[油气储运]天然气输气站场工艺设备管理

本文发表于《中国化工贸易·中旬刊》 2020年7期

黄新刚 张皓翔

摘 要：输气站场工艺设备是天然气的主要运输方式之一。在生产中担负着重要的输送任务，一旦发生失效，将给国家和人民群众造成重大损失。为了保证输气站场的安全运行，保护人民的生命财产安全，我们必须重點对其中一些工艺设备进行分析和安全性研究。对于输气站场工艺设备来说，工程实际和安装维修不便导致事故后果更为严重，所以输气站场工艺设备管理分析方法指导在我国也逐步引起关注。鉴于此，本文主要对输气站场工艺设备管理进行了分析研究。

关键词：输气站场;工艺设备;管理

输气站场是通过将一定的设备和管件相互连接成输气系统的，其工艺设备是在整个输气系统输送方案设计的基础上进行的。输气站场的工艺设备流程是站内的设备的布置方案，通过输气站的设备及相应的流程，就可以完成输气站承担的各种生产任务。

1 安全阀管理

安全阀（Safety Valve）是一种泄压保护性设备，属于安全泄压装置之一。安全泄压装置的主要作用是防止压力容器、锅炉和管道等受压设备因火灾、操作故障或停水、停电造成压力设备超过其设计压力而发生爆炸事故。当设备内介质的压力达到预定值时，安全泄压装置立即动作，泄放出压力介质。一旦压力恢复正常，它即自行关闭，以保证设备的正常运行。石油、化工企业常用的安全泄压装置有阀型（安全阀）断裂型（爆破片）和熔化型（易熔塞）等。而石油、化工装置常用的安全泄压装置一般均需用安全阀或爆破片，或这两种类型的组合，但常压设备则选用呼吸阀。

安全阀是一种由进口压力开启的自动阀门，它不借助于任何外力而是利用介质本身压力来排除一定数量的流体，以防止容器或系统内的压力超过预定的压力安全值。当压力恢复正常后，阀门再自行关闭，并阻止介质继续流出。

当系统压力超过最高允许操作压力时，安全阀将进行排气泄放以降低系统压力，从而保证系统的安全。安全阀开启时，气体直接排放到大气或排放到与安全阀不相连的放空管称为开式系统。安全阀开启时，气体通过直接与安全阀相连接的排气管道排放至远地的系统称为闭式系统。

无论是开式安全阀放空系统，还是闭式安全阀放空系统，系统中均存在静力载荷作用，例如自重、热位移等，同时也存在动力载荷的作用，例如由于气体排放引起对管道系统的冲击、振动等。因此，安全阀放空系统应力分析既包括了静力分析也有动力分析，其主要分析过程与任务如下：①计算安全阀排气反作用力，为管道静力和动力分析提供输入载荷;②进行安全阀排气系统静力分析，校核管口法兰受力，为支吊架设计提供依据;③生成动态响应谱，为动态分析提供载荷谱;④进行安全阀排气系统动力分析，为支架设计提供依据。

进行安全阀放空管道应力分析的主要目的是指导支架设计，安全阀放空管道支架设计包括：开式排放系统管道支架和闭式排放系统管道支架设计。所谓支架设计，实际上是根据各种已有的支架型式，依据计算的各点所受的力和力矩，闭式排放管道系统还包括位移，正确选取合适的支架。选取支架的基本原则是：所选取的支架允许应力、位移、弯矩等，必须大于实际所受的力和弯矩等。

安全阀开式放空系统管道支架设计主要包括出口管和放空管支架设计两个部分。出口管道一般采用支撑支架;放空管道的支架要求应能承受泄放时的反作用力和产生的力矩，通常在安全阀放空管道上靠近最上面排放口处设置固定支架，同时为了防止安全阀出口产生过大的横向冲击力，在固定支架下面的垂直管道上，每隔6～8m设置导向支架。

安全阀闭式放空系统应力分析考虑了二次应力的影响，它与开式系统的支架设计有所不同。通常，根据应力分析结果，固定点处位移向上，如果采用开式系统管道固定支架形式，则该处在正常稳定排放时支点与固定支架会脱空，因此，需在该处设置弹簧承重支架，根据计算获得支架承受的最大载荷和该点管道最大的垂直位移来选择弹簧。

在安全阀放空管道系统应力分析与支吊架设计中，应注意如下几个方面：①安全阀的出口管道应设置支撑，以防泄压的过大弯矩造成管道应力值超过许用范围，支撑方法应根据安全阀所在设备或管道附属构架的具体情况而定;②安全阀出口管和火炬总管要防止由于温度急剧变化或温度不均匀产生的应力，管道应有一定柔性;③安全阀排放时出口管道产生的热应力、机械应力和排出反作用力引起入口管道应力，此应力传递到安全阀、入口管道、固定管嘴和相连的容器壁上，应对其出口管道进行适当的支撑或增加柔性，确定弯头和支架的位置，以克服安全阀与设备管口根部的弯矩和剪力、出口管自重、振动的热胀等力的作用，但不能对出口管道强制性定位;④对于可能用蒸汽吹扫的泄压管道，应考虑由于蒸汽吹扫产生的热膨胀;⑤气体或蒸汽由安全阀出口排入大气时，在出口管中心线上产生与流向相反的作用力称为安全阀的反作用力。管道布置时应考虑由于泄压排放引起的反作用力，合理设置支架。

2 离心式压缩机管理

2.1 状态监测

状态监测是实现压缩机组数据积累及其他智能化管理功能的基础。充分利用布置在压缩机及其周边设备上的传感器和数据采集系统，并加装有线和无线传感器网络，确保设备监测点完整到位，并通过24h全天候在线监测，确保监测数据完整。另外，以全方位感知、全生命周期管理为核心，将机组本体信息和机组运行信息有效结合起来，实现全生命周期监测，实现压缩机组全生（下转第15页）（上接第13页）命周期的智能化管理。

2.2 智能预警

2.2.1 运行异常预警

设备状态异常变化的实时捕捉，是发现设备缺陷和隐患第一步。基于压缩机组监测数据，通过深度学习、建模与参数优化等人工智能方法，建立单一测点、同类多测点以及多类组合测点的异常智能预警模型，实时捕捉早期状态异常变化情况并及时预警，并对运行异常过程进行实时跟踪，智能判别劣化拐点。

2.2.2 动态阂值报警

目前压缩机组报警阂值（高报、低报等）多基于厂家推荐或经验设定，且都是固定值，受人为因素的影响较大，且不考虑机组实际运行状态。因此，通过利用机群大数据，并充分考虑设备的共性与个性，研究基于大数据机器学习的多维参数压缩机组智能动态阂值报警技术，动态确定预警的偏差阂值和严重度，减少虚报警和漏报警，实现压缩机组报警快速、准确。

2.3 故障智能诊断

故障诊断与预警是保障压缩机安全高效运行的重要技术手段，但传统的基于傅里叶变换分析的故障诊断技术主要用于对单一机械故障的诊断，而对多源异构参数、多故障综合诊断效果欠佳。随着人工智能技术的发展成熟，压缩机组多源参数故障智能诊断技术研究时机趋于成熟。压缩机组智能故障诊断，首先应基于压缩机组振动、工艺、热力性能等一体化监测数据，结合机组历史运维数据，从机理、数据两个角度研究压缩机组典型故障与多源数据之间的关联规则，挖掘故障与数据之间的潜在关系，建立故障模型，实现压缩机组故障智能诊断。

2.4 运行状态评估

离心压缩机组特别是燃驱机组结构复杂，运行时间长且工况多变，运行状态难以确定，导致无法采取科学的维修维护策略，如果压缩机发生故障停机，会给公司和用户造成巨大的经济损失。因此，压缩机组运行状态评价十分必要且迫切，但一直以来都没有很好的解决。随着工业大数据的发展和深入应用，使得从系统层面分析压缩机组运行状态影响因素及其关联影响关系，进而对运行状态评估成为可能。这种数据驱动的运行状态评价方法，从机组工作原理、故障机理及监测数据出发，综合分析运行状态影响因素及关联关系，建立能够全面反映设备运行状态的指标评估体系。

3 结语

随着新技术的成熟，天然气输气站场工艺设备管理将快速向智慧管理迈进。安全阀和压缩机作为天然气输气站场工艺设备的关键装备，其智能化管理水平一定程度上反映了管理的水平。本文将安全阀管理及离心式压缩机管理进行了探讨，从而提高天然气输气站场工艺设备的科学性、客观性和实时性。

参考文献：

[1]田淑蔚.论天然气输气站场工艺设备安全管理的重要性[J].安全管理，2014.

[2]赵冬梅.天然气输气站场管理中常见的安全事故及防范措施[J].安全事故，2015.

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2021/06/25