申请/专利权人：中国石油工程建设有限公司;中国石油天然气集团有限公司

申请日：2018-03-13

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN108317398B

主分类号：F17D3/01

分类号：F17D3/01

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2021.02.26#专利申请权的转移;2018.08.17#实质审查的生效;2018.07.24#公开

摘要：本发明公开了一种液态乙烷输送管道压力保护系统及方法，系统包括在各处干线泵或阀门旁通上并行设置的正向压力泄放系统和反向压力泄放系统。本发明将液态乙烷管道中受泵或干线阀门动作引起的泵或阀门前压力增量，或者受温度升高引起的隔离段压力增量，通过激发泵或阀门旁路上安装的泄放装置，自动泄放至相邻的上下游干线中，以避免超压介质进入大气，且限定各管段的最高操作压力。本发明不仅消除了管道瞬态运行下的水击超压问题，也避免了管道停输后介质地温影响发生体积变化而产生对管道强度的影响，超压介质泄放后不排出系统，降低了附属设施的投资，安全、环保、节能的效果。

主权项：1.一种液态乙烷输送管道压力保护系统，其特征在于：包括在各处干线泵或阀门旁通上并行设置的正向压力泄放系统和反向压力泄放系统，以及在管道系统的上游和下游设置的超压介质储罐；所述正向压力泄放系统包括设置在主管泵或阀门旁路短节上的温度传感器和压力传感器，以及与主管泵或阀门旁路短节连接的球阀、正向压力泄放阀和限流孔板；所述反向压力泄放系统包括设置在主管泵或阀门旁路短节上的温度传感器和压力传感器，以及与主管泵或阀门旁路短节连接的球阀、反向压力泄放阀和限流孔板；所述正向压力泄放系统为并行设置的两套，每套包括从上游至下游依次设置的第一球阀、正向压力泄放阀、限流孔板和第二球阀，在第一球阀和正向压力泄放阀之间的旁路短节上依次设置第一压力传感器和第一温度传感器，在限流孔板和第二球阀之间的旁路短节上依次设置第二压力传感器和第二温度传感器；所述反向压力泄放系统包括从下游至上游依次设置的第三球阀、反向压力泄放阀、限流孔板和第四球阀，在第三球阀和反向压力泄放阀之间的旁路短节上依次设置第三压力传感器和第三温度传感器，在限流孔板和第四球阀之间的旁路短节上依次设置第四压力传感器和第四温度传感器。

全文数据：一种液态乙烷输送管道压力保护系统及方法技术领域[0001]本发明涉及一种液态乙烷输送管道压力保护系统及方法。背景技术[0002]近年来，石油天然气开采和石油化工行业快速发展，凝析气田大力开发，天然气附属产品提取工艺不断发展，天然气液烃NGL的来源、加工和销售日益增加。[0003]液态乙烷的化学成分主要是甲烷、乙烷及丙烷等，其中乙烷的摩尔分数可达到95%左右。典型的液态乙烷混合物泡点极低（-80°C，常压下），临界温度在25〜35。：左右，因此发生泄漏后，极易汽化。液态乙烷蒸发潜热较大，挥发时大量吸热，易造成接触人群冻伤;同时，液态乙烷具有较高的热膨胀性。[0004]目前，普通油品管道采用的超压保护方法主要集中于对易超压管段位置设置水击泄放阀和储罐以及采用管道强度保护这两种思路。设置水击泄放阀是最直接的液相产品超压泄放方式，介质经泄压阀进入外设储罐，以降低管道压力，介质在储罐内储存，这种方式具有直接的保护效果，泄放阀在压力超过设定压力后自动开启；管道强度保护法是通过预先判断的管道可能发生的最极端压力，考虑采用提高系统设计压力的方式进行压力保护，这种方式在正确预测最高压力后具有可行性。[0005]对于液态乙烷输送管道，上述两种压力保护方法存在各自缺点：对于水击泄放阀和储罐的方法，鉴于液态乙烷在常温下较高的饱和蒸汽压，储罐需采取带压设计原则，这提高了储罐的制造难度和成本，同时也对偏远地区储罐安全提出了挑战;对于管道强度保护的方法，如前所述，正确判断极端压力是保证管道安全的前提，且对于大口径管道，提高设计压力可能引起管道成本大幅提升。[0006]目前，关于液态乙烷管道输送的专题水击泄放研究甚少，合理的水击控制方法有待深入探索，同时，此类具有较高膨胀性介质的温度引起超压防治措施也有待发展。发明内容[0007]为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种液态乙烷输送管道压力保护系统及方法，以保证液态乙烷管道在极端工况下能够快速泄压至设计操作工况，保证管道系统安全。[0008]本发明所采用的技术方案是：一种液态乙烷输送管道压力保护系统，包括在各处干线栗或阀门旁通上并行设置的正向压力泄放系统和反向压力泄放系统，以及在管道系统的上游和下游设置的超压介质储罐;所述正向压力泄放系统包括设置在主管栗或阀门旁路短节上的温度传感器和压力传感器，以及与主管泵或阀门旁路短节连接的球阀、正向压力泄放阀和限流孔板;所述反向压力泄放系统包括设置在主管泵或阀门旁路短节上的温度传感器和压力传感器，以及与主管栗或阀门旁路短节连接的球阀、反向压力泄放阀和限流孔板。[0009]本发明还提供了一种液态乙烷输送管道压力保护方法，包括如下内容：[0010]1在各处干线泵或阀门旁通上并行设置正向压力泄放系统和反向压力泄放系统，并根据管道运行中可能出现的最高允许压力，设定各正向压力泄放阀和反向压力泄放阀的设定压力；[0011]2当官道中某处阀门关闭引起水击，且超过该处正向压力泄放阀的设定压力时，超压介质通过该处正向压力泄放阀进入下游管道；[0012]3当管道中某处出现停输升温引起压力升高，且超过该处正向压力泄放阀或反向压力泄放阀的设定压力时，超压介质通过该处正向压力泄放阀或反向压力泄放阀进入下游或上游管道；[0013]4当接收泄放介质的下游或上游管道同样存在阀门关闭的情况，且同时出现超压时，则对应该阀门处的正向压力泄放阀或反向压力泄放阀开启，超压介质继续进入临近管段，直至最终进入管道系统上游和下游设置的超压介质储罐。[0014]与现有技术相比，本发明的积极效果是:本发明在深入分析液态乙烷管道超压工况的情况下，在引起水击和系统隔离的干线截断阀前后设置泄压旁通，以实现管道全线最高压力可控2世放介质进入相邻管路，避免设置水击泄放及储存设施等功能。本发明将液态乙烷管道中受栗或干线阀门动作引起的泵或阀门前压力增量，或者受温度升高引起的隔离段压力增量，通过激发泵或阀门旁路上安装的泄放装置，自动泄放至相邻的上下游干线中，以避免超压介质进入大气，且限定各管段的最高操作压力；设置正向、反向泄放系统，可满足压力波动下管道的压力平衡。本发明适用于液态乙烷输送管道系统，不仅消除了管道瞬态运行下的水击超压问题，也避免了管道停输后介质地温影响发生体积变化而产生对管道强度的影响，超压介质泄放后不排出系统，降低了附属设施的投资，达到了达到了安全、环保、节能的效果。[0015]具体表现如下：[0016]1压力安全：[0017]正向压力泄放系统和反向压力泄放系统安装于干线阀门旁通管路，为干线管道提供了阀门关闭后的压力泄放通道，超压介质经旁路泄放至临近管路中；泄放系统压力保证管道任意时刻压力操作条件低于管道设计压力;旁路上设置截断球阀，提供定期校准压力泄放阀的条件。[0018]2保护适当：[0019]设置的正向压力泄放系统和反向压力泄放系统包括了压力泄放阀和限流孔板，同时起到了泄压和限流的效果，设置的并行正向（或反向）压力泄放系统，进一步起到了分流的作用，最大程度降低了因泄放阀回坐响应时间过长造成的上游压力过度降低。[0020]⑶冗余足够：[0021]设置的并行正向（或反向）压力泄放系统具备较大的泄放负荷裕量，提供了足够的安全冗余。[0022]⑷经济性好：[0023]采用旁通将超压介质泄放至临近管道的方法，可免去设置外置泄放罐或提高管道设计压力的考虑，亦省去泄放罐区防火、安全、管理的设计，节省了大量人力、物力。[0024]5全系统协同：[0025]设置的正向压力泄放系统和反向压力泄放系统安装在管道每一处干线阀门旁通上，在某处超压泄放后，泄放介质通过剩余管道容量和首站末站储罐共同消化。[0026]⑹避免相邻管道低温：[0027]设置的正向压力泄放系统和反向压力泄放系统在水击工况下，将高压管路介质泄放至相邻管路，缓解相邻管路受减压波影响发生气液分离、管道低温等问题。附图说明[0028]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：[0029]图1为本发明的液态乙烷输送管道压力保护系统的示意图；[0030]图2为本发明的液态乙烷输送管道全系统压力保护的示意图。具体实施方式[0031]一种液态乙烷输送管道压力保护系统，如图1所示，包括:旁路短节1、球阀2、压力变送器3、温度变送器4、正向第一列压力泄放阀5、限流孔板6、压力变送器7、温度变送器8、球阀9、排液阀组10、球阀12、压力变送器13、温度变送器14、正向第二列压力泄放阀15、限流孔板16、压力变送器17、温度变送器18、球阀19、排液阀组20、球阀22、压力变送器23、温度变送器24、反向压力泄放阀25、限流孔板26、压力变送器27、温度变送器28、球阀29、排液阀组30〇[0032]本发明的液态乙烷输送管道全系统压力保护的示意图如图2所示，在全线输送管道的不同干线泵或阀门（B、C、〜.、N处，均设置此类正向压力泄放系统和反向压力泄放系统，构成超压后的旁通通路，上游连接上游储罐A，下游连接下游储罐X。[0033]其中：[0034]球阀2、压力变送器3、温度变送器4、正向第一列压力泄放阀5、限流孔板6、压力变送器7、温度变送器8、球阀9、排液阀组10组成正向第一列压力泄放系统a，负责将上游管道100的超压介质泄放至下游管道102;球阀12、压力变送器13、温度变送器14、正向第二列压力泄放阀15、限流孔板16、压力变送器17、温度变送器18、球阀19、排液阀组20组成正向第二列压力泄放系统b，也负责将上游管道100的超压介质泄放至下游管道102。在泄放阀下游安装限流孔板的作用是，控制在泄放阀回坐失效后的持续泄放量。[0035]具体地，[0036]1在主阀门101关闭时，上游管道100中可能出现瞬态水击升压或停输升温引起的长周期升压，下游管道102可能出现瞬态水击降压，超压介质通过正向第一列压力泄放系统a和正向第二列压力泄放系统b送入下游管道102;[0037]2正向第一列压力泄放系统a和正向第二列压力泄放系统b可选择设置相同规格和设定压力的压力泄放阀，也可设置不同规格和设定压力的压力泄放阀，设定压力不可高于干线管道的设计压力；[0038]3正向第一列压力泄放系统a和正向第二列压力泄放系统b为在线“同时作用”，不考虑设置为“互为备用”；[0039]4正向第一列压力泄放系统a和正向第二列压力泄放系统b在任意一列失效时，另外一列能够在工艺上满足及时泄放超压介质的需要；[0040]5球阀2、9、12和19保持常开状态，在管段仪表、阀门等更换维护时关闭；[0041]6正向压力泄放系统ab在管道正常运行时会出现流动死角，在工艺评价确认极端低温下流体静置对设备泄放产生影响后，可采用电伴热及保温系统对这些管道进行温度补偿。为进一步降低用电负荷，可在排液接口10a10b、20a20b间设置管路和球阀，定期开闭实现管路流道畅通，仅在压力泄放阀和限流孔板间进行电伴热。[0042]其中：[0043]球阀22、压力变送器23、温度变送器24、反向第一列压力泄放阀25、限流孔板26、压力变送器27、温度变送器28、球阀29、排液阀组30组成反向压力泄放系统c，负责将上游管道100中通过正向压力泄放系统，过量泄放至下游管道102的超压介质回流泄放至上游管道100,也负责在下游管道102截断且介质升温引起超压后，将介质泄放至上游管道1〇〇。在泄放阀上游安装限流孔板，控制在泄放阀回坐失效后的持续泄放量。[0044]具体地，[0045]1在主阀门101关闭时，上游管道100中可能出现瞬态水击升压，下游管道102可能出现瞬态水击降压，超压介质通过正向第一列压力泄放系统a和正向第二列压力泄放系统b送入下游管道102,若出现过量泄放，引起下游管道102压力过高，则超压介质通过反向压力泄放系统c送入上游管道100,另外，在下游管道102截断后，若出现介质停输升温引起压力升高后，超压介质也可通过反向压力泄放系统c送入上游管道100;[0046]2反向压力泄放系统c中压力泄放阀的设定压力不可高于干线管道的设计压力；[0047]3球阀22、29保持常开状态，在管段仪表、阀门等更换维护时关闭；[0048]4反向压力泄放系统c在管道正常运行时会出现流动死角，在工艺评价确认极端低温下流体静置对设备泄放产生影响后，可采用电伴热及保温系统对这些管道进行温度补偿。为进一步降低用电负荷，可在排液接口3〇a3〇b间设置管路和球阀，定期开闭实现管路流道畅通，仅在压力泄放阀和限流孔板间进行电伴热。[0049]在正反向压力泄放系统中，泄放阀及其后的管路、限流孔板、阀门等按照低温材料选型。[0050]其中，[0051]全线输送管道的所有干线阀门处均连续设置正向压力泄放系统ab和反向压力泄放系统c，其泄放设定压力不得高于干线管道的设计压力。不同位置的超压介质在所有干线阀门关闭后，可通过阀门旁通的压力泄放系统进入上游首站或下游末站管道，最终进入储罐，达到泄压目的。[0052]具体地，各处阀门旁通泄压系统在压力超过设定值后，可形成“通路”，利用干线管道系统上下游储罐作为超压泄放最终存储设备。[0053]本发明还公开了一种液态乙烷输送管道压力保护方法，包括如下步骤：[0054]步骤一、依据压力旁通泄放的原则，根据管道系统中各处截断阀门位置和工艺模拟分析结果，确定管道系统运行中可能出现的最高允许压力和最大泄放量，确定每一处正向压力泄放阀和反向压力泄放阀的设定压力及泄放能力；[0055]步骤二a、管道中出现阀门101关闭引起水击，且上游管道1〇〇末点压力超过正向压力泄放阀515设定压力且下游管道1〇2因介质流动惯性引起压力下降，正向压力泄放阀515开启，超压介质同时通过正向第一列压力泄放系统a和正向第二列压力泄放系统b进入下游管道102,当上游管道100末点压力低于正向压力泄放阀515设定压力，则压力泄放阀515关闭，如此往复；[0056]步骤二b、若在步骤二a同时，当下游管道102沿线阀门开启时，进入下游管道102的超压介质流向管道系统末点；当下游管道1〇2沿线阀门也关闭时，可能引起下游管道102起点压力高于反向压力泄放阀25设定压力，则反向压力泄放阀25开启，超压介质通过反向压力泄放系统c进入管道100,当下游管道102起点压力低于反向压力泄放阀25设定压力，则压力泄放阀25关闭，如此往复，最终实现管道系统压力泄放；[0057]步骤三a、阀门101关闭时，且上游管道100中介质因停输升温引起末点压力超过正向压力泄放阀515设定压力，正向压力泄放阀515开启，超压介质同时通过正向第一列压力泄放系统a和正向第二列压力泄放系统b进入下游管道102,当管道1〇1末点压力低于正向压力泄放阀515设定压力，则压力泄放阀515关闭，如此往复；[0058]步骤三⑹、在步骤三a同时，当下游管道102沿线阀门开启时，进入下游管道1〇2的超压介质流向管道系统末点；当下游管道102沿线阀门也关闭时，可能引起下游管道1〇2起点压力高于反向压力泄放阀25设定压力，则反向压力泄放阀25开启，超压介质通过反向压力泄放系统c进入上游管道100,当下游管道102起点压力低于反向压力泄放阀25设定压力，则压力泄放阀25关闭，如此往复，最终实现管道系统压力释放；[0059]步骤四a、在步骤二、步骤三同时，当干线下游沿线阀门关闭时，除可能引起下游管道1〇2起点高于反向压力泄放阀25设定压力，超压介质通过反向压力泄放系统c进入管道101以外，也可能引起下游管道1〇2末点压力高于下一处正向压力泄放阀设定压力，超压介质通过下一处正向压力泄放系统进入后续干线，最终实现管道系统超压泄放。

权利要求：1.一种液态乙烷输送管道压力保护系统，其特征在于:包括在各处干线泵或阀门旁通上并行设置的正向压力泄放系统和反向压力泄放系统，以及在管道系统的上游和下游设置的超压介质储罐;所述正向压力泄放系统包括设置在主管泵或阀门旁路短节上的温度传感器和压力传感器，以及与主管泵或阀门旁路短节连接的球阀、正向压力泄放阀和限流孔板；所述反向压力泄放系统包括设置在主管泵或阀门旁路短节上的温度传感器和压力传感器，以及与主管栗或阀门旁路短节连接的球阀、反向压力泄放阀和限流孔板。2.根据权利要求1所述的一种液态乙烷输送管道压力保护系统，其特征在于:所述正向压力泄放系统为并行设置的两套。3.根据权利要求1所述的一种液态乙烷输送管道压力保护系统，其特征在于:所述正向压力泄放系统包括从上游至下游依次设置的第一球阀、正向压力泄放阀、限流孔板和第二球阀。4.根据权利要求3所述的一种液态乙烷输送管道压力保护系统，其特征在于:在第一球阀和正向压力泄放阀之间的旁路短节上依次设置压力传感器和温度传感器。5.根据权利要求3所述的一种液态乙烷输送管道压力保护系统，其特征在于:在限流孔板和第二球阀之间的旁路短节上依次设置压力传感器和温度传感器。6.根据权利要求3所述的一种液态乙烷输送管道压力保护系统，其特征在于:所述反向压力泄放系统包括从下游至上游依次设置的第三球阀、反向压力泄放阀、限流孔板和第四球阀。7.根据权利要求6所述的一种液态乙烷输送管道压力保护系统，其特征在于:在第三球阀和反向压力泄放阀之间的旁路短节上依次设置压力传感器和温度传感器。8.根据权利要求6所述的一种液态乙烷输送管道压力保护系统，其特征在于:在限流孔板和第四球阀之间的旁路短节上依次设置压力传感器和温度传感器。9.一种液态乙烷输送管道压力保护方法，其特征在于:包括如下内容：1在各处干线泵或阀门旁通上并行设置正向压力泄放系统和反向压力泄放系统，并根据管道运行中可能出现的最高允许压力，设定各正向压力泄放阀和反向压力泄放阀的设定压力；¾当管道中某处阀门关闭引起水击，且超过该处正向压力泄放阀的设定压力时，超压介质通过该处正向压力泄放阀进入下游管道；3当管道中某处出现停输升温引起压力升高，且超过该处正向压力泄放阀或反向压力泄放阀的设定压力时，超压介质通过该处正向压力泄放阀或反向压力泄放阀进入下游或上游管道；⑷当接收泄放介质的下游或上游管道同样存在阀门关闭的情况，且同时出现超压时，则对应该阀门处的正向压力泄放阀或反向压力泄放阀开启，超压介质继续进入临近管段，直至最终进入管道系统上游和下游设置的超压介质储罐。10.根据权利要求9所述的一种液态乙烷输送管道压力保护方法，其特征在于：当极端低温下流体静置对正向压力泄放系统或反向压力泄放系统的泄放产生影响时，采用电伴热及保温系统对管道进行温度补偿。

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