天然氣長輸管道基礎(chǔ)知識匯編
隨著我國天然氣勘探開發(fā)力度的加大以及人民群眾日益提高的物質(zhì)和環(huán)保需要，近年來天然氣長輸管道的發(fā)展十分迅速。隨著管道的不斷延伸，管道企業(yè)所擔(dān)負(fù)的社會責(zé)任、政治責(zé)任和經(jīng)濟(jì)責(zé)任也越來越大。因此，對于天然氣長輸管道知識普及顯得尤為重要。輸氣管道工程是指用管道輸送天然氣和煤氣的工程，一般包括輸氣線路、輸氣站、管道穿（跨）越及輔助生產(chǎn)設(shè)施等工程內(nèi)容。
線路工程分為輸氣干線與輸氣支線。輸氣干線是由輸氣首站到輸氣末站間的主運行管線；輸氣支線是向輸氣干線輸入或由輸氣干線輸出管輸氣體的管線。線路截斷閥室屬于線路工程的一部分，主要設(shè)備包括清管三通、線路截斷球閥、上下游放空旁通流程、放空立管等，功能是在極端工況或線路檢修時，對線路進(jìn)行分段截斷。閥室設(shè)置依據(jù)線路所通過的地區(qū)等級不同，進(jìn)行不同間距設(shè)置。閥室系統(tǒng)包括手動閥室和RTU閥室兩大類。手動閥室實現(xiàn)超壓、低壓、壓降速率檢測自動關(guān)斷及閥室內(nèi)工藝過程參數(shù)的就地指示，主要就地測控參數(shù)是：管線溫度顯示，緊急關(guān)斷閥前、后壓力顯示。RTU系統(tǒng)實現(xiàn)閥室內(nèi)工藝過程的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、管理和對可燃?xì)怏w泄漏進(jìn)行監(jiān)測報警。1）數(shù)據(jù)采集與傳輸功能：采集閥室內(nèi)工藝運行參數(shù)，將其傳輸至控制中心系統(tǒng)。2）控制功能：執(zhí)行控制中心下發(fā)的指令；整個閥室的啟動、停止控制；線路氣液聯(lián)動閥門遠(yuǎn)控及就地手動控制。3）其它功能：自診斷自恢復(fù)；經(jīng)通信接口與第三方的系統(tǒng)或智能設(shè)備交換信息。輸氣站是輸氣管道工程中各類工藝站場的總稱。一般包括輸氣首站、輸氣末站、壓氣站、氣體接收站、氣體分輸站、清管站等站場。
輸氣站是輸氣管道系統(tǒng)的重要組成部分，主要功能包括調(diào)壓、過濾、計量、清管、增壓和冷卻等。其中調(diào)壓的目的是保證輸入、輸出的氣體具有所需的壓力和流量；過濾的目的是為了脫除天然氣中固體雜質(zhì)，避免增大輸氣阻力、磨損儀表設(shè)備、污染環(huán)境等；計量是氣體銷售、業(yè)務(wù)交接必不可少的，同時它也是對整個管道進(jìn)行自動控制的依據(jù)；清管的目的在于清除輸氣管道內(nèi)的雜物、積污，提高管道輸送效率，減少摩阻損失和管道內(nèi)壁腐蝕，延長管道使用壽命；增壓的目的是為天然氣提供一定的壓能；而冷卻是使由于增壓升高的氣體溫度降低下來，保證氣體的輸送效率。根據(jù)輸氣站所處的位置不同，各自的作用也有所差異。首站就是輸氣管道的起點站。輸氣首站一般在氣田附近，川氣東送管道的首站就緊鄰普光氣田。——接收天然氣凈化廠來氣，進(jìn)行在線氣質(zhì)分析、色譜分析；——對過濾分離后的天然氣進(jìn)行計量、在線標(biāo)定；——計量后的天然氣經(jīng)旁通管路或者增壓后送入下游站場；——站場數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。末站就是輸氣管道的終點站。氣體通過末站，供應(yīng)給用戶。因此末站具有調(diào)壓、過濾、計量、清管器接受等功能。此外，為了解決管道輸送和用戶用氣不平衡問題，還設(shè)有調(diào)峰設(shè)施，如地下儲氣庫、儲氣罐等。川氣東送管道設(shè)有專線、支線末站共六個，分別是：達(dá)化末站、川維末站、九江末站、揚(yáng)子石化末站、南京末站、金陵末站；主干線末站一個，為上海末站。——站場數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。清管站是具有清管器收發(fā)、天然氣分離設(shè)備設(shè)施及清管作業(yè)功能的工藝站場。川氣東送管道沿線共設(shè)單純清管功能的站場2座，分別設(shè)置在黃金、野三關(guān)，定期對管道進(jìn)行分段清管作業(yè)。——站場數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。壓氣站是在輸氣管道沿線，用壓縮機(jī)對管輸氣體增壓而設(shè)置的站。川氣東送管道共設(shè)置三個壓氣站，分別是普光首站、利川壓氣站、潛江壓氣站。——接收凈化廠來氣，進(jìn)行在線氣質(zhì)分析、色譜分析；——對過濾分離后的天然氣進(jìn)行計量、在線標(biāo)定；——計量后的天然氣經(jīng)旁通管路或者增壓后送入下游站場；——站場數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。在輸氣管道沿線，為分輸氣體至用戶而設(shè)置的站，一般具有分離、調(diào)壓、計量、清管等功能。在輸氣管道沿線，為接受輸氣支線來氣而設(shè)置的站，一般具有分離、調(diào)壓、計量、清管等功能。隨著電子計算機(jī)、儀表自動化技術(shù)、通信技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展，目前已廣泛采用“監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition,簡稱SCADA系統(tǒng)）”來完成對天然氣管道輸送的自動監(jiān)控和自動保護(hù)，并已成為管道自動控制系統(tǒng)的基本模式。川氣東送管道工程自動控制系統(tǒng)就采用了以計算機(jī)為核心的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集（下文簡稱SCADA）系統(tǒng)。
正常情況下調(diào)度控制中心負(fù)責(zé)全線自動化控制和調(diào)度管理，在調(diào)度控制中心故障或發(fā)生戰(zhàn)爭、自然災(zāi)害等情況下后備控制中心接管全線SCADA系統(tǒng)監(jiān)控。管道SCADA系統(tǒng)對各站實施遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、安全保護(hù)和統(tǒng)一調(diào)度管理。調(diào)度控制中心可向各站控系統(tǒng)發(fā)出調(diào)度指令，由站控系統(tǒng)完成控制功能；調(diào)度控制中心通過通信系統(tǒng)實現(xiàn)資源共享、信息的實時采集和集中處理。川氣東送管道采用全線調(diào)度中心控制級、站場控制級和就地控制級的三級控制方式。第一級為中心控制級：對全線進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實行統(tǒng)一調(diào)度管理。在正常情況下，由調(diào)度控制中心對全線進(jìn)行監(jiān)視和控制。沿線各站控制無須人工干預(yù)，各工藝站場的SCS和RTU在調(diào)度控制中心的統(tǒng)一指揮下完成各自的監(jiān)控工作。第二級為站場控制級：在首站、各分輸站、壓氣站、末站，通過站控SCS系統(tǒng)對站內(nèi)工藝變量及設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制及聯(lián)鎖保護(hù)。在無人值守的清管站設(shè)置遠(yuǎn)程終端裝置（RTU），對站內(nèi)工藝變量及設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制。站場控制級控制權(quán)限由調(diào)度控制中心確定，經(jīng)調(diào)度控制中心授權(quán)后，才允許操作人員通過SCS或RTU對各站進(jìn)行授權(quán)范圍內(nèi)的操作。當(dāng)通信系統(tǒng)發(fā)生故障或系統(tǒng)檢修時，用站控系統(tǒng)實現(xiàn)對各站的監(jiān)視與控制。第三級為就地控制級：就地控制系統(tǒng)對工藝單體或設(shè)備進(jìn)行手/自動就地控制。當(dāng)進(jìn)行設(shè)備檢修或緊急切斷時，可采用就地控制方式。配置硬件部分包括各類服務(wù)器和工作站等，軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件、SCADA系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫管理、報警和事件管理和專用軟件包（收發(fā)球跟蹤、模擬仿真軟件及氣體管理系統(tǒng) (GMS)軟件等）。主要功能包括：數(shù)據(jù)采集和處理；下達(dá)調(diào)度和操作命令；顯示動態(tài)工藝流程；報警和事件管理；歷史數(shù)據(jù)的采集、歸檔和趨勢顯示；報表生成和打印；標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)用軟件和用戶生成的用軟件的執(zhí)行；時鐘同步；具有對輸氣過程實時模擬及對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)的能力；壓力和流量調(diào)節(jié)；輸氣過程優(yōu)化；儀表和系統(tǒng)的故障診斷和分析；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視及管理；主備通信通道的自動切換；貿(mào)易結(jié)算管理；全線緊急關(guān)斷；管線泄漏檢測。配置硬件部分包括各類服務(wù)器和工作站等，軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件、SCADA系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫管理、報警和事件管理和專用軟件包（收發(fā)球跟蹤、模擬仿真軟件及氣體管理系統(tǒng) (GMS)軟件等）。主要功能包括：數(shù)據(jù)采集和處理；下達(dá)調(diào)度和操作命令；顯示動態(tài)工藝流程；報警和事件管理；歷史數(shù)據(jù)的采集、歸檔和趨勢顯示；報表生成和打印；標(biāo)準(zhǔn)組態(tài)用軟件和用戶生成的用軟件的執(zhí)行；時鐘同步；壓力和流量調(diào)節(jié)；儀表和系統(tǒng)的故障診斷和分析；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視及管理；主備通信通道的自動切換；全線緊急關(guān)斷；管線泄漏檢測。管理處分別設(shè)置2個監(jiān)視終端，只能實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)視，不能進(jìn)行控制。監(jiān)視終端主要功能如下：動態(tài)工藝流程顯示；報警和事件顯示；歷史數(shù)據(jù)的趨勢顯示；儀表的故障診斷和分析顯示。各站場均設(shè)置SCS，設(shè)置不同數(shù)量的工作站、站控系統(tǒng)PLC、ESD系統(tǒng)PLC。站控系統(tǒng)完成以下主要功能：數(shù)據(jù)采集與傳輸功能、控制功能、顯示功能、打印功能、ESD關(guān)斷功能和數(shù)據(jù)管理等其它功能。全線設(shè)置遠(yuǎn)控線路截斷閥室RTU，RTU可實現(xiàn)如下主要功能：數(shù)據(jù)采集和處理；邏輯控制；接收調(diào)度控制中心發(fā)送的指令；向調(diào)度控制中心發(fā)送帶時間標(biāo)簽的實時數(shù)據(jù)；自診斷功能；故障報警。貿(mào)易交接流量計選用氣體超聲流量計或氣體渦輪流量計，渦輪流量計的口徑一般小于DN100。氣體超聲流量計在5%Qmax~ Qmax之間（Qmax為流量計固有最大流量范圍）保證測量準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.5%。氣體渦輪流量計在20% qmax～qmax的范圍內(nèi)保證測量準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.5%；氣體渦輪流量計在qmin～20% qmax的范圍內(nèi)保證測量準(zhǔn)確度優(yōu)于±1%。計量系統(tǒng)采用獨立的流量計算機(jī)作為流量累加單元，并將數(shù)據(jù)傳給SCS系統(tǒng)。首站設(shè)置在線色譜、H2S和水露點分析儀，用于對天然氣氣質(zhì)和參數(shù)進(jìn)行檢測。其他計量站場設(shè)置在線色譜分析儀，用于對天然氣氣質(zhì)和參數(shù)進(jìn)行檢測。調(diào)度控制中心配置氣體管理系統(tǒng) (GMS)，對現(xiàn)場天然氣流量、溫度、壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并為貿(mào)易管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。站場安裝站內(nèi)自用氣處理橇，自用氣計量采用渦輪流量計。站場自用氣包括放空火炬點火用氣、天然氣發(fā)電機(jī)用氣和生活用氣。氣體管理系統(tǒng) (GMS)為氣量／能量貿(mào)易管理系統(tǒng)，可自動進(jìn)行天然氣交接、銷售及輸送的管理，為公司財務(wù)提供所需的數(shù)據(jù)，提供用戶查詢所需的數(shù)據(jù)，完成貿(mào)易結(jié)算所需的功能并將數(shù)據(jù)存檔。氣體管理系統(tǒng) (GMS)軟件結(jié)構(gòu)分為以下幾個部分：實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)庫管理平臺、管道運行計劃、管理和財務(wù)信息系統(tǒng)、氣體計量系統(tǒng)等。為準(zhǔn)確地評價管道的過去、解釋管道當(dāng)前發(fā)生的事件、預(yù)測管道的未來等任務(wù)。川氣東送管道采用實時模擬仿真軟件，為操作、調(diào)度人員提供調(diào)度和操作參考，并可為操作員的培訓(xùn)提供平臺，以保證輸氣管道安全、平穩(wěn)、高效、經(jīng)濟(jì)運行。模擬仿真軟件根據(jù)管道的實際情況組態(tài)形成管道的模型。根據(jù)需要計算所得出的結(jié)果，如管線的泄漏報警、天然氣組份跟蹤、各管段流量、管儲氣量、壓力分布狀態(tài)、清管器在管道中的位置等，由模擬仿真軟件寫入到SCADA的實時數(shù)據(jù)庫中，并在操作員工作站上顯示，作為操作員對管道運行調(diào)度的參考。模擬仿真系統(tǒng)組成包括：實時瞬態(tài)、水力特征、氣體組分跟蹤、儀表分析、管充管理、管道效率、清管器跟蹤、工藝預(yù)測、SCADA培訓(xùn)等。通信系統(tǒng)是為長輸管道的生產(chǎn)調(diào)度、行政管理、巡線搶修、生活后勤等提供多種通信業(yè)務(wù)，開通遠(yuǎn)程監(jiān)控及會議電視等視頻業(yè)務(wù)，同時為管道SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供可靠信道，為數(shù)字化管道提供通信支撐。由于目前建設(shè)的長輸管線工藝自動化程度高、維護(hù)人員少，要求通信系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)，穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高，盡量減少日常維護(hù)工作量，并能適應(yīng)今后通信發(fā)展需求。
一般管道通信部分包括：光傳輸系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)及周界安防系統(tǒng)、會議電視系統(tǒng)、程控電話交換系統(tǒng)、局域網(wǎng)辦公自動化（OA）系統(tǒng)、巡線搶修及應(yīng)急通信系統(tǒng)和公網(wǎng)備用通信系統(tǒng)等七部分。通信實現(xiàn)方式一般采用光纖通信、DDN公網(wǎng)通信、GPRS無線通信及衛(wèi)星通信等。壓氣站等電力負(fù)荷大的站場，建設(shè)110 kV 或35kV變電所來提供電力。其它電力負(fù)荷較小的站場一般報裝10 kV外電線路，由10 kV /0.4 kV變壓器變壓提供電能供給。為確保輸氣生產(chǎn)的正常運行，選擇自動化天然氣發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急自備電源電源。外電斷電的情況下，發(fā)電機(jī)組應(yīng)為站內(nèi)一、二級負(fù)荷提供電源。天然氣發(fā)電機(jī)組額定電壓選擇：交流380/220V，50Hz，3相，4線。運行方式為市電與發(fā)電自動切換。RTU 閥室供電主要有外部電源接入、太陽能電源系統(tǒng)和小容量燃?xì)獍l(fā)電裝置等三種方式。根據(jù)RTU閥室所處地理位置，分別設(shè)置太陽能電源系統(tǒng)和小容量燃?xì)獍l(fā)電裝置，為RTU閥室內(nèi)的自控、通信、防腐及照明提供電源。采用太陽能電源供電閥室主要依據(jù)RTU閥室所在位置相近氣象條件，確定當(dāng)無光照日小于等于11天的平原地帶及無陽光遮攔處采用太陽能電源。閥室利用1000Ah閥控密封鉛酸蓄電池作為備用電源，后備時間約為48小時，并通過SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，所有告警信號通過公用報警接點傳至SCADA系統(tǒng)。外部電源供電的RTU閥室采用1回10kV高壓外電源，站內(nèi)建1座10/0.4kV變配電室，單臺室內(nèi)干式變壓器，為滿足一級用電負(fù)荷要求，配置保證在外電源失電的情況下采用冗余UPS不間斷電源，不間斷時間按3天考慮蓄電池配置。同時，對電源裝置具備就地和遠(yuǎn)方監(jiān)控功能。手動閥室電力需求主要是滿足線路截斷閥室執(zhí)行機(jī)構(gòu)電子控制單元，電力負(fù)荷很小，都是采用小型太陽能電池板配合密封鉛酸蓄電池供電，在具備光照的情況下，太陽能電源對鉛酸蓄電池進(jìn)行浮充，由鉛酸蓄電池保持執(zhí)行機(jī)構(gòu)電子控制單元正常工作電壓。（1）線路管道一般采用外防腐層與陰極保護(hù)相聯(lián)合的保護(hù)措施。管線外防腐涂層采用三層PE，陰極保護(hù)采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)，沿線按保護(hù)距離要求設(shè)置陰極保護(hù)站。匯流點電位：-1.15V（相對飽和硫酸銅參比電極）管線最小保護(hù)電位：-0.85 V（相對飽和硫酸銅參比電極）? 一般管段三層PE 的補(bǔ)口和煨制彎頭的補(bǔ)口選用無溶劑液體環(huán)氧涂料＋熱收縮補(bǔ)口帶。? 定向鉆穿越段的加強(qiáng)級3 層PE 補(bǔ)口選用無溶劑液體環(huán)氧涂料+定向鉆專用熱收縮補(bǔ)口帶。一般主干管線內(nèi)表面采用雙組份液體環(huán)氧涂料，干膜厚度≥65μm。為了提高長輸管道陰極保護(hù)系統(tǒng)的工作性能和對管道的有效保護(hù)，可采用獨立的陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，沿線在關(guān)鍵位置設(shè)置智能測試樁，在RTU閥室設(shè)置電位采集器。智能測試樁使用GPRS 通訊方式，采用長壽命電池供電，采用低功耗技術(shù)完成GPRS 通訊無線電位采集功能，自動GPRS 連線及數(shù)據(jù)發(fā)送。RTU 閥室電位采集器采用光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。陰極保護(hù)監(jiān)測中心設(shè)在主調(diào)控中心。閥室流程與干線相連部分采用強(qiáng)制電流陰極保護(hù)；閥室放空系統(tǒng)設(shè)絕緣接頭，采用犧牲陽極的陰極保護(hù)方式。底漆：環(huán)氧富鋅底漆，2道，80～100mm中間漆：環(huán)氧云鐵中間漆，1道， 100mm底漆：環(huán)氧富鋅底漆，2道，80～100mm面漆：無溶劑液體環(huán)氧涂料，1道，500mm管道工藝站場，一般增壓站場采用強(qiáng)制電流的陰極保護(hù)方式；其它站場采用犧牲陽極的陰極保護(hù)方式，進(jìn)出站管道設(shè)絕緣接頭。面漆：環(huán)氧硅氧烷面漆，1道，125mm面漆：無溶劑液體環(huán)氧涂料，1道，500mm燃?xì)庥脷饬坎粩喟l(fā)生變化，有月不均勻性、日不均勻性和時不均勻性，但起源的供應(yīng)量不可能完全按用氣量的變化而隨時改變，特別是長距離輸氣管道，為求得高效率和最好的經(jīng)濟(jì)效益，總希望在某一最佳輸量下工作。這樣，供氣與用氣經(jīng)常發(fā)生不平衡。為了保證按用戶的要求不間斷的供氣，必須考慮輸氣生產(chǎn)與使用的平衡問題。
? 改變氣源的生產(chǎn)能力和設(shè)置機(jī)動氣源；? 利用緩沖用戶發(fā)揮調(diào)度的作用；前兩點由于受到氣源生產(chǎn)負(fù)荷變化的可能性和變化幅度以及供氣的安全可靠性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性要求的限制，不可能完全解決供需的不平衡問題。由于儲氣設(shè)施和儲氣方法的靈活性，利用各種儲氣設(shè)施是解決用氣不均勻性的最有效的方法之一。氣體儲存根據(jù)儲存方式分為：地下儲存、儲氣罐儲存、液態(tài)或固態(tài)儲存以及儲氣管道末端儲存等。
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