侯超波，劉 釗，王 旭

（中國(guó)石油 北京油氣調(diào)控中心， 北京 100007）

長(zhǎng)輸天然氣管道干線截?cái)嚅y異常關(guān)斷事件分析及處理

侯超波，劉 釗，王 旭

（中國(guó)石油 北京油氣調(diào)控中心， 北京 100007）

干線截?cái)嚅y在長(zhǎng)輸天然氣管道中運(yùn)用十分廣泛，近年來(lái)由Shafer氣液聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)失效導(dǎo)致的干線截?cái)嚅y異常關(guān)斷事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)長(zhǎng)輸天然氣管道平穩(wěn)運(yùn)行造成重要影響?；诖耍诮榻B干線截?cái)嚅y組成結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理的基礎(chǔ)上，選取典型案例探討干線截?cái)嚅y關(guān)斷事件原因及其處理要點(diǎn)，最后并提出相應(yīng)的干線截?cái)嚅y維檢修建議。

長(zhǎng)輸天然氣管道；干線截?cái)嚅y異常關(guān)斷；維檢修建議

隨著我國(guó)天然氣工業(yè)大發(fā)展，西氣東輸、陜京系統(tǒng)等長(zhǎng)輸天然氣管道相繼建成投產(chǎn)。為確保長(zhǎng)輸天然氣管道安全平穩(wěn)運(yùn)行，具有監(jiān)控截?cái)喙δ艿母删€截?cái)嚅y得到大量應(yīng)用。我國(guó)長(zhǎng)輸管道的干線截?cái)嚅y多采用卡梅?。–AMERON）、格羅夫（GROVE）或成高球閥，由Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)用管道高壓天然氣作為動(dòng)力開(kāi)關(guān)球閥，具有操作方便、安全可靠等特點(diǎn)。

1 干線截?cái)嚅y結(jié)構(gòu)和原理

1.1 管道球閥的組成和動(dòng)作原理

球閥在天然氣管道運(yùn)行中的主要作用是切斷或接通天然氣流動(dòng)，其結(jié)構(gòu)緊湊開(kāi)關(guān)迅速，由閥體、閥座、球體、閥桿和傳動(dòng)裝置等多個(gè)部分組成。閥體、球體與閥座密封圈形成密封后能有效承受管道天然氣壓力。

浮動(dòng)球閥和固定球閥在天然氣長(zhǎng)輸管道中最為常見(jiàn)[1]。浮動(dòng)球閥的球體在管道天然氣壓力作用下產(chǎn)生位移并緊貼在出口端的密封面上，保證出口端密封。浮動(dòng)球閥具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性好，維修方便等特點(diǎn)，但是出口密封圈在球體受到較高壓力沖擊時(shí)會(huì)受損變形導(dǎo)致球體發(fā)生偏移，影響性能發(fā)揮，因此浮動(dòng)球閥多用于中低壓管道。固定球閥的球體共有上、下兩個(gè)轉(zhuǎn)軸，上轉(zhuǎn)軸與閥桿相連，下轉(zhuǎn)軸固定在閥體下部的軸承上[1]。固定球閥球體所受管道天然氣壓力傳遞給軸承，球體不移動(dòng)，密封面不會(huì)受損，具有密封性能穩(wěn)定，閥座變形較小，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在長(zhǎng)輸天然氣管道應(yīng)用較多。

1.2 Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理

Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由操作箱、氣源管、儲(chǔ)氣罐、執(zhí)行器、氣液罐、檢測(cè)管、Lineguard控制箱和遠(yuǎn)程終端單元（RTU）組成。操作箱用來(lái)切換手自動(dòng)操作模式。氣源管從干線管道引壓，并將干線氣體儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐中作為執(zhí)行器動(dòng)作的儲(chǔ)備動(dòng)力源。儲(chǔ)氣罐中的高壓天然氣作用于氣液罐中高粘度液壓油，推動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)氣液聯(lián)動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)操作。檢測(cè)管可將檢測(cè)到的干線及儲(chǔ)氣罐中天然氣壓力值傳至Lineguard控制箱，并通過(guò)RTU將采集數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至中控[2]。

Shafer氣液聯(lián)動(dòng)閥按其自動(dòng)控制形式可分為有遠(yuǎn)程操作功能及無(wú)遠(yuǎn)程操作功能。有遠(yuǎn)程操作功能的氣液聯(lián)動(dòng)閥有自動(dòng)控制、手動(dòng)液壓操作、手動(dòng)氣液聯(lián)動(dòng)操作、遠(yuǎn)程氣液聯(lián)動(dòng)操作等四種正常關(guān)斷方式，無(wú)遠(yuǎn)程操作功能閥門只有前三種操作方式[3]。自動(dòng)控制是指氣液聯(lián)動(dòng)閥的Lineguard控制箱通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)采集管道壓力和壓降速率值，并將其與用戶設(shè)定值對(duì)比，如發(fā)現(xiàn)異常且異常持續(xù)時(shí)間超過(guò)用戶設(shè)定，則自動(dòng)關(guān)斷氣液聯(lián)動(dòng)閥。當(dāng)控制模式為手動(dòng)模式時(shí)即可執(zhí)行手動(dòng)操作，手動(dòng)液壓操作和手動(dòng)氣液聯(lián)動(dòng)操作的區(qū)別在于閥門動(dòng)作的動(dòng)力源不同。遠(yuǎn)程氣液聯(lián)動(dòng)操作是通過(guò)遠(yuǎn)程控制電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氣罐中的高壓天然氣作用于液壓油，進(jìn)而推動(dòng)執(zhí)行器的動(dòng)作，最終開(kāi)關(guān)氣液聯(lián)動(dòng)閥。

2 干線截?cái)嚅y關(guān)斷事件處理

中國(guó)石油所轄長(zhǎng)輸天然氣管網(wǎng)在2014年共發(fā)生干線截?cái)嚅y異常關(guān)斷事件17起，是除壓縮機(jī)組異常停機(jī)外次數(shù)最多的異常事件。其中，陜京系統(tǒng)3起，山東東北管網(wǎng)（泰青威管道和大沈秦沈管道）4起，西南管道（中貴和中緬管道國(guó)內(nèi)段）3起，西氣東輸一線2起，西氣東輸二線3起，澀寧蘭管道2起。通過(guò)事件分析，可知在干線管道壓力正常情況下，造成干線截?cái)嚅y誤關(guān)斷的原因主要有Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢測(cè)管堵塞、Lineguard控制箱內(nèi)部故障、Lineguard控制箱通訊功能失靈以及雷電、大雨等異常天氣。

2.1 陜京二線36#閥室干線截?cái)嚅y關(guān)斷事件

陜京二線全長(zhǎng)971 km，設(shè)計(jì)壓10.0 MPa，設(shè)計(jì)輸量170億m3/a。36#閥室位于陜京二線下游任丘分輸站與霸州分輸站之間，是RTU閥室。2014年8月30日深夜中控陜京二線SCADA系統(tǒng)報(bào)警顯示36#閥室干線閥關(guān)斷，閥前和閥后壓力的變化趨勢(shì)印證了報(bào)警信息。中控調(diào)度員及時(shí)聯(lián)系工程師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，核實(shí)結(jié)果證明閥室干線截?cái)嚅y異常關(guān)斷。在確認(rèn)36#閥室現(xiàn)場(chǎng)天氣、門禁、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)均正常，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)其他異常情況后，工程師打開(kāi)干線截?cái)嚅y旁通進(jìn)行平壓，待壓差降至0.2 MPa以內(nèi)后，全開(kāi)干線截?cái)嚅y。由于36#閥室干線截?cái)嚅y關(guān)斷事發(fā)深夜，當(dāng)時(shí)并非用氣高峰，且陜京二線和三線也在在上游安平分輸站和下游永清分輸站聯(lián)合運(yùn)行，因此閥室關(guān)斷未對(duì)陜京系統(tǒng)正常生產(chǎn)造成影響（表1）。

生產(chǎn)恢復(fù)后，干線截?cái)嚅y關(guān)斷原因分析從以下方面展開(kāi)：第一，檢查閥室流程，重點(diǎn)關(guān)注閥室流程是否正常，管道及球閥、法蘭等連接器件有無(wú)泄露；第二，Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)硬件檢查，重點(diǎn)檢查氣源管、儲(chǔ)氣罐、氣液罐、執(zhí)行器、檢測(cè)管有無(wú)異常；第三，Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)RTU控制系統(tǒng)檢查，重點(diǎn)檢查RTU系統(tǒng)工作狀態(tài)，關(guān)閥按鈕、按鈕控制回路及數(shù)據(jù)輸入輸出系統(tǒng)是否正常，核實(shí)報(bào)警信息；第四，Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)Lineguard控制箱檢查。

檢查發(fā)現(xiàn)，Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)RTU的數(shù)據(jù)輸入模塊故障導(dǎo)致氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)收到RTU模塊發(fā)出的錯(cuò)誤關(guān)閥命令，造成36#閥室干線截?cái)嚅y關(guān)斷?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)更換RTU數(shù)據(jù)輸入模塊排除了故障。

表1 2014年長(zhǎng)輸天然氣管網(wǎng)干線截?cái)嚅y關(guān)斷事件Table 1 Abnormal shutoff accidents of GOV in2014

2.2 干線截?cái)嚅y異常關(guān)斷原因

通過(guò)上述統(tǒng)計(jì)分析及案例研究可知，管道球閥可靠性相對(duì)較高，Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障是導(dǎo)致干線截?cái)嚅y異常關(guān)斷的主要原因。具體而言，在干線壓力正常情況下，造成干線截?cái)嚅y異常關(guān)斷的原因包括以下方面[4,5]：

第一，檢測(cè)管堵塞及壓力變送器故障：由于管道建設(shè)遺留和氣質(zhì)較差影響，干線管道中的雜物和水氣在環(huán)境溫度較低時(shí)凝析成冰堵塞檢測(cè)管，造成壓力變送器檢測(cè)壓力下降，當(dāng)檢測(cè)壓力低于人工設(shè)定下限時(shí)，閥門會(huì)異常關(guān)斷。

第二，RTU模塊故障：RTU是遠(yuǎn)程操作閥門和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的重要載體，其由復(fù)雜的硬件和軟件系統(tǒng)組成。RTU出現(xiàn)故障時(shí)，錯(cuò)誤的關(guān)閥信號(hào)可能傳向執(zhí)行機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致閥門異常關(guān)斷。

第三，Lineguard控制箱內(nèi)部故障： Lineguard控制箱構(gòu)造復(fù)雜，當(dāng)蓄電池電壓較低或太陽(yáng)能電池板損壞時(shí)會(huì)造成Lineguard控制箱失電，造成閥門異常關(guān)斷；當(dāng)控制箱內(nèi)主控制板芯片損壞或電磁閥內(nèi)漏時(shí)，能發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，導(dǎo)致閥門異常關(guān)斷；雷電天氣可能造成Lineguard控制箱存儲(chǔ)數(shù)據(jù)紊亂，當(dāng)紊亂造成的壓力波動(dòng)超過(guò)程序設(shè)定的壓力關(guān)斷上下限時(shí)，會(huì)發(fā)出關(guān)閥命令[6]。

3 干線截?cái)嚅y維護(hù)保養(yǎng)

鑒于干線截?cái)嚅y在長(zhǎng)輸天然氣管道中所發(fā)揮的重要作用，為使其可靠備用，必需定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

定期檢測(cè)球閥閥體及氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外部結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)關(guān)注各法蘭及連接接頭，定期對(duì)閥體注脂或排污，避免閥體內(nèi)漏、外漏以及Lineguard控制箱誤檢測(cè)引起的關(guān)閥事件。

定期清洗和吹掃氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣源管、檢測(cè)管和過(guò)濾器 雖然干線管道天然氣經(jīng)過(guò)分輸站場(chǎng)的過(guò)濾和分離，但是管道天然氣中難免含有各種雜質(zhì)。為了不污染氣液罐中的液壓油并使氣源順利進(jìn)入氣液罐，避免氣動(dòng)操作功能的失效，要定期對(duì)氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣源管進(jìn)行清洗和吹掃，定期對(duì)過(guò)濾器和濾網(wǎng)進(jìn)行保養(yǎng)或更換。檢測(cè)管堵塞可能導(dǎo)致壓力變送器采點(diǎn)壓力與實(shí)際壓力存在偏差，導(dǎo)致氣液聯(lián)動(dòng)閥誤關(guān)斷，因此也要定期清洗和吹掃檢測(cè)管。

定期對(duì)氣液罐中的液壓油進(jìn)行排污和更換 由于頻繁操作，氣液罐的液壓油中難免含有鐵屑等固體雜質(zhì)，固體雜質(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致氣液罐旋轉(zhuǎn)翼片密封失效，因此要定期對(duì)液壓油油質(zhì)進(jìn)行檢查。當(dāng)油品中含有雜質(zhì)時(shí)要排污，長(zhǎng)期排污造成液壓油油位較低時(shí)則要加入專用液壓油。

定期檢查L(zhǎng)ineguard控制箱 首先，目視檢查和數(shù)據(jù)查看，確保Lineguard控制箱內(nèi)芯片未收損壞，如損壞則更換Lineguard控制箱；其次，檢查電池電壓情況，如果電池電壓過(guò)低，則更換電池，確保Lineguard控制箱自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集等功能不受影響；再次，用筆記本電腦與Lineguard控制箱連接檢測(cè)通訊功能是否良好，如故障則排查具體原因；最后，核實(shí)Lineguard控制箱內(nèi)時(shí)間設(shè)置與事件管理，準(zhǔn)確記錄干線截?cái)嚅y操作情況。

［1］ 朱喜平. 天然氣管道球閥的維護(hù)及故障排除技術(shù)[J]. 天然氣工業(yè), 2005，25(7)：02-104．

［2］ 楊日永，康亮，彭振華. Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)維保探討[J]. 科學(xué)之友，2010(3)：25-28.

［3］ 徐文強(qiáng). 長(zhǎng)輸管Shafer干線截?cái)嚅y動(dòng)作過(guò)程分析[J]. 寧夏石油化工，2012(9)：71-73.

［4］ 劉潤(rùn)剛，宋華. 氣液聯(lián)動(dòng)閥的維護(hù)與保養(yǎng)[J]. 油氣儲(chǔ)運(yùn)，2006。26(5)：36-39.

［5］ 王志輝，廉春雷，譚洪偉，等. Shafer氣液聯(lián)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤動(dòng)作分析與防治對(duì)策[J]. 工業(yè)技術(shù)，2014(03)：77-78.

［6］ 端木君，段沖，李偉. 對(duì)雷電干擾導(dǎo)致西氣東輸管道線路GOV閥誤關(guān)斷事件的探討[J]. 石油工程建設(shè)，2013，39(4)：55-56．

煤化工節(jié)能裝備行業(yè)迎發(fā)展良機(jī)

當(dāng)前煤化工行業(yè)與石油化工和天然氣化工相比較是一個(gè)能源利用率低、三廢排放量多的行業(yè)，在發(fā)展煤化工的問(wèn)題上，出于能源利用和環(huán)境保護(hù)方面的原因也一直伴隨著強(qiáng)烈的反對(duì)聲音，因此煤化工行業(yè)發(fā)展的成敗關(guān)鍵在于節(jié)能減排。

節(jié)能裝備產(chǎn)業(yè)，是調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要途徑，也是推動(dòng)節(jié)能減排，建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)的客觀要求。相信受政策驅(qū)動(dòng)影響，節(jié)能裝備行業(yè)將得到迎來(lái)進(jìn)一步發(fā)展的良機(jī)。

2015年是“十二五”收官之年，面對(duì)嚴(yán)峻的環(huán)境治理現(xiàn)狀，國(guó)家先后密集出臺(tái)了一系列相關(guān)法規(guī)政策：2015年1月1日，新《環(huán)保法》正式實(shí)施，作為環(huán)境領(lǐng)域的基本法，這是環(huán)保法實(shí)施25年來(lái)首次修訂。

針對(duì)目前環(huán)保領(lǐng)域“違法成本低、守法成本高”的現(xiàn)狀，通過(guò)“按日連續(xù)處罰”大幅提高了環(huán)境違法成本，同時(shí)引入連帶法律責(zé)任、拘留等更加嚴(yán)厲的處罰措施，使環(huán)境違法行為得到有效遏制。

Analysis and Treatment of GOV Abnormal Shutoff in Long Distance Natural Gas Pipelines

HOU Chao-bo，LIU Zhao，WANG Xv
（PetroChina Beijing Oil & Gas Control Center, Beijing 100007，China）

GOVs are widely used in long distance natural gas pipelines; however GOV abnormal Shutoff caused by Shafer pneumatic hydraulic actuator failure often occurs in recent years, which has a significant influence on stable running of long distance natural gas pipelines. In this paper, focusing on GOV abnormal shutoff, the composition structure and action principle of GOV were introduced. Then through selecting a typical case, reasons and treatment measures of GOV abnormal shutoff were discussed. At the end, some maintenance suggestions were put forward.

Long distance natural gas pipeline; GOV abnormal shutoff; Maintenance suggestions

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）10-2472-03

2015-05-06

侯超波（1988-），男，山西省運(yùn)城市人，碩士學(xué)位，2013年畢業(yè)于南開(kāi)大學(xué)，從事天然氣管道調(diào)控運(yùn)行工作。E-mail：boris_668@sina.com。