以确保长输管道水力系统的稳定性。针对此情况，项目业主必须要调整用气构成，从而确保证月高峰量的供给，或自建应急气源站来解决月调峰问题。就常规而言，项目业主的用气市场在初期往往不会出现供给问题，但随着市场的发展，供需问题即会凸显出来，因此对于项目业主用气市场发展趋势的分析，对于业主提前准备解决供应不足问题具有重要的指导意义。

二、设计过程分析

1、工艺管道设计分析

工艺管道设计主要是管径、壁厚和材质的选择。新增分输支路工艺管道管径设计应该根据业主的近期及远期输量综合考虑，管径主要依据是前述确定的高峰月平均小时流量，要求未经过滤器的管道内气体流速不宜超过12m/s，过滤后的气体流速不宜超过15m/s。对于已建站场，为方便原站场运行管理，新建支路的管道材质及壁厚均按原站场已有同类管道选取，以便利用已有库存及将来维护检修方便。

2、加热设备选用分析

当已建站场分输压力较高，分输支路进出压降大于1.5MPa时，为避免焦耳-汤姆逊效应，设计者需要考虑分输支路的气体补热措施。通常，应该根据气体加热负荷来确定加热器的类型、数量和容量。而针对间断加热的站场一般不考虑备用加热器或容量。常用的加热设备主要有电加热器、水套加热炉和真空相变加热炉。

针对有稳定外电依托及其功率不超过200KW加热负荷时，宜采用电加热器[1]。通过电加热器厂家获悉。实际上不超过400KW的电加热器都可以生产。电加热器设备使用要求安全间距较小，操作灵活，设备适应性好，但电力运行成功高，是否选用电加热器，设计者需要经技术经济性比比较分析后方能确定。 若站场需要的加热负荷过大，超过电加热器适用范围时，则应相应的选择水套加热炉或真空相变加热炉。水套炉适应负荷在1000KW以内，单台负荷建议不超过630KW[2]；当站场总负荷在1000～3000KW时[2]，建议选用真空相变加热炉。

3、流量计适应性分析

由于长输站场输量大，压力高，计量精度要求高，通常选用超声波流量计，流量计设置应该综合考虑项目业主的用气发展。根据中石油系统要求，对于贸易交接的流量计口径不超过16″[3]。常用超声波流量计厂家有Sick_Maihak、Daniel、Elster等，以下就超声波流量计应用适应性进行分析。

长输管道设计中，长输管道运行单位要求管道内气体流速不宜超过15m/s，这决定了管道内流量的范围，流量计厂家所标识的最大流量范围是用不完的。设计者在流量计的出厂流量范围内选择使用时，需更关心的是流量下限的问题。流量计的下限流量关系到管道运行单位运行过程中是否出现计量偏差的问题，且该问题在项目业主下游市场用气初期常常遇到。通过与常用进口品牌流量计厂家沟通，针对流量计低流量情况，厂家要求气体流速不宜小于3m/s，否则不能保证贸易交接要求的0.5级精度。综上所述，不论输量或者压力、温度工况如何变化，流量计的合适流量范围实际是在规定管径下3～15m/s气体流速之间的流量。

具体算例如下：若业主委托输量0.5～1.5 x108 Nm3/h，现场压力工况4.0～6.0MPa，在3～15m/s气体流速范围内：初选DN100口径的流量计，在4.0MPa的压力工况下小时输量应不低于3960 Nm3/h，合0.33 x108 Nm3/a；近期可适应的最大小时输量约为19166 Nm3/h，合1.61x108 Nm3/a；若按照远期压力提升至6.0MPa，该口径的流量计小时输量不应低于6050 Nm3/h，合0.51 x108 Nm3/a，远期可适应的最大小时输量约为30000 Nm3/h，合2.53 x108 Nm3/a。通过边界条件限定综合考虑，说明DN100口径流量计选型满足要求。

以上算例所选的流量计是在确定压力工况下，所选择口径满足近期及远期输量；若近期输量过小，而远期输量过大时，计量选型则应以满足近期输量为主，并考虑远期更换流量计的设计方案，当前的计量方案应该为远期改造方案预留出改造空间。

4、压力控制系统适应性分析

长输管道站场设计压力通常为10MPa，分输到下游用户的管道设计压力为4MPa，两个压力系统之间需设置压力控制系统。常见压力控制系统组合及适用情形分析如下：

“双安全紧急截断阀+电动调压阀” [2]组合的压力控制系统适用在项目业主下游为长输管道和城市管网用气，在有稳定外电保障的情况下；“双安全紧急截断阀+可控自力式调压阀” [2]组合的压力控制系统与前述组合应用工况相同，但适用在电力条件不稳定的情况下；“安全紧急截断阀+自力式监控调压阀+电动调压阀” [2]组合的压力控制系统针对特定的工业用户供气，需要提供两级安全保护的站场；“双安全紧急截断阀+自力式调压阀” [2]组合的压力控制系统针对小型用户、下游管容小（比如背靠站场，对方设有减压系统）、需要提供两级安全保护的站场；“安全紧急截断阀+调压阀”[2]组合的压力控制系统适用于仅需要提供一级安全保护的站场 ，具体调压阀类型需要根据电力依托条件选用。

中石油系统内早期管道工程如陕京天然气管道，由于采用德国标准《入口压力4～100bar（含100bar）燃气调压装置设计与安装》DVGW G491[3]，应用“双安全紧急截断阀+电动调压阀”组合的压力控制系统较多，后期的管道工程中，结合国内实际应用情况，“安全紧急截断阀+自力式监控调压阀+电动调压阀”组合的压力控制系统应用较多。就具体改扩建工程而言，需要根据原站场已设置压力控制系统选择分输支路的压力控制系统，以确保与原站场风格统一，方便管道运行单位管理。

三、结论

通过对长输管道改扩建工程设计工作的学习和总结，简要分析了此类工程设计中的工作思路和方法，统一考虑工作的优先开展步骤，并确定长输管道改扩建工程设计的重点和难点，以更好的开展和出色的完成设计工作，为我国天然气的应用和推广做出应有的贡献。

参考文献

[1]Q/SY JS0122-2012.陕京输气管道站场工艺技术要求[S].

[2]CDP-G-NGP-OP-015-2013-1.输气站场工艺及自控技术规定[S].

[3]GB 50251-2003. 输气管道工程设计规范[S].