一种密相二氧化碳管道安全泄放系统的制作方法

本实用新型属于二氧化碳泄放技术领域，特别涉及一种密相二氧化碳管道安全泄放系统。

背景技术：

随着能源化工行业节能减排和环境保护需求逐日增长和二氧化碳驱油增产技术提升，通过管道长距离输送二氧化碳成为了推动与实现二氧化碳高效捕集、封存与利用的重要方式。二氧化碳临界温度约为31.1℃，临界压力约为7.38mpa.g，长距离管道输送时，通常采用压力高于临界压力的密相输送模式，以提高输送的经济性。另外，二氧化碳存在低温下固态化的特点，纯二氧化碳的三相点为-56.6℃、0.518mpa.g，这是二氧化碳有别于常规烃类介质的显著特征。

与常规烃类管道类似，二氧化碳管道需要沿途设置截断阀室，并提供管道检修前的泄放功能，以保障存在安全隐患的管段高效维护，并减少总体介质排放体积。对于常规烃类，在管道进行泄放时，需要考虑泄放后介质汽化引起的低温问题，并通过选择合适的材质保证放空过程安全。相比之下，对于密相输送的二氧化碳管道，当其直接进行压力泄放，并将放空介质排至大气时，密相态介质绝热膨胀过程可能引起泄放后的介质温度接近-90℃，加之在放空管路中存在放空背压，极易导致泄放介质的温度、压力进入固相形成区域，引起“干冰”形成风险，致使放空管道或管件发生堵塞，影响正常的泄放操作，甚至造成安全隐患。因此，对密相二氧化碳管道放空系统应采取合理措施，避免“干冰”引起的安全问题。

目前，相关文献对二氧化碳管道输送工艺技术的报道较多，主要聚焦管道路由选择、输送相态控制、管道材料选择等问题，对前述的放空过程的低温致干冰问题有所关注，但鲜有解决方案的研究成果报道，亦无安全放空系统的配置要求。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，为了进一步推动密相二氧化碳管道输送技术发展，保障运行安全，提供一种较为经济、合理的方式对二氧化碳进行安全泄放，并避免泄放过程中因介质低温引起的干冰致流道堵塞问题，以推动行业技术发展与进步的密相二氧化碳管道安全泄放系统。

本实用新型的主要技术思路是基于密相二氧化碳管道运行工艺特点，结合常规油品管道检修泄放方案，考虑密相二氧化碳低温固化(形成“干冰”)的特点，通过设置两级泄放系统、级间换热系统、干线温度检测系统和控制系统等单元，不仅有效避免密相二氧化碳管道放空系统干冰形成风险，亦有效保障干线泄放管道的材质安全，实现密相二氧化碳管道安全泄放。进一步地，通过设置可移动模块，实现二氧化碳泄放装置在多处干线阀室的高效复用，降低建设成本。

本实用新型采用的技术方案是：一种密相二氧化碳管道安全泄放系统，其特征在于：包括密相二氧化碳管道输送与截断系统、阀室旁路系统、两级泄放系统以及管道温度压力检测系统；

所述密相二氧化碳管道输送与截断系统包括依次连接的上游干线、干线截断阀以及下游干线，所述上游干线和下游干线用于连接上下游管道，并形成密相二氧化碳输送通道，所述干线截断阀用于控制上游干线和下游干线之间的连通或截断；

所述阀室旁路系统包括阀室旁路以及设置在阀室旁路上的旁路截断阀组，所述阀室旁路的管道由干线截断阀的上游干线接出，并由干线截断阀的下游干线接入，形成干线旁路，所述阀室旁路系统用于在干线截断后提供上游干线和下游干线的检修放空旁路，并在上游干线或下游干线准备再启动时提供连通旁路；

所述两级泄放系统用于对密相二氧化碳进行分级泄压，在所述两级泄放系统中设置有级间换热系统，所述级间换热系统用于对上一级泄放后的介质进行温度调节。

本实用新型所述的密相二氧化碳管道安全泄放系统，其所述阀室旁路上设置的旁路截断阀组由旁路前段截断阀和旁路后段截断阀组成，所述旁路前段截断阀和旁路后段截断阀分别用于控制上游干线和下游干线的泄放通道。

本实用新型所述的密相二氧化碳管道安全泄放系统，其所述上游干线与旁路前段截断阀之间的旁路管道为旁路前段管道，所述旁路前段截断阀和旁路后段截断阀之间的旁路管道为旁路中段管道，所述旁路后段截断阀与下游干线之间的旁路管道为旁路后段管道。

本实用新型所述的密相二氧化碳管道安全泄放系统，其所述两级泄放系统包括一级泄放阀、二级泄放阀、放空分液罐以及放空立管，所述一级泄放阀的进口端通过泄放支路管道与旁路中段管道连接，所述一级泄放阀的出口端通过一级泄放管道与二级泄放阀的进口端连接，所述二级泄放阀的出口端通过二级泄放管道与放空立管连接，所述级间换热系统设置在一级泄放阀与二级泄放阀之间的一级泄放管道上，所述放空分液罐设置在二级泄放阀与放空立管之间的二级泄放管道上。

本实用新型所述的密相二氧化碳管道安全泄放系统，其所述级间换热系统包括入口管道、加温汽化器以及出口管道，所述加温汽化器用于对一级泄放后的低温二氧化碳进行介质与环境热量交换，所述入口管道与一级泄放管道前段部分连接，所述出口管道与下游的一级泄放管道后段部分连接。

本实用新型所述的密相二氧化碳管道安全泄放系统，其所述加温汽化器根据环境条件选择空温式汽化器或电加热水浴汽化器，即若作业环境的温度高于0℃，所述加温汽化器采用空温式汽化器，若作业环境的温度低于0℃，所述加温汽化器采用电加热水浴汽化器。

本实用新型所述的密相二氧化碳管道安全泄放系统，其在所述旁路前段截断阀与一级泄放阀之间设置有注气阀。

本实用新型所述的密相二氧化碳管道安全泄放系统，其所述管道温度压力检测系统包括设置在旁路前段管道上的旁路前段温度变送器和旁路前段压力变送器、设置在旁路后段管道上的旁路后段温度变送器和旁路后段压力变送器以及设置在泄放支路管道上的泄放支路压力变送器、设置在一级泄放管道前段部分管道上的一级泄放支路压力变送器和一级泄放支路温度变送器以及设置在一级泄放管道后段部分管道上的二级泄放支路温度变送器，所述管道温度压力检测系统用于实时监测管路、设备的工作温度状态，并上传数据。

本实用新型所述的密相二氧化碳管道安全泄放系统，其所述两级泄放系统和级间换热系统采用橇装化模式。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型基于密相二氧化碳管道运行工艺特点，结合常规油品管道检修泄放方案，考虑密相二氧化碳低温固化的特点，通过设置两级泄放系统、级间换热系统、干线温度检测系统和控制系统等单元，不仅有效避免密相二氧化碳管道放空系统干冰形成风险，亦有效保障干线泄放管道的材质安全，实现密相二氧化碳管道安全泄放。进一步地，通过设置可移动模块，实现二氧化碳泄放装置的高效复用。

具体表现为：

(1)设置科学

本系统重点针对密相二氧化碳管道检修泄放需求，聚焦密相二氧化碳降压后产生较大温降，并存在形成“干冰”的问题。由于密相二氧化碳在密相状态时，温度变化对绝热泄放影响不大，常规的加热后泄放无法有效提升泄放后温度。因此，在常规烃类管道放空系统的设置理念上，增加了泄放级数，利用分级泄压结合级间换热的方法，充分借助外部环境对一级泄压后的二氧化碳(气相+液相)进行加热，保证二级降压后介质温度始终高于干冰形成温度，从而保障了安全泄放。

(2)经济合理

本系统通过采用橇装化的形式对阀室泄放系统进行预制，可实现多个类似阀室的放空系统复用，体现了其经济性。同时，根据环境温度对汽化器的形式进行选择，优选空温式汽化器，基本实现无能耗的二氧化碳换热。另外，利用本系统提出的二级泄放结合级间换热的模式，采用低温碳钢即可满足密相二氧化碳放空的问题，避免常规设置中采用不锈钢的放空系统设置理念。

(3)推动技术发展

鉴于密相二氧化碳管道在我国发展尚处于起步阶段，本实用新型有助于密相二氧化碳管道介质泄放安全处理技术进一步发展，也有助于可移动泄放系统在特殊介质管道输送工程阀室中的理念推广。

附图说明

本实用新型将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中

图1为本实用新型的系统示意图。

图中标记：1为上游干线，2为干线截断阀，3为下游干线，4为旁路前段温度变送器，5为旁路前段压力变送器，6为旁路后段温度变送器，7为旁路后段压力变送器，8为旁路前段截断阀，9为旁路后段截断阀，10为注气阀，11为旁路前段管道，12为旁路中段管道，13为旁路后段管道，21为泄放支路管道，22为一级泄放管道，23为二级泄放管道，24为一级泄放阀，25为二级泄放阀，26为加温汽化器，27为放空分液罐，28为放空立管，29为泄放支路压力变送器，30为一级泄放支路压力变送器，31为一级泄放支路温度变送器，32为二级泄放支路温度变送器。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，一种密相二氧化碳管道安全泄放系统，包括密相二氧化碳管道输送与截断系统、阀室旁路系统、两级泄放系统以及管道温度压力检测系统。

具体地，所述密相二氧化碳管道输送与截断系统包括依次连接的上游干线1、干线截断阀2以及下游干线3，所述上游干线1和下游干线3用于连接上下游管道，并形成密相二氧化碳输送通道，所述干线截断阀2用于控制上游干线1和下游干线3之间的连通或截断。在本实施例中，上游干线1埋地设置，管道材质为碳钢；干线截断阀2为带有自动截断功能的全通径截断阀，材质为碳钢，埋地安装；下游干线3埋地设置，管道材质为碳钢，在靠近干线截断阀2的上下游管道上，开口并接出阀室旁路管道。

具体地，所述阀室旁路系统包括阀室旁路以及设置在阀室旁路上的旁路截断阀组，所述阀室旁路的管道由干线截断阀2的上游干线1接出，并由干线截断阀2的下游干线3接入，形成干线旁路，起到连通上游干线和下游干线的作用，所述阀室旁路系统用于在干线截断后提供上游干线1和下游干线3的检修放空旁路，并在上游干线1或下游干线2准备再启动时提供连通旁路。

其中，所述阀室旁路上设置的旁路截断阀组由旁路前段截断阀8和旁路后段截断阀9组成，所述旁路前段截断阀和旁路后段截断阀为手动球阀，常关，碳钢材质，尺寸与阀室旁路管道一致，用于连通上游干线、阀室旁路、下游干线和放空系统；所述上游干线1与旁路前段截断阀8之间的旁路管道为旁路前段管道11，所述旁路前段截断阀8和旁路后段截断阀9之间的旁路管道为旁路中段管道12，所述旁路后段截断阀9与下游干线3之间的旁路管道为旁路后段管道13，所述旁路前段管道、旁路中段管道和旁路后段管道均为碳钢材质，管径优选dn100，露空安装，设计压力与干线管道一致，所述旁路前段截断阀8和旁路后段截断阀9分别用于控制上游干线1和下游干线3的泄放通道。

具体地，所述两级泄放系统用于对需要检修的上游干线或下游干线进行放空，并对密相二氧化碳进行分级泄压，在所述两级泄放系统中的至少相邻的两级泄压之间设置有级间换热系统，所述级间换热系统用于对上一级泄放后的介质进行温度调节，适当提高二氧化碳温度，避免后续二级泄放后产生干冰，并进一步降低管道选材要求，所述两级泄放系统和级间换热系统采用橇装化模式。在本实施例中，采用两级泄放的方式，所述级间换热系统设置在两级泄放之间，即在第一级泄压后提供外部热量输入，适度提高介质温度，再进入第二级泄压，避免泄压过程中介质中形成干冰。

其中，所述两级泄放系统包括一级泄放阀24、二级泄放阀25、放空分液罐27以及放空立管28，所述一级泄放阀24的进口端通过泄放支路管道21与旁路中段管道12连接，所述一级泄放阀24的出口端通过一级泄放管道22与二级泄放阀25的进口端连接，所述一级泄放阀用于起到一级泄放，将密相介质泄压至气液两相，在所述旁路前段截断阀8与一级泄放阀24之间设置有注气阀10，所述注气阀为手动球阀，碳钢材质，尺寸为dn50，配有短节，常关，用于泄放时向管道内注气调压，所述二级泄放阀25的出口端通过二级泄放管道23与放空立管28连接，所述二级泄放阀起到二级泄放的作用，将泄放介质降压至下游放空管路的背压，所述级间换热系统设置在一级泄放阀24与二级泄放阀25之间的一级泄放管道22上，所述放空分液罐27设置在二级泄放阀25与放空立管28之间的二级泄放管道23上，所述放空分液罐用于缓冲泄放介质，并对其中可能夹带的液相进行临时分离、储存和再汽化，所述放空立管用于将泄压至常压(或微正压)的二氧化碳安全泄放至大气。

在本实施例中，泄放支路管道为碳钢材质，设计压力与旁路中段管道一致，用于在干线管道泄放时提供连通一级泄放阀通道，一级泄放管道为碳钢材质，设计压力为3mpa.g，用于提供一级泄放后的二氧化碳流动通道；一级泄放管道分为前段和后段，连接级间换热系统。二级泄放管道为低温碳钢材质，最低设计温度为-45℃，设计压力为1.2mpa.g，用于提供二级泄放后的二氧化碳流动通道，中间连接放空分液罐，末端接入放空立管。一级泄放阀为电动调节阀，碳钢材质，常关，通过逻辑控制系统进行控制，反馈后调节开度。二级泄放阀为电动调节阀，低温碳钢材质，常关，通过逻辑控制系统进行控制，反馈后调节开度。一级泄放阀和二级泄放阀协同作业，通过控制二氧化碳泄放量，满足上游干线或下游干线的温度控制要求、一级泄放管道的温度控制要求和二级泄放管道的温度控制要求。放空分液罐为低温碳钢材质，卧式分离器，设置电伴热系统，用于接收泄放介质中可能携带的液相介质，并提供再汽化处理。放空立管材质为低温碳钢，高度不小于20m，末端介质马赫数不小于0.3。

所述级间换热系统包括入口管道、加温汽化器26以及出口管道，所述入口管道和出口管道均为低温碳钢材质，所述加温汽化器26用于对一级泄放后的低温二氧化碳进行介质与环境热量交换，所述入口管道与一级泄放管道22前段部分连接，所述出口管道与下游的一级泄放管道22后段部分连接，所述加温汽化器26根据环境条件选择空温式汽化器或电加热水浴汽化器，即若作业环境的温度高于0℃，所述加温汽化器26采用空温式汽化器，若作业环境的温度低于0℃，所述加温汽化器26采用电加热水浴汽化器，从而保障适度升温即可，不需介质完全汽化。

在本实施例中，

具体地，所述管道温度压力检测系统包括设置在旁路前段管道11上的旁路前段温度变送器4和旁路前段压力变送器5、设置在旁路后段管道13上的旁路后段温度变送器6和旁路后段压力变送器7以及设置在泄放支路管道21上的泄放支路压力变送器29、设置在一级泄放管道22前段部分管道上的一级泄放支路压力变送器30和一级泄放支路温度变送器31以及设置在一级泄放管道22后段部分管道上的二级泄放支路温度变送器32，所述管道温度压力检测系统用于实时监测管路、设备的工作状态，并上传数据。

其中，所述旁路前段温度变送器和旁路后段温度变送器主要用于监测泄放过程中干线管道内的介质温度，保证介质温度高于干线管道材料的最低允许使用温度(-20℃)；泄放支路压力变送器设置于泄放支路管道，用于指示正常管道运行下的旁路前段截断阀和旁路后段截断阀的内漏情况，也用于指示泄放支路管道泄放前的冲压压力。一级泄放支路温度变送器安装于级间换热系统上游的一节泄放管路上，用于实时检测一级泄放管道的最低介质温度，当温度低于-15℃即报警并发出低温信号。一级泄放支路压力变送器安装于级间换热系统上游的一节泄放管路上，用于实时检测一级泄放管道的最高压力。二级泄放支路温度变送器安装于二级泄放阀的下游，用于实时检测二级泄放管道的最低介质温度，当温度低于-40℃即报警并发出低温信号。

其中，本系统中各处压力变送器、温度变送器的采集数据上传至逻辑控制系统，用于调节调节阀开度、加热汽化器负荷，保障系统安全。

本实用新型的工作原理及工作过程为：

(1)密相二氧化碳管道的某段需要停产检修时，关闭该段干线的上游截断阀和下游截断阀。在本实施例中，上游干线需要停产检修，需要关闭相邻干线截断阀。

(2)由于在干线泄放中，存在干线内密相二氧化碳降压降温和放空系统中可能出现低温引起二氧化碳形成干冰的问题，因此需设置本实用新型所述的安全泄放系统，保障泄放过程的安全。

(3)本系统中设置了泄放系统的二级调节阀和级间换热系统，替代常规的一级泄放，其目的是在一级降压后，介质压力控制在2mpa.g附近，形成气液两相，泄放后的温度在-10℃附近；利用级间换热系统可对两相二氧化碳提供足够的热量补充(级间换热系统可采用空温式汽化器或电加热水浴式汽化器及其组合)，提高介质温度，以在二级泄放后，介质温度控制在-45℃以上。上述设置既避免了介质形成干冰，也可将二级泄放系统的材质从不锈钢(密相二氧化碳直接泄放至常压，温度降低至-90℃)优化为低温碳钢。进一步地，常规一级泄放时，对待泄放的密相二氧化碳加热无法改善泄压后的介质温度，因此考虑二级泄放，并提高级间两相介质的温度满足泄放后温度需求。

(4)在本系统中，设置了多处温度监测仪表，以重点跟踪干线泄放过程中的干线管道温度和二级泄放系统中的介质温度，在温度降低过大的情况下，及时反馈至泄放阀，控制泄放速度，保障干线管道安全和泄放系统安全。

(5)进一步地，二级泄放系统和级间换热系统可采用橇装化模式，在计划性检修前运至对应的阀室，可降低密相二氧化碳管道整体建设投资。

一种密相二氧化碳管道安全泄放方法，包括以下步骤：

步骤一：在用于输送密相二氧化碳的管道干线上设置密相二氧化碳管道安全泄放系统，所述密相二氧化碳管道安全泄放系统包括密相二氧化碳管道输送与截断系统、阀室旁路系统、两级泄放系统、级间换热系统以及管道温度压力检测系统；

步骤二：当在上游干线需停输检修时，关闭管道输送系统的起点外输泵、本站的干线截断阀，上游相邻阀室的干线截断阀和下游末端截断阀，采用可移动的两级泄放系统和级间换热系统时，在检修停产后，将两级泄放系统和级间换热系统撬运输至阀室，并接入阀室旁路系统；

步骤三：保持旁路前段截断阀、旁路后段截断阀、一级泄放阀和二级泄放阀关闭，在旁路前段截断阀与一级泄放阀之间的管段中注入氮气，压力与干线管道停输压力相同，在一级泄放阀与二级泄放阀之间的管段中注入氮气，压力控制在2mpa.g；

步骤四：根据环境温度配置汽化器类型，若作业环境的气温高于0℃，则选择空温式汽化器，保障加热后介质温度高于-5℃；若环境温度低于0℃，则选择电加热水浴汽化器，保障加热后介质温度高于-5℃；

步骤五：首先开启旁路截断阀组和一级泄压阀，启动加温汽化器，并缓慢开启二级泄放阀，泄放介质汽化后从放空立管排入大气；

具体地，控制一级泄放管道中压力稳定在2mpa.g，控制加温汽化器出口介质温度高于-5℃，控制干线管道内介质温度高于-20℃，当上游干线压力降低至2mpa.g时，控制一级泄放管道中压力稳定在1mpa.g，并控制加温汽化器出口介质温度高于-5℃，控制干线管道内介质温度高于-20℃，当上游干线压力降至1mpa.g时，完全开启泄放阀，利用二级泄放阀完成后续泄放作业；

步骤六：当干线管道压力降低至0.1mpa.g时，从上游截断阀室内注入干空气，置换管道内尚存的二氧化碳，并从本站阀室的放空系统排出。。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。