1、天然氣集輸常見自動化儀表可靠性分析發(fā)布時間：2007-01-26 作者：陳智勇 點(diǎn)擊：3458 天然氣集輸是繼氣田勘探、開發(fā)和開采之后的一個非常重要的生產(chǎn)過程，廣義而言，它包括從井口開始，將天然氣通過管網(wǎng)收集起來，經(jīng)過預(yù)處理和其后的氣體凈化，最后成為合格的商品天然氣，并外輸至用戶的整個生產(chǎn)過程。天然氣的集輸包括采集和輸送兩部分，如氣田內(nèi)部集輸管網(wǎng)、井場、集氣站等單元工藝。集輸工藝集輸水平的高低，對降低天然氣生產(chǎn)成本、提高安全、平穩(wěn)供氣的可靠性及保護(hù)環(huán)境都有直接的影響。因此，它在天然氣工業(yè)中的作用十分重要。近幾年來，隨著新工藝、新技術(shù)的發(fā)展，在川東氣田天然氣采輸生產(chǎn)現(xiàn)場中采用了大量的自動化儀表，

2、極大地提高了企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平。但由于川渝地區(qū)大多數(shù)生產(chǎn)站場所處環(huán)境相對惡劣，對儀表的可靠性提出了更高的要求。因此，有必要對儀表的可靠性進(jìn)行綜合分析，有針對性地采取各種措施，切實(shí)保障儀表長期正常平穩(wěn)運(yùn)行，確保安全生產(chǎn)。1 天然氣集輸1.1 天然氣集輸系統(tǒng)天然氣集輸系統(tǒng)一般可分為以下幾個基本組成部分，即：采氣、集氣、配氣管線及輸氣干線；天然氣增壓站及天然氣凈化處理廠；集輸配氣場站；清管及防腐站。1.2 天然氣集輸工藝流程就川東氣田而言，絕大多數(shù)氣藏都屬于純氣藏，沒有凝析油生成，因此決定了其開采工藝和集輸設(shè)備的特點(diǎn)。1）單井站通常采用單井常溫分離工藝流程。天然氣從井中采出經(jīng)針形閥節(jié)流降壓、水套加熱

3、爐加熱，再經(jīng)二級節(jié)流降壓后進(jìn)入分離器，在分離器中分離游離水、凝析油和機(jī)械雜質(zhì)，氣體經(jīng)過計(jì)量后進(jìn)入集氣干線。從分離器分出的污水可回注入地層，或車輛運(yùn)輸至其他地方集中處理。2）集氣站當(dāng)多口井的天然氣集中在某一處進(jìn)行集中處理時，常把該站稱為集氣站。川東氣田因多屬純氣藏，故通常采用常溫集氣分離流程。一般只須在站內(nèi)進(jìn)行節(jié)流調(diào)壓和分離計(jì)量等操作，實(shí)現(xiàn)各氣井來的天然氣的節(jié)流調(diào)壓和分離計(jì)量。3）脫水站從地層采出的天然氣，通常處于被水飽和的狀態(tài)。處于液相的水，可通過分離器分離出來，但天然氣中含有的飽和水氣，就不能通過分離器分離。天然氣中水的存在，一定條件下會生成水合物，產(chǎn)生堵塞，影響生產(chǎn)。而且由于CO2、H2S

4、等酸性氣體的存在，由于液態(tài)水的存在，會造成管道和設(shè)備的腐蝕。因此，需要對天然氣進(jìn)行脫水處理。天然氣的脫水方法主要有低溫冷凝法、溶劑吸收脫水法、固體吸附脫水法等。因?yàn)槊撍畡┎慌c天然氣中的水分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只對水有很好的溶解能力，溶水后蒸氣壓很低、且可再生和循環(huán)使用的特點(diǎn)，故川東氣田采用了以三甘醇（TEG）為脫水劑的溶劑吸收脫水法。脫水站接收來自各集氣站的天然氣，經(jīng)過脫水后處理氣體進(jìn)入長輸干線，送往天然氣凈化廠凈化處理。4）增壓站氣田進(jìn)入后期開采，由于井口壓力低于集輸管網(wǎng)壓力，天然氣無法進(jìn)入管網(wǎng)。為提高采收率，充分利用資源，就有必要進(jìn)行增壓開采，增壓機(jī)將壓力低的井口來氣集中進(jìn)行增壓后送入集輸干線。

5、國內(nèi)多采用燃?xì)廨啓C(jī)增壓機(jī)組。5）配氣站天然氣從凈化廠輸出后，通過配氣站直接向民用或工業(yè)用戶供氣。配氣站是干線的終點(diǎn)，又是城市配氣的起點(diǎn)和總樞紐。天然氣在配氣站內(nèi)經(jīng)過分離、調(diào)壓、計(jì)量和添味后輸入配氣管網(wǎng)。2 天然氣集輸系統(tǒng)常見自動化儀表種類和測量對象生產(chǎn)現(xiàn)場的各類自動化儀表通常與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、RTU/PLC等站控系統(tǒng)配合使用，有的只進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測，有的還參與工藝控制。雖然它們型號不一、種類繁多，但一般會按以下原則來選擇：1） 輸出信號應(yīng)是標(biāo)準(zhǔn)信號，如4-20mA DC，1-5V DC標(biāo)準(zhǔn)信號；2） 防爆型電動儀表，有少量特殊要求的采用本質(zhì)安全型；3） 為便于維護(hù)，力求選型統(tǒng)一。以川東氣田為例，天然氣

6、采輸生產(chǎn)主要包括采氣、集氣、輸氣、脫水、增壓等工藝環(huán)節(jié)，根據(jù)按測量對象的不同來劃分，使用的自動化儀表主要有壓力、溫度、液位、氣體濃度等五類。2.1 壓力壓力變送器是壓力測量的主要儀表，從歷史發(fā)展來看，壓力變送器從早期的位移平衡式、力平衡式，發(fā)展到現(xiàn)在的電容式、單晶硅諧振式智能型變送器，不論從測量準(zhǔn)確性，還是儀表的可靠性，都有了飛速的進(jìn)步。目前在天然氣集輸生產(chǎn)中主要使用就是智能型壓力變送器，主要代表分別是ROSEMOUNT3051系列的電容式智能壓力變送器和橫河川儀EJA系列的單晶硅諧振式智能壓力變送器，用于測量天然氣開采、分離、調(diào)壓、計(jì)量、增壓、脫水等環(huán)節(jié)中的壓力（或差壓）、輸配氣壓力、清管壓

7、力、輸氣干線甚至用戶用氣壓力等壓力和差壓參數(shù)。相對于傳統(tǒng)的壓力變送器，智能變送器具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：1）穩(wěn)定性好，其穩(wěn)定性長達(dá)五年；精度高，可達(dá)±0.075%；量程范圍寬，為100:1。2）具有快速的動態(tài)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)更精確地測量與控制。3）加入了溫度測量來補(bǔ)償熱效應(yīng)，保證運(yùn)行期間信號的準(zhǔn)確性。4）適用于現(xiàn)場總線產(chǎn)品，使通訊更為簡化、可靠。2.2 溫度天然氣生產(chǎn)中主要使用的是兩類接觸式溫度測量儀表：熱電阻和熱電偶。熱電偶是以熱電效應(yīng)為基礎(chǔ)的測溫儀表，而熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測量的。從應(yīng)用范圍來看，熱電阻主要用于溫度較低介質(zhì)的測量，如管輸天然氣溫

8、度等；熱電偶主要用于溫度較高介質(zhì)的測量，如脫水裝置灼燒爐溫度等。由于天然氣集輸主要工藝流程大多采用的是常溫工藝，因此在使用中以熱電阻用量最大。工業(yè)熱電阻主要有銅熱電阻和鉑熱電阻兩類，基于靈敏性、穩(wěn)定性等方面的考慮，天然氣生產(chǎn)中大多使用了鎧裝鉑熱電阻。它和普通鉑電阻相比，在外型尺寸、相應(yīng)速度、抗震性能等方面具有更大的優(yōu)點(diǎn)。以川東氣田為例， Pt100型鉑熱電阻配溫度變送器是溫度測量儀表的主要搭配方式，用于測量生產(chǎn)過程中天然氣或其他介質(zhì)加壓、加熱、節(jié)流或計(jì)量時的溫度變化等。2.3 液位液位儀表主要采用了浮筒式、雷達(dá)式、差壓式液位變送器，用于測量分離器污水和脫水過程中甘醇液位。彈簧式和扭力管式浮筒液

9、位計(jì)是變浮力式液位計(jì)的典型代表，它們都是應(yīng)用變浮力原理，以浮筒作為敏感元件進(jìn)行液位測量的。所不同是，彈簧式浮筒液位計(jì)直接檢測的是彈簧在浮力變化下所引起垂直方向上的位移變化，而扭力管式浮筒液位計(jì)檢測的是扭力管在浮力變化下的角位移變化。差壓式液位計(jì)本質(zhì)上就是一臺差壓計(jì)。它是利用容器內(nèi)的液位變化時，由液柱產(chǎn)生的靜壓也相應(yīng)變化的原理而工作的。差壓式液位計(jì)主要有兩類，普通型和法蘭式，普通型直接接觸介質(zhì)，而法蘭式不直接接觸介質(zhì)，它主要用于測量具有腐蝕性或含有結(jié)晶顆粒以及粘度大、易凝固等液位。2.4 安全監(jiān)測石油天然氣屬于高危行業(yè)，確保工作人員的人身安全是重中之重。在生產(chǎn)過程中，由于天然氣組分的特點(diǎn)，有毒有

10、害氣體主要是甲烷和硫化氫，因此，防火和防中毒是安全監(jiān)測的主要目的。安全監(jiān)測儀表主要采用了可燃?xì)怏w檢測儀和硫化氫氣體檢測儀，用于檢測生產(chǎn)現(xiàn)場空氣中的可燃?xì)怏w和硫化氫等有毒有害氣體的濃度。按使用位置劃分，生產(chǎn)現(xiàn)場使用的氣體檢測儀有便攜式和固定式兩大類。對可燃?xì)怏w檢測儀而言，便攜式都采用的是催化燃燒型傳感器探頭，固定式則催化燃燒型和紅外型都有使用；對硫化氫氣體檢測儀而言，不論便攜式還是固定式，主要使用的是電化學(xué)型的傳感器探頭。3 可靠性3.1 分類可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃苑譃楣逃锌煽啃院褪褂每煽啃?。固有可靠性是產(chǎn)品早在規(guī)劃階段就確定了的可靠性指標(biāo)。如對儀

11、器儀表，常指輸出范圍、精度、線性度、失真度、分辨率、回差、重要性、靈敏度、漂移等。是產(chǎn)品本身具有的，并在生產(chǎn)的各階段得到確定。產(chǎn)品生產(chǎn)出來以后，要經(jīng)過包裝、運(yùn)輸、儲存、安裝、使用、維護(hù)保養(yǎng)及修理諸環(huán)節(jié)。在這些過程中，產(chǎn)品的可靠性會受到種種條件如環(huán)境、技術(shù)條件、維修方式的影響，使用中的誤操作等都將造成產(chǎn)品失效。這些環(huán)節(jié)中存在的可靠性稱為使用可靠性。從以上的定義和描述中我們可以看出，可靠只是一個相對的說法，離開了具體條件談?wù)摽煽啃允呛翢o意義的。固有可靠性和使用可靠性即相互依存，又相互影響，高指標(biāo)的固有可靠性提高了儀表使用的適應(yīng)性，而良好的使用可靠性是儀表固有性能發(fā)揮的重要保障。3.2 可靠性的影響

12、條件產(chǎn)品的可靠性只有在使用中得以實(shí)現(xiàn)，而對可靠性影響最大的就是前面提到的“規(guī)定的條件”的標(biāo)準(zhǔn)高低，“規(guī)定的條件”是產(chǎn)品可靠性定義中最重要又最容易忽略的部分，它有著廣泛的內(nèi)容，主要可分為：1） 環(huán)境條件環(huán)境條件是指能影響產(chǎn)品性能的環(huán)境特性?？芍饕譃樗念悾簹夂颦h(huán)境、生物和化學(xué)環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、電和電磁環(huán)境。天然氣采輸站場常位于地理位置偏僻、環(huán)境條件惡劣的地方，對儀表的氣候環(huán)境適應(yīng)能力和性能指標(biāo)都有很高的要求。最常見的例如溫度、濕度等指標(biāo)。而隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的電子儀表和設(shè)備采用了集成度很高的元器件，在提升技術(shù)指標(biāo)的同時，也對電磁環(huán)境要求提出了更高的要求。2） 動力條件 動力條件是指能影響產(chǎn)品性能的動力特性。一般分為：電源和流體源（包括氣源和液體源）。以天然氣為例，從地層中開采出來的天然氣往往含有砂和混入的鐵銹等固體雜質(zhì)，以及水、水蒸氣、硫化物和二氧化碳等有害物質(zhì)。砂和鐵銹等塵粒隨氣流運(yùn)動，會磨損管道和儀表的部件，甚至造成破壞；水在一定溫度和壓力條件下還能和天然氣中的某些組分生成水合物，造成冰堵；硫化物則會對管