一種天然氣調壓站系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于所述天然氣調壓站系統(tǒng)包括依次連接的入口絕緣與火警切斷單元、旋風分離單元、過濾分離單元、計量單元、調壓單元、出口單元。調壓站距離燃氣用戶比較遠，天然氣調壓站系統(tǒng)在燃氣用戶之前設置前置模塊，所述前置模塊包括前置計量單元、前置精過濾單元和前置絕緣與火警切斷單元。本發(fā)明的優(yōu)點在于：降低投資和運行成本，提高了供應天然氣的穩(wěn)定性和安全性，針對燃氣用戶的用氣特點及上游氣源參數(shù)，考慮加熱單元和前置單元的同時又配備了齊全的輔助設施，保證了調壓站系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，滿足了燃氣用戶對天然氣參數(shù)精確度高、響應迅速的要求。
【專利說明】-種天然氣調壓站系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及天然氣應用【技術領域】，具體的說是一種對天然氣進行調壓（增壓）、計 量、控制和輸送的天然氣調壓站系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 隨著我國石油和煤的儲量不斷減少，而一次性能源中天然氣占比太?。ㄐ∮?%)， 低碳發(fā)展要求中國未來20年天然氣占到一次能源的15%?20%，替代煤成為主要的城市一 次能源和工業(yè)燃料。2011年10月國家發(fā)展改革委、財政部、住房城鄉(xiāng)建設部、國家能源局聯(lián) 合發(fā)布了《關于發(fā)展天然氣分布式能源的指導意見》，詳述了發(fā)展分布式能源的重要意義和 政策措施等。
[0003] 天然氣是一種埋藏于地下的可燃性氣體，無色無味，主要成分中85?95%為甲烷 (CH4)，比重輕于空氣，并在空氣中擴散迅速，屬可燃可爆性氣體。天然氣燃燒過程中，產生 的污染物較少，燃燒之后也沒有廢渣、廢水。與煤炭等黑色能源相比，所產生的氮化物、一氧 化碳、可吸入懸浮微粒極少，幾乎不產生二氧化硫，二氧化碳的排放為煤的40%左右。天然 氣利用效率高，利于環(huán)境保護，然而天然氣利用尚處于起步階段，對天然氣調壓站還沒有一 個統(tǒng)一的形式，這就可能會造成燃氣用戶入口的天然氣參數(shù)狀態(tài)不穩(wěn)定或者不能根據(jù)用戶 工作狀態(tài)的變化迅速響應，直接影響了用戶設備的安全運行，增加了檢修成本，也降低了燃 氣場站設備的使用壽命，進而使得投資及運行成本過高。所以迫切需求一種新型的天然氣 調壓站系統(tǒng)。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種新型的天然氣調壓站系統(tǒng)，使得天然氣調壓站輸出的 燃氣能滿足如下要求：清潔的燃氣，燃氣中不含液態(tài)烴；燃氣溫度大于露點溫度；控制燃氣 壓力以保證燃氣用戶的正常需求；燃氣用戶工作狀態(tài)變化時能夠響應迅速；計量精確；提 供足夠的運行安全保護。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是：一種天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于所 述天然氣調壓站系統(tǒng)包括依次連接的入口絕緣與火警切斷單元、旋風分離單元、過濾分離 單元、計量單元、調壓單元、出口單元。調壓站距離燃氣用戶比較遠，天然氣調壓站系統(tǒng)在燃 氣用戶之前設置前置模塊，所述前置模塊包括前置計量單元、前置精過濾單元和前置絕緣 與火警切斷單元。旋風分離單元、過濾分離單元和前置精過濾單元的排污口均通過管道連 接到集污單元。所述入口絕緣與火警切斷單元、旋風分離單元、過濾分離單元、調壓單元、 出口單元、前置精過濾單元和前置絕緣與火警切斷單元均設置放散管路連接至天然氣發(fā)散 塔。所述入口絕緣與火警切斷單元及前置絕緣與火警切斷單元分別包括設置在進出口的絕 緣接頭、壓力參數(shù)、溫度參數(shù)的現(xiàn)場顯示表計及數(shù)據(jù)遠傳的傳感器，同時設置火警緊急切斷 閥。在計量單元和穩(wěn)壓模塊之間還設置有加熱單元，加熱單元為水浴爐、電加熱器或雙層管 式換熱器。調壓單元包括穩(wěn)壓模塊和增壓模塊。該調壓單元由工作壓力調整支路及備用壓 力調整支路構成，所述工作壓力調整支路及備用壓力調整支路均設置有工作調壓器、監(jiān)控 調壓器、緊急切斷閥、微流量放散閥，所述工作調壓器。所述出口單元包括緊急切斷閥和絕 緣接頭。
[0006] 上游氣源經過入口絕緣與火警切斷單元后首先進入旋風分離單元，經過初步分離 后，天然氣進入過濾分離單元，對天然氣進行精密過濾分離，隨后分離出的清潔天然氣進入 計量單元，計量完畢后將進入加熱單元，因為天然氣在壓力降低的同時伴隨著溫度降低，若 調壓前后壓降太大會使天然氣溫降也很大，調壓后溫度低于水露點、烴露點或造成元器件 及管道發(fā)生冰堵現(xiàn)象，影響系統(tǒng)正常運行，所以可根據(jù)壓降情況和進口溫度選擇是否設計 加熱單元。接下來天然氣進入調壓單元，可根據(jù)壓力降的大小和調壓設備的性能選擇調壓 的級數(shù)。在這個階段的燃氣經過過濾、計量、調壓已符合了燃氣用戶的進氣要求，天然氣通 過出口單元接至主廠房。一般情況下調壓站距離燃氣用戶比較遠，燃氣用戶之前設置前置 模塊，包括前置計量、前置精過濾、性能加熱器等。天然氣經過前置單元后進入燃氣用戶，實 現(xiàn)對燃氣用戶穩(wěn)定持續(xù)的供氣。同時調壓站系統(tǒng)設置集污單元、氮氣置換系統(tǒng)、放散系統(tǒng)及 相關的儀表控制等輔助設施。
[0007] 本發(fā)明特別涉及進入燃氣用戶之前的燃料氣處理，提出了調壓站的功能設計，包 括天然氣加熱、計量、除液、過濾、壓力調節(jié)、天然氣分配、排放、排污、在線監(jiān)測及安全監(jiān)測、 電氣控制設施。此專利中的燃氣用戶是指城市燃氣、工業(yè)燃料、天然氣發(fā)電和天然氣化工， 共四大類。本發(fā)明的優(yōu)點在于：對燃氣用戶的天然氣供應有針對性，降低投資和運行成本， 提高了供應天然氣的穩(wěn)定性和安全性，針對燃氣用戶的用氣特點及上游氣源參數(shù)，考慮加 熱單元和前置單元的同時又配備了齊全的輔助設施，即保證了調壓站系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運 行，又滿足了燃氣用戶對天然氣參數(shù)精確度高、響應迅速的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明新型的天然氣調壓站系統(tǒng)流程圖。

【具體實施方式】
[0009] 天燃氣調壓站的功能是提供持續(xù)、穩(wěn)定的符合燃氣用戶流量、壓力、溫度等要求的 天然氣。如有火災等情況發(fā)生，調壓站能夠迅速切斷。調壓站有足夠的放散及緩沖措施，以 削弱由于燃氣用戶氣流量驟變而對調壓站造成沖擊。調壓支路之間進行切換時，應避免有 大的壓力波動。本發(fā)明的工藝流程如圖1中所示。
[0010] 入口絕緣與火警切斷單元1主要由絕緣接頭、火警切斷閥門、溫度傳感器、壓力傳 感器等組成。絕緣接頭主要是避免埋地輸氣管道的電化學腐蝕對調壓站的影響；入口單元 的壓力，溫度通過現(xiàn)場儀表就地指示，壓力變送器和溫度變送器則達到了信號遠傳和記錄 的目的，實現(xiàn)DCS系統(tǒng)監(jiān)控?；鹁o急切斷閥為氣動操作，可以瞬間切斷供氣，目的為實現(xiàn) 火災時緊急切斷，該閥門動作時間一般小于1秒。
[0011] 旋風分離單元2中的主要設備為多管微旋流過濾分離器，因進入到調壓站的天然 氣中可能含有固體雜質和液體雜質。這些雜質可以通過多管微旋流過濾分離器清除。所述 多管微旋流過濾分離器采用 申請人:在先申請的申請?zhí)枮镃N201210531133. 2的多管微旋流 過濾分離器，該多管微旋流過濾分離器的具體結構在此不再贅述。該設備核心部分為微旋 子組件，顆粒由于離心力的作用克服氣流的阻力向壁面運動，達到壁面附近后，由于邊界層 內較小的湍流，顆粒會沿著壁面進入排污管排除；能99. 5%分離掉大于1〇μ的固體或液體 微粒。多管微旋流過濾分離器的進出口均配置一個氣動隔離球閥，以便設備的清理和檢修， 在隔離閥上配置一路手動旁路，以便首次注入天然氣時，慢慢地注入管道。該單元設有旁路 閥。
[0012] 過濾分離單元3的主要設備是過濾分離器，一般情況下為一用一備，每臺過濾分 離器出力為系統(tǒng)流量的110%-120%。進入到調壓站的天然氣通過旋風分離單元1的處理之 后，可能還含有一定的固體雜質和液體雜質。這些雜質可以通過過濾分離器清除。天然氣 穿過過濾元件，細小固體微粒和霧氣在這里被濾元截除。干凈的氣體流出過濾分離器。過 濾分離器的過濾精度及過濾效率為：對5 μ以上的顆粒要求清除效率達到100%，當顆粒為 3-5 μ m時，除塵效率應不小于99. 9%，當塵粒在2-3 μ m范圍時，過濾效率應不小于99. 5%， 當塵粒在0. 5-2 μ m范圍時，過濾效率應不小于95%。過濾分離器的進出口均配置二個氣動 隔離球閥實現(xiàn)雙閥隔斷，雙閥中間設有放散管路，方便過濾分離裝置的清理和檢修。在隔 離閥上同樣配置了手動旁路，以便首次注入天然氣時，慢慢地注入管道。每臺過濾器設置 1套差壓監(jiān)控系統(tǒng)(差壓變送器)，用于指示過濾器進出口的差壓，該差壓值表示過濾器內濾 芯的污染程度，因為濾芯的污染程度越高，天然氣的流通能力越小，阻力就越大，也就是過 濾器的前后壓差就越大；在正常的運行過程中，差壓值應在15(T550 mbar，當差壓值大于 550mbar時系統(tǒng)會報警，提醒工作人員更換濾芯，從而保證過濾器的過濾效率。該系統(tǒng)設置 兩臺過濾器，采用一用一備，當運行的過濾器更換濾芯時，應先切換到備用的過濾器。每臺 配置一臺磁翻板液位計，液位計上配有高高液位開關、高液位開關、低液位開關。受高、低液 位開關控制實現(xiàn)自動排污；在正常的操作情況下，過濾器內的污液通過液位開關發(fā)出信號 給PLC，PLC控制電磁閥開關動作，進而來控制自動排污閥的動作。電磁閥為常失電狀態(tài)，當 液位達到高液位值時，自動排污閥開啟，將污液排放至冷凝液儲罐；在排放過程中，當液位 達到低液位值時，自動排污閥關閉；自動排污閥設置一路旁路，該旁路用于自動排污系統(tǒng) 故障情況下的手動排污，當液位達到高液位并持續(xù)報警，說明自動排污故障，PLC報警，這時 操作人員需馬上到現(xiàn)場檢查實際液位，同時打開相應的旁路排污閥，將污液排放至儲罐。排 放結束后，檢查系統(tǒng)，將報警問題解決。
[0013] 計量單元4的作用主要是通過流量計對進入調壓站的天然氣進行精確的流量計 量，以實現(xiàn)商業(yè)結算。計量系統(tǒng)的基本構成為氣體超聲波流量計，流量計算機，氣相色譜 分析儀。利用超聲波在管道內傳輸?shù)臅r差來實現(xiàn)對氣體的計量；采用流量計算機完成標準 體積流量（101. 325kPa，20°C )、質量流量等瞬時流量的計算和累積流量計算。氣相色譜分析 儀典型應用可以分析到C6+ (-個周期180-240秒），主要提供熱值，相對密度，和氣體組分 數(shù)據(jù)給流量計算機，從而得到天然氣的燃燒能量值。系統(tǒng)配置時需注意流量計安裝空間要 求大，直管段可達前10DN，后;色譜裝置取樣部分一般安裝在現(xiàn)場，控制器（控制及數(shù)據(jù) 處理）可以放在現(xiàn)場（防爆結構）或室內。
[0014] 加熱單元5,調壓站的主要功能是將上游供氣管道的天然氣降壓穩(wěn)壓以滿足燃氣 用戶對天然氣的壓力要求，但是根據(jù)焦耳-湯姆森效應，因為天然氣經過調壓站時壓力降 低導致溫度降低，若調壓前后壓降太大會使天然氣溫降也很大，調壓后溫度低于水露點、烴 露點或造成元器件及管道發(fā)生冰堵現(xiàn)象，影響系統(tǒng)正常運行，所以可根據(jù)壓降情況和進口 溫度選擇是否設計加熱單元。加熱設備可選用水浴爐、電加熱器或雙層管式換熱器等設備。 加熱單元5設置在調壓單元6的前端。
[0015] 調壓單元6,調壓單元包括減壓模塊或穩(wěn)壓模塊加增壓模塊。該調壓單元設置兩套 單機容量100%的調壓系統(tǒng)，由工作壓力調整支路及備用壓力調整支路構成。工作壓力調整 支路由工作調壓器、監(jiān)控調壓器、緊急切斷閥、微流量放散閥構成。當工作調壓路失效或因 維護保養(yǎng)而關閉時，可自動切換到備用調壓路繼續(xù)工作。工作調壓器后和監(jiān)控調壓器后設 置有就地壓力指示。備用調壓路組成與工作調壓支路一致，也可只采用一個工作調壓器，調 壓器選用自力式調壓器。每條調壓支路設置就地壓力指示、手動放散閥、手動排污閥，前后 設置隔斷閥。隔斷閥設置有開啟緩注閥。當燃氣壓力較低不能滿足燃氣用戶入口壓力要求 時，調壓站需對天然氣進行增壓。增壓機一般采用活塞壓縮機、螺桿或離心壓縮機。壓縮機 采用高壓防爆型電動機驅動。由于被壓縮的氣體為有毒、易燃、易爆流體，在正常運行期間， 壓縮機軸密封應保證該氣體不泄漏至大氣中，壓縮機軸端采用干氣密封系統(tǒng)。為控制出口 天然氣流量、溫度，壓縮機組還需配置回流閥及回流冷卻器。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的一 個實施例，調壓單元6還可包括穩(wěn)壓模塊6a加增壓模塊6b，穩(wěn)壓模塊即對進入增壓模塊之 前的燃氣進行調節(jié)，使其壓力穩(wěn)定在一個數(shù)值，然后再進入增壓模塊。
[0016] 調壓站出口單元7主要由緊急切斷閥和絕緣接頭構成，同時設置放散閥用于維護 時迅速放散下游設備和管線中的燃氣。出口段設置有壓力變送器、溫度變送器，用于將調壓 站的出口壓力溫度信號傳送到DCS系統(tǒng)中。
[0017] 燃氣經過上述7個單元后，在性能參數(shù)上已經符合了燃氣用戶的技術要求。但是 一般情況下調壓站距離燃氣用戶比較遠，這就需要在燃氣用戶附近加一個前置單元，前置 單元由前置計量單元8a、前置精過濾單元8b等構成。前置計量單元8a實現(xiàn)單臺燃氣用戶 的商業(yè)計量的對比作用。前置精過濾單元8b對進入燃氣用戶的燃氣進行最終過濾，確保燃 氣用戶用氣的安全性。前置單元也可設置前置絕緣與火警切斷單元8c，該前置絕緣與火警 切斷單元8c設置有火警切斷閥用于緊急狀況下切斷燃氣用戶的供氣，緊急切斷閥的驅動 裝置為氣動，可以通過就地手動開關操作，也可通過遠程操作，在至燃氣用戶天然氣管段發(fā) 生火警的情況下緊急安全關斷，與火警報警系統(tǒng)聯(lián)鎖。
[0018] 在本調壓站系統(tǒng)的主要單元均設置了放散管路，與天然氣放散塔9相連。放散管 路設置自動放散閥，自動放散閥與緊急安全切斷閥聯(lián)鎖，當緊急安全切斷閥關閉時，自動放 散閥即刻啟動。放散閥是一種快速開啟、關閉閥。
[0019] 在旋風分離單元2、過濾分離單元3、前置精過濾單元8b中排出的天然氣的廢液均 通過管道輸送到集污單元10。
[0020] 本系統(tǒng)配置了氮氣置換系統(tǒng)11，以便根據(jù)要求對系統(tǒng)進行氮氣吹掃和置換。為了 對某一部分進行吹掃和氣體置換，首先要將該部分從調壓站系統(tǒng)中解列出來，即通過隔離 閥將該部分解列出來，打開排氣閥，將管道排空，將氮氣通過氮氣接口送入管道，完成氮氣 置換過程。
[0021] 系統(tǒng)設置有檢測天然氣泄漏的報警裝置、各種控制儀表等確保調壓站安全可靠運 行。
[0022] 以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明具體實施只局限于上述這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術領域】的普通技術人員來說， 在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明 的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于所述天然氣調壓站系統(tǒng)包括依次連接的入口絕 緣與火警切斷單元、旋風分離單元、過濾分離單元、計量單元、調壓單元、出口單元。
2. 如權利要求1所述的天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于所述天然氣調壓站系統(tǒng)還設置 前置模塊，所述前置模塊包括前置計量單元、前置精過濾單元和前置絕緣與火警切斷單元。
3. 如權利要求1所述的天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于旋風分離單元、過濾分離單元 和前置精過濾單元的排污口均通過管道連接到集污單元。
4. 如權利要求1所述的天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于所述入口絕緣與火警切斷單元 及前置絕緣與火警切斷單元分別包括設置在進出口的絕緣接頭、壓力參數(shù)、溫度參數(shù)的現(xiàn) 場顯示表計及數(shù)據(jù)遠傳的傳感器，同時設置火警緊急切斷閥。
5. 如權利要求4所述的天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于所述入口絕緣與火警切斷單 元、旋風分離單元、過濾分離單元、調壓單元、出口單元、前置精過濾單元和前置絕緣與火警 切斷單元均設置放散管路連接至天然氣發(fā)散塔。
6. 如權利要求5所述的天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于放散管路設置自動放散閥，自 動放散閥與緊急安全切斷閥聯(lián)鎖，當緊急安全切斷閥關閉時，自動放散閥即刻啟動。
7. 如權利要求1所述的天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于在計量單元和穩(wěn)壓模塊之間還 設置有加熱單元，加熱單元為水浴爐、電加熱器或雙層管式換熱器。
8. 如權利要求1所述的天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于該調壓單元由工作壓力調整支 路及備用壓力調整支路構成，所述工作壓力調整支路及備用壓力調整支路均設置有工作調 壓器、監(jiān)控調壓器、緊急切斷閥、微流量放散閥，所述工作調壓器。
9. 如權利要求1所述的天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于所述出口單元包括緊急切斷閥 和絕緣接頭。
10. 根據(jù)權利要求4所述的天然氣調壓站系統(tǒng)，其特征在于過濾分離單元設置有過濾 分離器，所述過濾分離器進出口均配置二個氣動隔離球閥實現(xiàn)雙閥隔斷，二個氣動隔離球 閥中間設有放散管路。
【文檔編號】F17D3/01GK104100836SQ201410050802
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權日:2014年2月14日
【發(fā)明者】丁興江 申請人:上海巴安水務股份有限公司