浅议小型集气站仪表风气源改进

　　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。

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

　　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

　　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

　　(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。