李嬌媚

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司 北京分公司，北京 102200）

0 引言

輸氣管道承擔(dān)將上游處理廠處理的凈化天然氣向下游用戶供氣的作用，一旦管道事故停輸將對上游處理廠、下游用戶和管道本身造成一定的經(jīng)濟(jì)損失[1]。正確的閥室自控設(shè)計(jì)是長輸管道安全、正常、平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障。

1 項(xiàng)目概況

濟(jì)南-青島輸氣管道二線工程輸氣管道全長350km，設(shè)計(jì)壓力8.0MPa，本項(xiàng)目15座閥室包括2座監(jiān)控閥室（3#和11#閥室）、13座普通閥室。其中1#和10#閥室為露天防護(hù)罩型，其余閥室為傳統(tǒng)閥室間型。

2 閥室自控設(shè)計(jì)

2.1 閥室測控參數(shù)

1）普通閥室測控參數(shù)：

·閥室上、下游壓力就地指示；

·閥室進(jìn)氣壓力就地指示；

·閥室間地下溫度就地指示；

·線路截斷閥設(shè)置電子控制單元對管道進(jìn)行防爆管檢測。

2）監(jiān)控閥室主要測控參數(shù)：·閥室上、下游壓力就地指示；·閥室進(jìn)氣壓力就地指示；

·閥室上、下游壓力檢測遠(yuǎn)傳；

·閥室間地下溫度檢測遠(yuǎn)傳；

·閥室間設(shè)可燃?xì)怏w濃度檢測遠(yuǎn)傳；

·線路截斷閥遠(yuǎn)程開關(guān)控制、閥位及狀態(tài)反饋，遠(yuǎn)控/就地指示；

·線路截斷閥電子控制單元信號上傳：管道壓力、壓降速率、壓力高報警、壓力低報警及事件記錄；

·上傳陰極保護(hù)電位信號；

·直流電源信號。

2.2 普通閥室儀表、閥門設(shè)計(jì)

1）設(shè)置就地指示測地溫溫度計(jì)，測量沿線工藝管線周圍溫度，溫度計(jì)配套一體化保護(hù)套管，螺紋安裝：對于防護(hù)罩型閥室即露天鐵絲網(wǎng)圍成的閥室，測地溫溫度計(jì)直接插入地下，細(xì)土回填壓實(shí)；而傳統(tǒng)閥室間型閥室，在水泥地面上開孔，插入地下后，保護(hù)套管與鉆孔之間空隙需先細(xì)土回填100mm，灌注M5水泥砂漿固定。

2）上游來氣旁通DN500管線上設(shè)置就地指示壓力表，測量上游來氣壓力，該壓力表采用一體式焊接截止閥作為根部閥，可以保證牢固焊接在管道上。

3）另外兩個壓力檢測點(diǎn)開孔位置：為減少主管線開孔數(shù)量，在上、下游旁通管線上引DN50取氣管線，用于測量上、下游壓力，氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)取氣。由于一體式焊接截止閥根部取氣處比較粗，其安裝要求為：管線至少DN80管徑。旁通DN50管線取氣管徑過細(xì)，無法采用一體式焊接截止閥作為根部閥，故采用單關(guān)斷截止閥作為根部閥。

4）線路截斷閥采用全焊接全通徑氣液聯(lián)動球閥，配套電子控制單元壓力檢測裝置，可實(shí)現(xiàn)當(dāng)上下游工藝管道天然氣泄漏，進(jìn)行爆管檢測，迅速切斷上下游來氣。氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為故障保持型。

氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上下游動力氣源口（2個動力氣源口，只要上下游管線不是同時破裂，就能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動力氣源[2]）和壓降速率檢測口（下游，即一個壓力變送器取壓，信號傳給電子控制單元，壓力變送器需要分體式安裝，根閥和表頭連接的中間需要用絕緣接頭，避免陰保電流流失，濟(jì)青二線該壓變及其配套附件要求廠家配套）。

這3個取氣口選擇在地上旁通管線開孔，與以前取氣口開在閥體袖管埋在地面以下相比，地上取氣更容易檢測取氣口是否泄漏，焊縫是否完好，維護(hù)起來更方便，提升了管線安全運(yùn)行的能力[3]。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)的接線盒、電子控制單元和取壓管路均配有與管線和閥門本體絕緣的絕緣部件，以避免陰保電流流失。

線路截斷閥閥腔和氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的放空口（包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)儲氣罐的安全閥放空）匯聚為一個排氣管，接入閥室放空總管中。

2.3 監(jiān)控閥室儀表、閥門設(shè)計(jì)

1）壓力表與壓力變送器組合安裝，可以減少管線上的開孔數(shù)量。利用根部閥的一個取氣口，使用卡套式終端接頭連接不銹鋼管，連接至壓力變送器的雙閥組截止閥，不銹鋼管中間設(shè)置卡套式絕緣接頭，防止陰保電流流失。

2）管線上總共5個開孔（執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要3個、壓力檢測需要2個），開孔數(shù)量還可以減少，例如廣西LNG天然氣管線工程的做法是：上游1個動力氣源開孔，下游將壓降速率開孔和壓力變送器開孔合為一個開孔。上游下游各1個PG，共4個開孔。但這樣需要提前跟氣液聯(lián)動球閥廠家和工藝專業(yè)商量，做相應(yīng)的配套工作。而本項(xiàng)目事先沒有和工藝專業(yè)商量，導(dǎo)致工藝專業(yè)預(yù)留的DN50短管不夠長，加長的話，中間預(yù)留空間又變小。導(dǎo)致工藝重新制作安裝圖，給工藝專業(yè)增加了很多工作量。

3）在閥室間設(shè)2臺可燃?xì)怏w探測器：在可能引起泄漏的氣液聯(lián)動球閥附近，高出工藝管線500mm的位置1臺；在閥室間中間位置，房頂下500mm的位置設(shè)置1臺，檢測高處集聚的可燃?xì)怏w。閥室房頂為彩鋼板，施工隊(duì)負(fù)責(zé)將DN80鋼管焊接在彩鋼夾芯板板房頂。

4）儀表端的表殼、防爆電纜夾緊密封接頭和護(hù)管均應(yīng)與保護(hù)地（電專業(yè)接地網(wǎng)）良好連接，接地線應(yīng)盡可能短直[4]。電纜護(hù)管兩端接地，使用接地螺栓、螺母、墊片與接地鍍鋅扁鋼進(jìn)行連接，接至電專業(yè)接地網(wǎng)，不可與工藝管線搭接，避免陰保電流流失。

2.4 氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)太陽能供電設(shè)計(jì)

普通閥室氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電子控制單元采用太陽能供電，太陽能電池板單獨(dú)招標(biāo)。

太陽能供電系統(tǒng)由太陽能陣列（太陽能電池板、匯線盒、太陽能支架），太陽能控制器，蓄電池組成。本次太陽能電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)蓄電池備用時間為11天，設(shè)計(jì)利用最長10天周期補(bǔ)足蓄電池最大虧欠容量。本次電子控制單元功率為10w，后期可能將普通閥室改造為RTU監(jiān)控閥室，負(fù)載功率加大到30w，本次設(shè)計(jì)按照30w功率來計(jì)算太陽能電源系統(tǒng)，以滿足設(shè)備的可靠性和使用壽命。

按照《石油設(shè)施電氣設(shè)備安裝區(qū)域一級、0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)區(qū)域劃分推薦作法》SY/T6671-2006[5]，通風(fēng)充分的建筑物輸送比空氣輕的易燃?xì)怏w的釋放源，氣體表壓高于1.9MPa，距離釋放源邊界7.5m的空間屬于防爆危險區(qū)二區(qū)，閥室周圍都屬于防爆危險區(qū)二區(qū)，所以太陽能供電系統(tǒng)需要選擇防爆產(chǎn)品[6]。

太陽能電池板采用立桿支架，由結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)太陽能板大小、風(fēng)力、支撐重量計(jì)算太陽能支架基礎(chǔ)大小，太陽能控制箱固定在支架上。蓄電池箱埋在室外太陽能支架附近的地面以下，透氣管接到地上，控制器與蓄電池的電纜接線管埋在地下。由結(jié)構(gòu)專業(yè)為蓄電池箱制作水泥基礎(chǔ)，防止蓄電池箱沉降。

2.5 監(jiān)控閥室RTU系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閥室控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工藝過程的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，對閥室間可燃?xì)怏w泄漏進(jìn)行檢測報警。監(jiān)控閥室數(shù)據(jù)上傳上下游分輸站場，由上下游站場的通訊服務(wù)器打上時間標(biāo)簽上傳調(diào)控中心，使用單一IEC60870-5-104協(xié)議。

站場控制系統(tǒng)將站內(nèi)的所有數(shù)據(jù)集中在一起，通信服務(wù)器作為匯聚點(diǎn)調(diào)控中心應(yīng)直接與通信服務(wù)器通信就可以獲取站場內(nèi)所有信息，不用再分別與站內(nèi)其他設(shè)備通信。調(diào)控中心與閥室RTU不可以直接通信，需要借助臨近站場[7]。

站場數(shù)據(jù)的匯聚點(diǎn)使用通訊服務(wù)器，因?yàn)檎緢錾系腞S485信號比較多（PLC輪詢485信號很慢，在秒級），所以上一個通訊服務(wù)器，由通訊服務(wù)器處理較多的485數(shù)據(jù)。

若想讓調(diào)控中心與閥室RTU直接通訊，可以用以太網(wǎng)傳輸兩種協(xié)議，同時傳輸MODBUS協(xié)議與IEC60870-5-104，不需要站場上的通訊服務(wù)器將RTU的MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換為IEC60870-5-104，調(diào)控中心與閥室RTU可以直接通信，不需要借助臨近站場。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合濟(jì)南-青島輸氣管道二線工程閥室施工圖說明自控設(shè)計(jì)在長輸管線普通閥室和監(jiān)控閥室的做法，從儀表的設(shè)置、安裝，氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電，RTU系統(tǒng)設(shè)計(jì)等施工設(shè)計(jì)，通過以上可靠的自控設(shè)計(jì)保證了整條輸氣管線的安全運(yùn)行。

[1]李春艷,毛敏,陳鳳.輸氣管道閥室設(shè)計(jì)淺析[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2014,25(1):46.

[2]蔣永濤.線路截斷閥氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)引壓管安裝[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2007,1:34.

[3]王多才,高鵬,王海峰,等.氣液聯(lián)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)意外關(guān)斷分析及在西氣東輸?shù)膽?yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì),2012,23(2):51.

[4]端木君,段沖,李偉.對雷電干擾導(dǎo)致西氣東輸管道線路GOV閥誤關(guān)斷事件的研討[J].石油工程建設(shè),2013,39(4):55.

[5]SY/T6671-2006,石油設(shè)施電氣設(shè)備安裝區(qū)域一級、0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)區(qū)域劃分推薦作法[S].

[6]王向明,李萍,趙國敏,等.長輸管線遠(yuǎn)控閥室的供電設(shè)計(jì)[J].石油化工自動化,2011,47(5):65.

[7]張繼亮,王艷芳,王蕾,等.輸氣管道手動閥室數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)改造[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2013(2):26.