压气站组成及主要设备

一般来说，可以将整个压气站划分为主工艺系统和辅助系统。主工艺系统是指管道所输天然气流经的部分，主要包括压缩机组、净化除尘设备、调压阀、流量计、天然气冷却器、工艺阀门以及连接这些设施的管线。辅助系统通常包括压缩机组的能源系统、干气密封系统、润滑油系统以及整个压气站的仪表监控系统、阴极保护系统、电气系统、通信系统、给排水系统、通风系统、消防系统、事故紧急截断系统、排污和放空系统等。

压气站场主要设备包括：

（1）天然气压缩机组

天然气压缩机组是压气站运行的核心，是压气站场实现其功能的关键。在西气东输管道运行中，调控中心根据管道沿线的压力流量关系调节各站运行机组输量，以满足管道不同输量工况的要求。各压气站压缩机所选用的驱动方式不尽相同，在西气东输工程中，压缩机的驱动方式主要有电动机驱动和燃气轮机驱动两种，电驱机组和燃驱机组分别将电能和天然气燃烧释放的能量转化为管道天然气的压力势能。压气站的压缩机工艺区通常具备天然气增压、超压泄放、机组ESD放空、增压后天然气冷却（需要时）和压缩机组检维修放空等功能。

压缩机的控制方式有两种，一种是通过机组本体控制系统单独对机组实现起、停、加载和卸载控制；另一种是通过站控系统下发机组操作命令，在机组运行中根据管道运行工况，由站控系统自动调节机组负载，本书后续章节将详细介绍第二种控制方式的实现。在两种控制方式下，压缩机组都会根据命令或条件，按预定程序自动完成压缩机组的起动、加载、卸载和停车等操作，同时还具有负载分配控制、速度控制及保护停车、机组机械状态监测及保护停车、紧急停车、辅助系统控制及保护、出口天然气超温控制及保护停车、出口天然气过压控制及保护停车和机组防喘振控制等功能。从压缩机组起动开始直至机组停机，为保证压缩机组的正常工作，需严密监视压缩机组各配套系统的工作状态。

在西气东输管道运行中，同一站场往往会出现不同的驱动方式，不同功率等级的压缩机组同时运行的情况，即便是相同驱动方式和功率等级的机组，其自身的性能也不尽相同。为了实现机组的联合运行控制，避免发生压缩机偏流和过载等现象，需对站场压缩机组进行统一负载分配。机组负载分配由机组控制系统进行控制。负载分配控制由主控制器和负载分配控制器、防喘振控制器共同作用，使联合运行中的每台机组的工作点与喘振线可保持相同的距离。压缩机组控制系统可对机组状态进行连续监控，当机组起动或有喘振倾向时，喘振控制阀打开，使压缩后的天然气从压缩机排出端经过循环管路至站场过滤设备进口，与进口天然气进行冷热掺混，气体冷却后再回到压缩机入口，提高机组流量防止发生喘振。

（2）过滤分离装置

上游输送来的天然气往往带有一部分液体和固体杂质，这些杂质不仅会腐蚀管道、设备和仪表，而且还可能堵塞阀门管线、损坏设备从而影响正常的生产过程。因此，压气站中旋组合使用风分离器和卧室分离器，从上一站来的天然气先经过旋风离器清除里面的大颗粒固体杂质，然后再经过卧室分离器清除杂质，最后进入压缩机组，加压输送到下游站场。压气站的过滤分离区通常具备天然气分离、除尘以及分离除尘设备检维修放空、排污（液）等功能。

天然气过滤分离装置是以离心分离、丝网捕沫和凝聚拦截的机理，天然气进行粗滤、半精虑、精滤的三级过滤设备，是除去气体中的固体杂质和液态杂质的高效净化装置。具有净化效率高，容尘量大，运行平稳，使用简便等特点。其工作原理是天然气首先进入进料布气腔，撞击在支撑滤芯的支撑管（避免气流直接冲击滤芯，造成滤材的提前损坏）上，较大的固液颗粒被初步分离，并在重力作用下沉降到容器底部。接着气体从外向里通过过滤聚结滤芯，固体颗粒被过滤介质截留，液体颗粒则因过滤介质聚结功能而在滤芯的内表面逐渐聚结变大，当液滴到达一定尺寸时会因气流的冲击作用从内表面脱落出来而进入滤芯内部流道后进入汇流出料腔。在汇流出料腔内，较大的液珠依靠重力沉降分离出来。此外，在汇流出料腔还设有分离元件，它能有效地捕集液滴，以防止出口液滴被夹带，进一步提高分离效果，最后洁净的天然气流出过滤分离器。随着天然气通过量的增加，沉积在滤芯上的颗粒会引起燃气过滤压差的增大，当压差增大到规定值时（从分离器前后压变读出），说明滤芯已被堵塞，应该及时清理更换。

卧式过滤分离器，如图1-2所示。它主要包括滤芯、壳体、快开盲板以及内外部件组成，它的主要工作原理为含有杂质的天然气通过过滤分离器的滤芯，天然气可以顺利地通过，而将一些固体及液体颗粒留在滤芯的一侧。旋风分离器，如图1-3所示。天然气从进气口进入分离器进料布气室，经过旋风子支管的碰撞、折流，使气体均匀分布，流向旋风子进气口。均匀后的气流由切向进入旋风子，气体在旋风管中形成旋风气流，强大的离心力使得气体中固体颗粒和液体颗粒甩脱出来，并聚集到旋风管内璧上，最终落入集污室中。干净的气流继续上升到排气室，由排气口流出旋风分离器。

图1-2 卧式过滤分离器

图1-2 卧式过滤分离器

图1-3 旋风分离器

（3）清管器收、发装置

天然气管道长时间运行，管道内部会存有积水、泥沙、锈渣和液态烃等杂质，影响天然气水露点和烃露点，增加天然气中的悬浮物、固体颗粒进而影响气质，同时容易诱发管线冰堵和内壁腐蚀事件。为了保证管输天然气质量，保证工艺设备安全，延长管道使用寿命，降低运行风险，需要定期组织管道清管作业。典型的压气站场设有清管器收、发装置各一套，满足了清管作业的要求。

清管器收（发）装置主要有收（发）球筒、过球指示器、平压阀、收（发）球筒排污及放空管线阀门、收（发）球筒进口阀门和收（发）球筒出口阀门等组成。

清管器发送流程示意如图1-4所示。

图1-3 旋风分离器

（3）清管器收、发装置

天然气管道长时间运行，管道内部会存有积水、泥沙、锈渣和液态烃等杂质，影响天然气水露点和烃露点，增加天然气中的悬浮物、固体颗粒进而影响气质，同时容易诱发管线冰堵和内壁腐蚀事件。为了保证管输天然气质量，保证工艺设备安全，延长管道使用寿命，降低运行风险，需要定期组织管道清管作业。典型的压气站场设有清管器收、发装置各一套，满足了清管作业的要求。

清管器收（发）装置主要有收（发）球筒、过球指示器、平压阀、收（发）球筒排污及放空管线阀门、收（发）球筒进口阀门和收（发）球筒出口阀门等组成。

清管器发送流程示意如图1-4所示。

图1-4 清管器发送流程示意图

压气站在正常情况下，1#阀门、4#阀门关闭，发球筒内天然气放空，压缩机出口天然气经过2#、3#阀门出站。需要开展清管器发送作业时，将清管器装入发球筒内，对发球筒及两端管路冲压，平压后打开1#、4#阀门，缓慢关闭2#阀门，高压天然气经过1#阀门推动清管器经由4#、3#阀门进入管道干线，前往下一站。

清管器接收流程示意如图1-5所示。

图1-4 清管器发送流程示意图

压气站在正常情况下，1#阀门、4#阀门关闭，发球筒内天然气放空，压缩机出口天然气经过2#、3#阀门出站。需要开展清管器发送作业时，将清管器装入发球筒内，对发球筒及两端管路冲压，平压后打开1#、4#阀门，缓慢关闭2#阀门，高压天然气经过1#阀门推动清管器经由4#、3#阀门进入管道干线，前往下一站。

清管器接收流程示意如图1-5所示。

图1-5 清管器接收流程示意图

压气站在正常情况下，1#阀门、4#阀门关闭，收球筒内天然气放空，上游来气经过3#、2#阀门进站。需要开展清管器接收作业时，对收球筒及两端管路冲压，平压后打开1#、4#阀门，待清管器到达3#阀门后三通处时，缓慢关闭2#阀门，高压天然气推动清管器经过4#阀门进入收球筒。打开2#阀门，关闭1#、4#阀门后，即可对收球筒及前后管道进行放空和排污作业，之后打开收球筒，将清管器取出。

（4）紧急截断、放空系统(www.xing528.com)

压气站设有紧急截断、放空系统，当压气站遇到突发事故时，触发ESD信号，紧急截断、放空系统按既定逻辑投入工作，保证压气站的安全。ESD信号触发后，停运压缩机组，紧急放空压缩机内天然气，打开越站旁通气液联动阀，关闭进站、出站ESD阀。进出站ESD阀和越站旁通阀动作到位后，打开进站放空电动截止阀和出站放空电动截止阀，放空站内天然气。紧急工况时，进出站ESD阀门，越站旁通气液联动阀，进出站放空电动截止阀均为联动。

当站场开展特殊作业或设备维检修时，站场各段管路可分别单独放空。为避免站内管线和设备上的放空阀门被误开，放空阀上设明显的标识，用于提醒注意。

站场进出站ESD阀、越站旁通阀以及线路截断阀均采用气液联动执行机构，能够确保在紧急情况下阀门的快速动作。同时，越站旁通阀和阀室截断阀还具有压力、压降速率监测功能，达到设定值后可以自行关断（破管诊断）。

（5）空气冷却器

压气站压缩机组出口汇管设置有成套的空气冷却器，用于冷却压缩后的天然气。天然气流经该装置细分成多个散热管，空气冷却器电动机带动叶片将空气以较高速度吹向散热管，实现空气与高温天然气热量交换，以降低天然气的温度。压缩机组后空冷器下游至压缩机组进口汇管间设置站内循环管线和站循环阀，若需要长时间循环时，可切换至站内循环管线进行循环，此时后空冷器作为循环空冷器使用，以防止天然气介质超温。

空冷器的控制由站控制系统完成，根据压缩机出口温度自动控制空冷器起、停及投用数量，节约能耗的同时保证天然气出站温度在合理范围内。在空冷器的每台电动机上均安装有一个振动开关，当后空冷器运行时，如果振动开关报警，站控制系统应自动停止该报警的风扇电动机。此外，空冷器旁通阀及空冷器出口阀故障信号、空冷器风扇电动机故障和空冷器振动信号均上传至站控室，以方便运行人员实时监控空冷器的工作状态。空冷器振动超标停机，其振动开关自动关闭后，需要人员现场确认空冷器状态，排除故障并就地复位。

（6）空气压缩机

空气压缩机撬装控制系统包括一个联锁控制柜及撬装管路上安装的温度、压力、流量、水露点等传感器和可控电磁阀，对集成撬内的两台空气压缩机、两台干燥机和4只过滤器进行联锁控制。空气压缩机集成撬和空气储罐构成了压气站的压缩空气系统，具备空气增压、过滤、干燥和增压后压缩空气储存等功能，其核心任务是为压气站提供清洁、干燥的压缩空气。

空气压缩机的控制状态（自动或手动）、运行状态（运行或停机）、系统管网总压力、温度、流量和压缩空气水露点实时上传至站控SCADA系统，以便于操作员及时掌握压缩空气系统的运行状态。每台空压机就地控制系统面板还会显示公共报警、停机报警、运行信息、单机/联机运行信息、电源信息、干燥器信息和过滤器差压报警等指示。

空气压缩机及其后处理设备均可接受就地或远程的起、停控制，同时为保证压缩空气压力满足站场需求，空气压缩机控制系统还会根据管网总压力联锁起停机组。整个系统具有主、备用设备的自动切换功能，当运行的主空压机出现故障时，自动开起备用机组。当管网压力或温度高于设定值时，空气压缩机自动保护停机，以避免下游用气设备损坏。当压缩空气的水露点达到报警值时，系统会发出水露点超标报警。

（7）燃料气撬

燃驱机组压气站的燃料气调压区通常具备天然气调压、超压截断或泄放、调压管路检维修放空及备用等功能，为燃驱压缩机组提供清洁且压力和温度均满足需求的燃料气。燃料气撬集成了燃料气过滤器、加热器、紧急截断阀、工作调压阀、监视调压阀、安全阀、流量、压力和温度仪表等设备，具有主用、备用调压气路。当主用调压气路失效后，备用气路自动投用，主备气路也可手动选择投用。

燃料天然气进入燃料气撬先经过过滤器和加热器完成过滤和升温，再进入调压阀降低压力，最后进入燃驱压缩机组供气管路。加热器的运行由设置在管路上的流量开关控制，当燃料气流动触发流量开关时，加热器自动投用，反之加热器停用，同时加热器还具有超温保护的功能。为保证燃料气撬的本质安全，主、备调压气路均具有超压截断和泄放功能。正常情况下只有工作调压阀参与调压，当工作调压阀出现故障时，监视调压阀自动投入运行，若监视调压阀同样出现故障，紧急截断阀会根据调压后的燃料气压力迅速截断管路供气，如果压力进一步升高，则安全阀动作，气路内的燃料气泄放进入放空管线。

图1-5 清管器接收流程示意图

压气站在正常情况下，1#阀门、4#阀门关闭，收球筒内天然气放空，上游来气经过3#、2#阀门进站。需要开展清管器接收作业时，对收球筒及两端管路冲压，平压后打开1#、4#阀门，待清管器到达3#阀门后三通处时，缓慢关闭2#阀门，高压天然气推动清管器经过4#阀门进入收球筒。打开2#阀门，关闭1#、4#阀门后，即可对收球筒及前后管道进行放空和排污作业，之后打开收球筒，将清管器取出。

（4）紧急截断、放空系统

压气站设有紧急截断、放空系统，当压气站遇到突发事故时，触发ESD信号，紧急截断、放空系统按既定逻辑投入工作，保证压气站的安全。ESD信号触发后，停运压缩机组，紧急放空压缩机内天然气，打开越站旁通气液联动阀，关闭进站、出站ESD阀。进出站ESD阀和越站旁通阀动作到位后，打开进站放空电动截止阀和出站放空电动截止阀，放空站内天然气。紧急工况时，进出站ESD阀门，越站旁通气液联动阀，进出站放空电动截止阀均为联动。

当站场开展特殊作业或设备维检修时，站场各段管路可分别单独放空。为避免站内管线和设备上的放空阀门被误开，放空阀上设明显的标识，用于提醒注意。

站场进出站ESD阀、越站旁通阀以及线路截断阀均采用气液联动执行机构，能够确保在紧急情况下阀门的快速动作。同时，越站旁通阀和阀室截断阀还具有压力、压降速率监测功能，达到设定值后可以自行关断（破管诊断）。

（5）空气冷却器

压气站压缩机组出口汇管设置有成套的空气冷却器，用于冷却压缩后的天然气。天然气流经该装置细分成多个散热管，空气冷却器电动机带动叶片将空气以较高速度吹向散热管，实现空气与高温天然气热量交换，以降低天然气的温度。压缩机组后空冷器下游至压缩机组进口汇管间设置站内循环管线和站循环阀，若需要长时间循环时，可切换至站内循环管线进行循环，此时后空冷器作为循环空冷器使用，以防止天然气介质超温。

空冷器的控制由站控制系统完成，根据压缩机出口温度自动控制空冷器起、停及投用数量，节约能耗的同时保证天然气出站温度在合理范围内。在空冷器的每台电动机上均安装有一个振动开关，当后空冷器运行时，如果振动开关报警，站控制系统应自动停止该报警的风扇电动机。此外，空冷器旁通阀及空冷器出口阀故障信号、空冷器风扇电动机故障和空冷器振动信号均上传至站控室，以方便运行人员实时监控空冷器的工作状态。空冷器振动超标停机，其振动开关自动关闭后，需要人员现场确认空冷器状态，排除故障并就地复位。

（6）空气压缩机

空气压缩机撬装控制系统包括一个联锁控制柜及撬装管路上安装的温度、压力、流量、水露点等传感器和可控电磁阀，对集成撬内的两台空气压缩机、两台干燥机和4只过滤器进行联锁控制。空气压缩机集成撬和空气储罐构成了压气站的压缩空气系统，具备空气增压、过滤、干燥和增压后压缩空气储存等功能，其核心任务是为压气站提供清洁、干燥的压缩空气。

空气压缩机的控制状态（自动或手动）、运行状态（运行或停机）、系统管网总压力、温度、流量和压缩空气水露点实时上传至站控SCADA系统，以便于操作员及时掌握压缩空气系统的运行状态。每台空压机就地控制系统面板还会显示公共报警、停机报警、运行信息、单机/联机运行信息、电源信息、干燥器信息和过滤器差压报警等指示。

空气压缩机及其后处理设备均可接受就地或远程的起、停控制，同时为保证压缩空气压力满足站场需求，空气压缩机控制系统还会根据管网总压力联锁起停机组。整个系统具有主、备用设备的自动切换功能，当运行的主空压机出现故障时，自动开起备用机组。当管网压力或温度高于设定值时，空气压缩机自动保护停机，以避免下游用气设备损坏。当压缩空气的水露点达到报警值时，系统会发出水露点超标报警。

（7）燃料气撬

燃驱机组压气站的燃料气调压区通常具备天然气调压、超压截断或泄放、调压管路检维修放空及备用等功能，为燃驱压缩机组提供清洁且压力和温度均满足需求的燃料气。燃料气撬集成了燃料气过滤器、加热器、紧急截断阀、工作调压阀、监视调压阀、安全阀、流量、压力和温度仪表等设备，具有主用、备用调压气路。当主用调压气路失效后，备用气路自动投用，主备气路也可手动选择投用。

燃料天然气进入燃料气撬先经过过滤器和加热器完成过滤和升温，再进入调压阀降低压力，最后进入燃驱压缩机组供气管路。加热器的运行由设置在管路上的流量开关控制，当燃料气流动触发流量开关时，加热器自动投用，反之加热器停用，同时加热器还具有超温保护的功能。为保证燃料气撬的本质安全，主、备调压气路均具有超压截断和泄放功能。正常情况下只有工作调压阀参与调压，当工作调压阀出现故障时，监视调压阀自动投入运行，若监视调压阀同样出现故障，紧急截断阀会根据调压后的燃料气压力迅速截断管路供气，如果压力进一步升高，则安全阀动作，气路内的燃料气泄放进入放空管线。