俞立凡

（杭州華電半山發(fā)電有限公司， 杭州 310015）

大型天然氣增壓機(jī)進(jìn)水案例分析

俞立凡

（杭州華電半山發(fā)電有限公司， 杭州 310015）

介紹了 PG9171E 燃機(jī)對(duì)天然氣品質(zhì)的要求及天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)的工藝流程， 分析了天然氣增壓機(jī)進(jìn)水的原因和處理對(duì)策。

天然氣；增壓機(jī)；進(jìn)水；處理

0 引言

天然氣是一種高效優(yōu)質(zhì)的清潔能源，隨著“西氣東輸”、 “川氣東輸”等工程逐步投入使用，各地興建了一批以天然氣為燃料的燃機(jī)發(fā)電廠。有些發(fā)電廠是以城市天然氣環(huán)網(wǎng)供氣，天然氣壓力較低且變化幅度大，需要采用增壓機(jī)來(lái)滿足燃機(jī)需要。

目前，由于大型天然氣增壓機(jī)基本依賴進(jìn)口且價(jià)格昂貴。所以，各燃機(jī)電廠對(duì)大型增壓機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)都特別重視，下面分析一起罕見的增壓機(jī)進(jìn)水案例，供參考。

1 調(diào)壓站系統(tǒng)

某發(fā)電廠 1 臺(tái) PG9171E 燃機(jī)組成的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃料為天然氣，由城市高壓管道向電廠供氣， 來(lái)氣壓力為 0.6 ～ 1.6MPa。

PG9171E 燃機(jī)對(duì)天然氣品質(zhì)要求如下：

（1）工作壓力： 2.52～2.59 MPa。

（2）工作溫度： 比碳?xì)湮锛八穆饵c(diǎn)溫度高28℃以上。

（3）在天然氣溫度＜15℃、 濾芯阻力＜2 500 Pa情況下，調(diào)壓站系統(tǒng)出口天然氣過(guò)濾性能應(yīng)達(dá)到的要求為 0.3 μm 直徑以上固體顆粒過(guò)濾效率為99.99%， 所有 0.3 μm 直徑以上液體顆粒過(guò)濾效率為 99.5%。

天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)的工藝流程為：

進(jìn)廠天然氣→緊急切斷單元→分離單元 （粗濾）→過(guò)濾單元（精濾）→計(jì)量單元（超聲波計(jì)量）→穩(wěn)壓?jiǎn)卧ㄟM(jìn)口穩(wěn)壓罐）→離心式增壓模塊（增壓機(jī)）→出口穩(wěn)壓?jiǎn)卧?（出口穩(wěn)壓罐）→燃機(jī)前置供氣模塊，圖1為系統(tǒng)圖。

系統(tǒng)中包括 1 套增壓機(jī)， 滿足 1 臺(tái)燃機(jī) 110%用氣量要求。為了對(duì)各設(shè)備的排污與安全放散進(jìn)行集中處理， 還配置了集污模塊（集污罐）與放散塔，方便對(duì)各設(shè)備的排污與放散進(jìn)行收集處理。

2 增壓機(jī)進(jìn)水故障

某日燃機(jī)啟動(dòng)后 1 h，由于天然氣增壓機(jī)跳閘，燃機(jī)手動(dòng)緊急停機(jī)。分析增壓機(jī)報(bào)警信息可知，增壓機(jī)的2級(jí)密封部分可能存在問(wèn)題。

圖1 天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)

拆開與2級(jí)密封測(cè)量相關(guān)的信號(hào)管，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)有水、汽。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)：天然氣增壓機(jī)管道、進(jìn)口緩沖罐、出口消音器、出口緩沖罐、增壓機(jī)的高低壓冷卻器氣側(cè)有大量積水；但進(jìn)口的粗濾、精濾、集污模塊液位正常。因此判斷天然氣增壓機(jī)已經(jīng)進(jìn)水，需要解體檢查。

天然氣增壓機(jī)解體檢查后發(fā)現(xiàn)，大部分機(jī)件雖然承受了水沖擊，但未損壞，僅受到水浸泡，有鐵銹的痕跡等。

其中，2級(jí)干氣密封間隙偏大，但沒有發(fā)現(xiàn)龜裂縫；3級(jí)葉輪表面有擦痕，但手摸無(wú)異感，如圖2所示，為了確保安全，返廠檢查平衡。全部清理后回裝，運(yùn)行情況恢復(fù)正常。

圖2 3級(jí)葉輪表面的擦痕

3 原因分析

由于天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)內(nèi)大量積水，首先判斷天然氣增壓機(jī)系統(tǒng)高壓、低壓換熱器可能泄漏。隔離其氣側(cè)進(jìn)、出口閥，水側(cè)繼續(xù)通水，水壓試驗(yàn) 6 h后， 氣側(cè)沒有水流出，說(shuō)明換熱器正常，無(wú)泄漏。因此判斷積水的水源可能來(lái)自天然氣。

天然氣主要由烷烴類氣體、硫化氫、二氧化碳、氮?dú)?、水蒸氣及部分稀有氣體組成，其成分及參數(shù)見表1（城市管網(wǎng)的首站出口參數(shù)）。 由于該增壓機(jī)累計(jì)天然氣消耗 90 萬(wàn) m3（標(biāo)況下）。 按含水量100%凝結(jié)計(jì)算，凝結(jié)水量為 1 005.75 kg， 而從管道、緩沖罐放出的水量總計(jì)遠(yuǎn)大于此，且含在天然氣中的水也不可能 100%凝結(jié)， 還有部分以飽和水蒸汽的形式混合在天然氣中直接進(jìn)入燃機(jī)。

表1 天然氣成分及參數(shù)（標(biāo)況下）

天然氣如帶液態(tài)水，必定會(huì)在調(diào)壓站進(jìn)口的粗濾、精濾、集污模塊的液位中反映出來(lái)，但顯示均正常，因此天然氣沒有直接帶液態(tài)水。

另外的可能是：天然氣帶飽和水蒸汽。因?yàn)楣艿赖牡屯萏幏e水揮發(fā)，使天然氣的含水量超標(biāo)，由于是氣態(tài)的飽和水蒸汽，無(wú)法在粗濾、精濾中分離。

而離心式壓縮機(jī)是通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對(duì)氣體做功，然后流入擴(kuò)壓器，使速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。其間由于氣體在壓縮過(guò)程中溫度升高，高溫下氣體壓縮功耗增大，為了減少功耗，離心式壓縮機(jī)在壓縮過(guò)程中采用外置式中間冷卻器（低壓）對(duì)天然氣進(jìn)行冷卻，再經(jīng)吸氣室進(jìn)入下一級(jí)壓縮，進(jìn)一步冷卻、輸出。

天然氣被壓縮后，氣體中的部分非飽和水被壓縮成游離狀，氣體中無(wú)法排出的非飽和水和部分游離水會(huì)在低壓、高壓冷卻器內(nèi)因降溫而凝結(jié)。進(jìn)入燃機(jī)前的管道因?yàn)檩^長(zhǎng)，且裸露在外，經(jīng)增壓機(jī)加壓后的天然氣會(huì)在管道、容器中繼續(xù)冷卻降溫，其中的飽和水因此會(huì)進(jìn)一步凝結(jié)。

增壓機(jī)采用制氮機(jī)自制的氮?dú)饷芊猓獨(dú)庵械暮扛?，也?huì)影響天然氣的含水量指標(biāo)。但本次檢查制氮機(jī)疏水系統(tǒng)均正常，氮?dú)獾恼：坎恢劣诋a(chǎn)生大量的凝結(jié)水。

因此，積水的形成主要是由于天然氣進(jìn)口輸送管道干燥不夠，低洼處積水在天然氣中揮發(fā)，使得天然氣的含水量嚴(yán)重超標(biāo)。

4 對(duì)策及建議

4.1 完善調(diào)壓站系統(tǒng)排污系統(tǒng)

根據(jù)圖1所示，原增壓機(jī)的高、低壓冷卻器氣側(cè)有排污口，但用堵板封住了，這是一個(gè)設(shè)計(jì)漏洞。因?yàn)樘烊粴庵械乃⒅責(zé)N類在增壓機(jī)加壓、降溫后會(huì)有部分凝結(jié)在高、低壓換熱器及進(jìn)、出口緩沖罐中，并逐漸積聚，在這些容器中應(yīng)該設(shè)置液位計(jì)并有排放措施?，F(xiàn)臨時(shí)各增設(shè)2個(gè)手動(dòng)排污閥，在液位計(jì)到位前先排地，待加裝液位計(jì)后，再將排地改排集污罐。

另外，出口緩沖罐排污增加1個(gè)二次閥，進(jìn)口緩沖罐原有排地管道暫不改造，兩者的排污也臨時(shí)排地，待加裝了液位計(jì)后，再將排地改排集污罐。

排污操作要定時(shí)進(jìn)行，且為安全起見，規(guī)定1人操作，1人監(jiān)護(hù)。另外，為便于排放物的擴(kuò)散，要求各設(shè)備的排污最好能錯(cuò)時(shí)進(jìn)行。

4.2 天然氣管道放盡剩水

如果管道中積水，會(huì)增加天然氣中水的含量，容易造成設(shè)備損壞；含水的天然氣在一定的壓力和溫度下，還會(huì)形成水合物。這種水合物是一種類似 于 冰 或 雪 的 物 質(zhì) ， 密 度 為 0.88～0.90 g/cm3，一般在 35℃以下就有可能形成。 一旦形成后會(huì)減少管道的流通面積，產(chǎn)生節(jié)流，加速水合物的進(jìn)一步產(chǎn)生。水合物不僅可能導(dǎo)致管道堵塞，也會(huì)造成輸氣不暢甚至引起更大危害。

4.3 加強(qiáng)運(yùn)行分析

增壓機(jī)工況發(fā)生變化時(shí)，運(yùn)行參數(shù)也會(huì)發(fā)生變化，但變化比較緩慢時(shí)，僅從當(dāng)天的數(shù)據(jù)中很難看出異樣，必須與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，才能發(fā)現(xiàn)異常。

天然氣調(diào)壓站采用先降壓再增壓的方式，先減壓會(huì)在減壓閥和管路中產(chǎn)生制冷效應(yīng)，天然氣中的飽和水因此凝結(jié)出水，疏水一般在各過(guò)濾器的疏水器中排放，但增壓機(jī)的換熱器中仍會(huì)有部分凝結(jié)物產(chǎn)生，要注意監(jiān)控。

另外，建議天然氣增壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)考慮增設(shè)“進(jìn)水保護(hù)”或“天然氣含水（氣態(tài)）量大”告警。

5 結(jié)語(yǔ)

天然氣增壓機(jī)是燃?xì)獍l(fā)電廠的重要設(shè)備，增壓機(jī)生產(chǎn)企業(yè)對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行的監(jiān)控、保護(hù)措施應(yīng)更加完善；設(shè)計(jì)單位也應(yīng)考慮全面，避免設(shè)計(jì)漏洞；運(yùn)行單位對(duì)存在的問(wèn)題要及時(shí)整改。

當(dāng)天然氣增壓機(jī)跳閘時(shí)，在 PG9171E 燃機(jī)輕載（約 10 MW 以下）情況下， 如在 1 min 內(nèi)選擇停機(jī)，由于有天然氣緩沖罐、管道等的蓄存，燃機(jī)可以正常停機(jī)，這樣可以避免跳機(jī)熄火對(duì)設(shè)備的熱沖擊及對(duì)壽命的影響。

[1]胡 玉 清.燃 機(jī) 電 廠 天 然 氣 增 壓 系 統(tǒng) 的 選 擇[J].電 力 設(shè)計(jì)，2008，（5）∶61-64.

[2]劉寶玉，郝敏，陳保東.長(zhǎng)輸管道內(nèi)天然氣最大允許含水 量 的 預(yù) 測(cè)[J].石 油 化 工 高 等 學(xué) 校 學(xué) 報(bào) ，2004，17（2）∶75.

（本文編輯：徐 晗）

Case Analysis of Large-scale Natural Gas Booster W ater Intrusion

YU Li-fan
（Hangzhou Huadian Banshan Power Generation Co.Ltd.， Hangzhou 310015，China）

This paper introduces the nature gas quality requirement for PG9171E gas turbine and the technological process of the natural gas regulator station,analyzes the reasons and countermeasures of water intrusion in natural gas booster.

natural gas； booster； water intrusion； treatment

TM611.3

：B

： 1007-1881（2010）07-0039-03

2009-11-30

俞立凡（1965-）， 男， 浙江杭州人， 工程師， 從事燃機(jī)運(yùn)行管理工作。