密閉輸送管道泄壓閥壓力保護裝置的研究

密閉輸送管道泄壓閥壓力保護裝置的研究

2011年10月，大橋（番禺至北海）建成，年供油能力198公里，年銷售額3000萬噸。這是中國的最南端管道。目前主要擔負著從湛江港碼頭至北海煉化商儲庫區(qū)進口原油的接卸、輸送任務,常年采用常溫、密閉輸送方式。為防止管道末端——商儲庫區(qū)在頻繁切罐時的誤操作,引發(fā)水擊或閥門故障,導致管道憋壓的事故發(fā)生,確保管網(wǎng)的安全可靠運行,對湛北線應用的泄壓閥進行了選型分析。泄壓閥是密閉輸送管道中不可缺少的壓力保護裝置。當干線壓力高于泄壓閥設(shè)定泄放值時,泄壓閥開啟泄放,并將管道內(nèi)流體介質(zhì)泄放到儲備罐內(nèi),從而防止水擊發(fā)生和管道異常升壓所造成的管網(wǎng)及設(shè)備受損;當壓力恢復到低于設(shè)定的泄放壓力時,泄壓閥自動關(guān)閉,停止泄放。閥門關(guān)閉要平穩(wěn)沒有沖擊,工作不受其它外部因素影響,只與管道運行壓力變化有關(guān)。它是一個全自動閥門,可以根據(jù)管網(wǎng)輸送工藝的要求人為干預設(shè)定值和報警值,起到保護輸油管道和設(shè)備安全運行的作用。1軸流氮氣控制式泄壓閥按照輸油管網(wǎng)壓力保護要求,根據(jù)不同的保護對象可采用“超前保護”和“泄放保護”兩種方式。“超前保護”主要依賴SCADA系統(tǒng)的支持,“泄放保護”是被動式保護。隨著泄放保護設(shè)施——泄壓閥的更新發(fā)展,這種保護措施更加可靠和完善。在水擊過程中,泄壓閥可在壓力高于設(shè)備工作壓力之前,跟蹤壓力波并開啟泄放介質(zhì),降低其壓力峰值,當水擊壓力衰減后,它可以自動恢復關(guān)閉狀態(tài),達到管線自動連續(xù)保護的效果。泄壓閥不受外界條件,如電力、通訊因素的影響,自成體系,具有響應速度快、排量大、阻力小的優(yōu)點,還具備可靠啟閉控制的功能。近年來在我國部分輸油管網(wǎng)中引進采用的為美國丹尼爾公司、格羅夫公司、荷蘭莫克維迪公司生產(chǎn)的泄壓閥產(chǎn)品,隨著我國改革開放步伐的加快和油氣集輸管網(wǎng)的迅猛增多,國產(chǎn)軸流氮氣控制式泄壓閥,軸流先導式泄壓閥已相繼投放市場,并逐漸得到用戶的認可。泄壓閥主要有氮氣控制式和先導式兩種結(jié)構(gòu)。其中,先導式結(jié)構(gòu)泄壓閥適合應用在成品油及其它化工產(chǎn)品輸送管線,氮氣控制式結(jié)構(gòu)更適合應用于粘度較高和含有雜質(zhì)的原油輸送管道。氮氣控制式是以氮氣作為泄壓閥的啟閉控制動力,其系統(tǒng)配置有氮氣儲能瓶,優(yōu)點是壓力調(diào)整范圍寬,壓力設(shè)定簡單、穩(wěn)定、精度高,閥門啟閉不受輸送介質(zhì)性能影響。根據(jù)泄放裝置的特點,結(jié)合輸油管網(wǎng)壓力安全保護要求,在選擇壓力泄放保護裝置時應首先從考慮以下幾點:(1)應根據(jù)輸油管線設(shè)計規(guī)范所允許的管網(wǎng)壓力波動范圍、管線的運行工況進行水擊分析計算,確定超壓泄放保護裝置的設(shè)定泄放壓力點。(2)根據(jù)輸油管線的特點,應首選泄壓閥作為管線壓力泄放保護的安全裝置。因為它具有泄放流通量大,響應速度快,不產(chǎn)生二次水擊共振,能在超壓點把部分甚至全部液體泄放到常壓罐中,并且在水擊壓力泄放后自動恢復其正常關(guān)閉狀態(tài),從而為管網(wǎng)的安全運行提供持續(xù)保護。如果輸送粘度高或雜質(zhì)含量高的液體介質(zhì)如原油、漿液等介質(zhì),則宜選用氮氣控制式泄壓閥;如輸送較清潔的液體介質(zhì)如成品油及其它化工產(chǎn)品,則可考慮優(yōu)先選用先導式泄壓閥。(3)在泄壓閥的選型計算中除考慮其泄放量外,還應校核其泄放時的出口流速,確保其≤17.5m/s,避免泄放流速過高,產(chǎn)生汽蝕噪音和泄放管路振動。(4)泄壓閥的選用還應根據(jù)管線工藝運行要求,確定是以控制瞬變壓力的增壓速率為主,還是以控制瞬變壓力增壓幅值為主。如果是以控制增壓速率為主,則應采用帶有增壓速率控制器的泄壓閥,把增壓速率控制在0.14×105~0.4×105Pa/s。以達到既控制增壓速率又能控制增壓幅值的雙重功能。(5)根據(jù)實際使用工況,在工藝選型設(shè)計時需考慮檢修維護要求,可按一備一用的方式設(shè)置選用泄壓閥。2國內(nèi)外泄壓閥的應用當前實際應用的泄壓閥有國產(chǎn)和進口兩類。對國產(chǎn)WHXY41f/y氮氣控制式泄壓閥和美國M公司的同類設(shè)備進行比較,結(jié)果如表1。國產(chǎn)WHXY41f/y氮氣式泄壓閥投放市場以來,在南海油田潿州島處理站、大慶油田慶—哈原油管線、燕山石化滄—京—燕原油管線、新疆克—烏成品油管線、中石化西南成品油管線、長慶靖—咸原油管線、延長集團靖—榆成品油管線、定—靖管線、哈薩克斯坦扎納若爾原油管線等國內(nèi)外工程中大量使用。進口泄壓閥已在庫—善管線、格—拉成品油管線、蘭—成—渝成品油管線、西南成品油管線、港—棗成品油管線等工程中引進應用。綜上所述,國產(chǎn)WHXY41f/y氮氣式泄壓閥的各項性能指標與進口設(shè)備完全一致,價格僅為進口產(chǎn)品的40%,是進口產(chǎn)品的理想替代產(chǎn)品。3泄壓閥的安裝WHXY41F/Y氮氣控制式泄壓閥主閥由閥體、閥芯套、閥芯、閥座固定器、組合式閥座等部件構(gòu)成。泄壓系統(tǒng)由主閥、氮氣儲能瓶、氣體減壓器、壓力變送器、數(shù)值報警設(shè)定儀、節(jié)流閥等組成,結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)圖如圖2所示。氮氣控制式泄壓閥的工作主要依賴于對泄壓閥滑塞內(nèi)腔的壓力控制。當正常輸送時,滑塞在內(nèi)腔設(shè)定壓力作用下將緊緊地與主閥座貼合,使泄壓閥處于正常關(guān)閉狀態(tài)。當管線發(fā)生異常壓力升高,超過其滑塞內(nèi)腔所設(shè)定的安全控制壓力時,在壓差的作用下滑塞打開,通過滑塞外腔開始泄壓,迅速、有效地泄放主管道的超高壓力,使原油通過泄壓閥泄放至備用儲油罐。當管線壓力恢復至正常工作壓力時,滑塞與閥座緊緊貼合,恢復關(guān)閉狀態(tài)停止泄放,管線恢復正常輸送。根據(jù)泄壓閥的結(jié)構(gòu)及功能要求:在安裝使用時一定要對照安裝使用手冊要求,將泄壓閥安裝在系統(tǒng)能敏感覺察壓力升高的部位;并按泄壓閥閥體上箭頭指示的安裝方向,確保泄壓閥的安裝方向正確;泄壓閥的前段應安裝閘閥,以滿足檢修需要,使用時保持常開狀態(tài),后端應安裝單向止回閥,防止備用油罐內(nèi)原油反串至泄壓系統(tǒng)。安裝完成后,對其氮氣系統(tǒng)的各個連接部位進行仔細檢查,不允許有任何滲漏。泄壓閥應根據(jù)輸送介質(zhì)的潔凈情況至少一年內(nèi)人為全開泄放一次,以排除管道正常運行中積沉在泄壓閥前的臟污介質(zhì),避免其在泄壓閥小開度泄壓的情況下對滑塞密封部位和閥座密封環(huán)的破壞。要經(jīng)常檢查泄放管道的通暢情況,以免臟物堵塞泄放管路,造成泄壓閥失效。在管道吹掃時應將泄壓閥前的檢修閘閥關(guān)閉。以免粗大臟污顆粒堆積在泄壓閥進口處,造成泄壓運行時卡阻,使泄壓閥不能正常關(guān)閉。定期檢查作為泄壓閥外界能源的氮氣儲能瓶的壓力,如壓力低于設(shè)定的泄放控制壓力,應及時更換氣瓶或補齊。如果泄壓閥用于貿(mào)易交接的油品管道上,且安裝在流量計之前,交接雙方應提前達成協(xié)議,對高壓泄放的原油計量結(jié)算采用泄壓閥專用計量油罐液位變化的靜態(tài)計量為準。4放空閥的應用隨著我國改革開放步伐的加快和油氣集輸管網(wǎng)的迅猛發(fā)展,國產(chǎn)泄壓閥的發(fā)展也大大加快。國產(chǎn)軸流氮氣控制式泄壓閥、軸流先導式泄壓閥、雙功泄壓閥已相繼投產(chǎn)并取代進口產(chǎn)品,成功應用在