浅议小型集气站仪表风气源改进

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国石油西气东输管道公司粤桂管理处 作者:牟晓亮

  针对目前靖边气田集气站仪表风气源单一、漏点多、耗气量大,使用的氮气瓶更换频繁,存在气源中断,影响站内截断阀安全使用等情况,提出了新的仪表风气源供气方式,以经济、简单的设计思路,彻底解决了小型集气站的仪表风气源问题。

1、现状及问题

  截至目前,靖边气田已在多座集气站的进站区、外输区安装了紧急气动截断阀,其仪表风气源都为充装高压氮气的氮气瓶。集气站紧急气动截断阀的仪表风在运行过程中暴露出活接头、丝扣、截断阀本体、电磁阀及减压阀密封圈部件受环境温度变化频繁漏气等问题,氮气瓶的频繁更换增加了气田生产维护成本和员工的工作量,如不及时更换,生产过程中就会存在一定的安全隐患。

2、不同仪表风供气源的比较

  靖边气田集气站仪表风气源为0.6~0.8MPa的氮气,只要满足站内的仪表风气源压力,就可作为供气源。因此,使用氮气瓶、微型空气压缩机或集气站内天然气3种气源均可。

2.1、氮气瓶气源

  (1)氮气源供气工艺流程。氮气瓶作为站内仪表风气源(即动力气源),其瓶组高压氮气经供气总管减压阀降压至0.6MPa,降压后的氮气经管线连接到进站区和外输区紧急气动截断阀。氮气源供气流程见图1。

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图1 氮气源供气工艺流程示意图

  (2)氮气瓶作为仪表风气源的缺点。根据紧急气动截断阀的工作原理可知,只有开启和关闭时消耗氮气,运行过程不消耗氮气。现场试验发现,紧急气动截断系统出现泄漏点,暴露出活接头、丝扣、截断阀本体、电磁阀及减压阀密封圈部件受环境温度变化频繁漏气等问题。集气站紧急气动截断阀氮气消耗过快,平均1瓶氮气可使用10~15天,少数集气站1瓶氮气可使用2~3个月,约有8个集气站1瓶氮气只能使用3~5天。氮气瓶的频繁更换,增加了截断阀自动/手动转换次数,造成截断阀故障增多、使用寿命下降,进而增加了紧急气动截断阀的运行及维护成本。

  (3)解决措施。第一,仪表风管线与截断阀、电磁阀及氮气源接口尽量减少活接,使用生料带密封缠绕,对查明泄漏点及时整改。对肥皂泡查不出的漏点,使用其他验漏方法,如在仪表风气源中加入加臭剂或色素等示踪剂查找露点。第二,对因工作环境温度而使电磁阀、减压阀密封圈等部件塑性变形损坏,对紧急气动截断阀电磁阀、减压阀密封圈部件进行重新选型。

2.2、微型空气压缩机气源

  (1)微型空气压缩机的选型。目前,市场上的微型空气压缩机主要有往复式、螺杆式和离心式3种机型。往复式压缩机在国内微型机中技术较为成熟,费用较低,每座集气站配有外电和燃料发电机,故推荐选用电驱往复式空气压缩机。

  经调研,适合本站的微型空气压缩机根据排气量分3类机型:排气量\0.1m3/min;排气量\0.2m3/min;排气量\0.3m3/min。

  (2)供气工艺流程及技术要求。空气经过滤器进入空气压缩机,压缩后的空气经过冷干机后进入过滤器过滤,过滤后的空气进入空气储蓄罐储集,并进入站内仪表风总管。

  微型空气压缩机供气原理与氮气瓶供气原理类似,压缩后的空气替代氮气作为供气源向紧急气动截断阀供气;不同之处为当空气储气罐气量达到某一设定压力时,微型空气压缩机自动开启并向储气罐充气,达到某一设定压力后,微型空气压缩机自动关闭。微型空气压缩机供气系统中加入了冷干机、过滤器和减压阀,其作用是冷凝、干燥压缩后的空气,进一步过滤、调节压缩后空气压力。

  (3)空气压缩机理论开启频率计算。已知集气站站内紧急气动截断阀的理论耗气速度为1.5L/s,即每分钟消耗氮气90L,结合微型空气压缩机的相关性能参数,选择排气量为0.1m3/min的微型空气压缩机即可满足截断阀的气量需求。

  结合目前靖边气田集气站紧急气动截断阀氮气瓶使用周期,可得出微型空气压缩机理论开启频率公式

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  式中

  F为微型空气压缩机理论开启频率(h/次);

  Q1为微型空气压缩机储气罐压力下降到0.6MPa时的消耗气量(L);

  Q2为氮气瓶压力由12.5MPa下降到0.6MPa时的消耗气量(L);

  N为氮气瓶使用周期(d)。

  按1瓶氮气最少使用周期为15d计,且微型空气压缩机储气罐容积至少65L,排气压力为1.5MPa时,微型空气压缩机的理论开启频率计算结果如下

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  即微型空气压缩机至少每隔44.6h开启1次。

  (4)空气压缩机组的优点。第一,相比氮气瓶供气方式,微型空气压缩机供气方式的优点是压缩空气成本低廉,压缩的空气是取之不尽的,可以持续不间断地向紧急气动截断阀供气,减少了工作量,提高了工作效率,解决了站内仪表风漏气而引起的运行成本增加的问题。第二,空气压缩机理论开启频率低,避免频繁启动,降低了动设备的故障率,保证了集气站内仪表风系统运行的稳定。

2.3、集气站内自用气气源

  (1)站内天然气作为仪表风气源工艺流程。利用集气站内外输天然气作为仪表风气源,将外输区自用气管线增加调压器,适合仪表风压力的天然气连接到气源总管。

  (2)天然气作为仪表风气源的优点。其优点包括:1供气稳定;o整个供气流程中钢管连接都采用焊接方式,减少了活接头;。整个供气系统只有安装费用,运行成本低;。与微型空气压缩机相比,无需机械设备的维修与保养及专业技术人员的技术支持。

  (3)天然气作为仪表风气源的缺点。其缺点包括:1天然气是易燃、易爆气体,整个供气系统又不能保证"零"漏点,天然气泄露在空气中存在着安全隐患;2天然气中含水和H2S,会腐蚀紧急气动截断阀供气系统。

3、经济效益评价

  (1)氮气瓶作为气源年平均运行成本。由于集气站内仪表风系统存在漏气问题,平均每瓶氮气使用周期仅为15d,按目前每瓶氮气价格200元(含运输费用),集气站年平均运行320d计算,氮气瓶供气源年平均运行成本为4400元。

  针对集气站仪表风漏气问题加强整改,结合有效管理,集气站平均每瓶氮气的使用周期将会提升。根据不同氮气瓶使用周期,可得出不同氮气瓶供气源年平均运行成本(见表1)。

表1 不同工况下氮气瓶供气源年平均运行成本

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  (2)微型空气压缩机作为气源年平均运行成本。根据目前集气站紧急气动截断阀运行情况,V-0.1/15防爆型微型空气压缩机能够满足紧急气动截断阀的运行。增加微型空气压缩机设备购置费8700元(含干燥器、过滤器等配套设备),管线材料费用600元,施工费用2000元,年平均维护费用700元(过滤器等部件),若微型空气压缩机使用年限为15年,则年平均运行成本为1220元。

  (3)集气站内自用气供气源年平均运行成本。

  安装集气站内天然气仪表风气源系统费用约为8000元(含测爆仪),主要为一次性投资,日常消耗气量的费用可以忽略。

4、结语

  (1)分析以上集气站的3种仪表风气源,可以认为3种方式都能持续、稳定地为站内仪表风系统提供气源。

  (2)从经济方面考虑,站内天然气作为仪表风气源最为划算。

  (3)从安全、环保、经济综合角度考虑,微型空气压缩机供气源作为集气站仪表风气源是可行的。

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