输气站场调压橇安全切断阀ESD信号变更探讨

2022-09-10

引言

在长输管道输气站场中, 由于上下游用户压力系统一般并不相同, 为确保下游用户安全、稳定的用气, 输气站场分输流程均设置调压装置。调压装置除正确配置压力控制设备之外, 还要保证当出现事故时, 下游管道系统不超压, 并进行快速安全切断。

福建LNG输气干线工程管道水平长度约361km, 设计规模77.18×108m3/a, 设计压力7.5MPa, 全线共设置12座输气站场和20座阀室, 项目于2004年12月获国家发改委核准, 2005年4月开工, 2008年4月成功接卸第一船LNG用于调试, 并于2009年2月顺利进入商业运营, 目前大部分输气站场均已达到或接近设计输量。为确保工程安全及正常生产运行, 本文对该工程调压橇的配置进行系统分析, 综合输气站场ESD系统设置情况, 提出了变更安全切断阀ESD信号方案, 并对有关问题进行了探讨。

一、福建LNG输气干线工程调压橇配置

输气站场调压装置一般为了方面运输、施工, 多采用橇装方式。常用的调压橇为串联监控, 一般包括:安全切断阀、监控调压器、调节阀、专用压力流量控制器、压力变送器、压力表及相关设备、大小头、管路附件等。

1. 常见输气站场调压橇配置

目前国内长输管道工程比较常用的配置形式为:每一回路安装1台安全切断设备和1台附加的压力调节控制设备, 即“安全切断SSV+监控调压PCV+工作调压PV”组合:

安全切断阀、监控调压阀、工作调节阀为相互独立的设备, 按照从上游至下游的顺序, 串联在一起组成的安全、监控式控制系统。此种配置方式的工作模式为:当工作调压阀失效时, 监控调压阀自动开始工作, 继续向下游供气, 当监控阀也失效时, 紧急关断阀检测到超压后自动关闭。该组合方式站场连续、稳定供气的能力最高, 是所有调压系统组合中最安全的方式。重要的站场, 包括长输管线分输站、城市门站及一切重要调压站常采用此种形式。

2. 福建LNG输气干线工程调压橇配置

福建LNG输气干线工程调压橇由安全切断阀 (Fisher公司OSE系列) 、监控调压阀 (Fisher公司ET系列) 、工作调压阀 (Tartarini公司FL系列) 、调压控制器 (MODICON的140型PLC) 组成。每个分输站场分别设置2台调压器 (一用一备) , 完成橇内所有控制。安全切断阀和工作调压阀均采用自力式阀门, 监控调压阀为电动调节阀。正常状态下由工作调压阀完成调压控制, 监控调压阀常开;在流量超限时, 调压控制器控制监控调压阀投入限流调节;当工作调压阀或监控调节阀故障不能控制下游压力时, 安全切断阀自动关断。

该工程调压橇配置与常见调压橇配置有所不同, 主要考虑到该工程有三个站场直供电厂用户, 最大流量、最小流量的流量比非常宽, 最高的流量比达80∶1, 如果用电动调节阀作为工作调压阀, 很难选到合适的电动调节阀, 而自力式调压器的主要优点是流量范围非常宽。根据工况分析的需求, 将电动调节阀和自力式工作调压阀的位置进行了调换。

二、调压橇安全切断阀存在问题

根据《输气管道工程设计规范》福建LNG输气干线工程输气站场设置了ESD紧急关闭系统, 站内ESD系统分为两级:一级ESD, 进出站紧急关断阀和调压橇安全切断阀关闭, 全站紧急放空阀放空;二级ESD, 进出站紧急关断阀和调压橇安全切断阀关闭。因此该工程输气站场调压橇安全切断阀有两种切断信号, 一是下游压力超压时的机械关断, 二是收到站场ESD紧急关闭系统的ESD信号后的远程关断。

该工程安全切断阀的ESD信号关断是由阀体自带的两位三通电磁阀来实现 (工作原理见下图) 。该工程安全切断阀所配电磁阀型号为ASCO EMB262B214, 工程投产后多次出现由于该电磁阀渗漏导致SSV阀错误关断现象, 虽经过维修及更换渗漏问题仍难以彻底解决。由于该工程输气站场下游用户基本达到设计输量, 且部分站场直供大型燃气电厂, 如果安全切断阀一旦切断, 将严重影响下游用户安全。

三、安全切断阀ESD信号变更

由以上分析将电磁阀信号断路处理后, 仅会对安全切断阀的ESD远程紧急关断功能丧失, 安全切断阀本身的压力超压时的机械关断并不受影响。因此, 该ESD信号如何处理称为解决问题的关键因素。

ESD信号只有输气站场出现紧急事故才被触发, 触发后站场进出口阀门紧急关断同事该调压橇安全切断阀也迅速关断, 将全站管道内气体隔离成高压 (Class600等级) 、低压两部分 (Class300等级) 。如果安全切断阀的紧急关断功能丧失, 则会导致切断阀前高压气体窜入低压管道系统, 导致低压管道系统短暂超压。但短暂超压后安全切断阀本身的超压关断功能将启动, 阻止下游低压管道系统超压工况继续发生。

鉴于ESD系统关断是在紧急事故工况下发生的, 此时低压系统的短暂超压, 会增加紧急停车工况下的安全隐患。为确保工程本质安全, 该ESD关断功能仍需保留。在此种情况下, 结合现场实际情况, 紧靠调压橇前的关断球阀均为电动远控球阀, 经过执行机构及信号接入的改造变更, 同样可以实现紧急关断功能。改造需调压橇前关断球阀远控信号接入ESD系统, 对ESD逻辑进行变更, 同时需将球阀供电接入UPS供电系统, 确保事故工况下球阀仍能紧急关断。

摘要：调压橇安全切断阀是保证输气管道站场安全调压的重要设备, 本文结合福建LNG输气管道工程实例分析了安全切断阀ESD信号设置的必要性, 同时针对安全切断阀本身不可靠的工况下给出了可行的变更方案, 确保该工程的正常生产运行。

关键词：输气站场,调压橇,安全切断阀,ESD信号变更