大型天然氣增壓機進水案例分析

俞立凡

（杭州華電半山發(fā)電有限公司， 杭州 310015）

大型天然氣增壓機進水案例分析

俞立凡

（杭州華電半山發(fā)電有限公司， 杭州 310015）

介紹了 PG9171E 燃機對天然氣品質(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進水的原因和處理對策。

天然氣；增壓機；進水；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，需要采用增壓機來滿足燃機需要。

目前，由于大型天然氣增壓機基本依賴進口且價格昂貴。所以，各燃機電廠對大型增壓機系統(tǒng)的運行、維護都特別重視，下面分析一起罕見的增壓機進水案例，供參考。

1 調(diào)壓站系統(tǒng)

某發(fā)電廠 1 臺 PG9171E 燃機組成的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，燃料為天然氣，由城市高壓管道向電廠供氣， 來氣壓力為 0.6 ～ 1.6MPa。

PG9171E 燃機對天然氣品質(zhì)要求如下：

（1）工作壓力： 2.52～2.59 MPa。

（2）工作溫度： 比碳氫物及水的露點溫度高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)出口天然氣過濾性能應(yīng)達到的要求為 0.3 μm 直徑以上固體顆粒過濾效率為99.99%， 所有 0.3 μm 直徑以上液體顆粒過濾效率為 99.5%。

天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)的工藝流程為：

進廠天然氣→緊急切斷單元→分離單元 （粗濾）→過濾單元（精濾）→計量單元（超聲波計量）→穩(wěn)壓單元（進口穩(wěn)壓罐）→離心式增壓模塊（增壓機）→出口穩(wěn)壓單元 （出口穩(wěn)壓罐）→燃機前置供氣模塊，圖1為系統(tǒng)圖。

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

2 增壓機進水故障

某日燃機啟動后 1 h，由于天然氣增壓機跳閘，燃機手動緊急停機。分析增壓機報警信息可知，增壓機的2級密封部分可能存在問題。

圖1 天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)

拆開與2級密封測量相關(guān)的信號管，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)有水、汽。進一步檢查發(fā)現(xiàn)：天然氣增壓機管道、進口緩沖罐、出口消音器、出口緩沖罐、增壓機的高低壓冷卻器氣側(cè)有大量積水；但進口的粗濾、精濾、集污模塊液位正常。因此判斷天然氣增壓機已經(jīng)進水，需要解體檢查。

天然氣增壓機解體檢查后發(fā)現(xiàn)，大部分機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級干氣密封間隙偏大，但沒有發(fā)現(xiàn)龜裂縫；3級葉輪表面有擦痕，但手摸無異感，如圖2所示，為了確保安全，返廠檢查平衡。全部清理后回裝，運行情況恢復(fù)正常。

圖2 3級葉輪表面的擦痕

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系統(tǒng)高壓、低壓換熱器可能泄漏。隔離其氣側(cè)進、出口閥，水側(cè)繼續(xù)通水，水壓試驗 6 h后， 氣側(cè)沒有水流出，說明換熱器正常，無泄漏。因此判斷積水的水源可能來自天然氣。

天然氣主要由烷烴類氣體、硫化氫、二氧化碳、氮氣、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)）。 由于該增壓機累計天然氣消耗 90 萬 m3（標(biāo)況下）。 按含水量100%凝結(jié)計算，凝結(jié)水量為 1 005.75 kg， 而從管道、緩沖罐放出的水量總計遠大于此，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入燃機。

表1 天然氣成分及參數(shù)（標(biāo)況下）

天然氣如帶液態(tài)水，必定會在調(diào)壓站進口的粗濾、精濾、集污模塊的液位中反映出來，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。因為管道的低洼處積水揮發(fā)，使天然氣的含水量超標(biāo)，由于是氣態(tài)的飽和水蒸汽，無法在粗濾、精濾中分離。

而離心式壓縮機是通過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對氣體做功，然后流入擴壓器，使速度能轉(zhuǎn)化為壓力能。其間由于氣體在壓縮過程中溫度升高，高溫下氣體壓縮功耗增大，為了減少功耗，離心式壓縮機在壓縮過程中采用外置式中間冷卻器（低壓）對天然氣進行冷卻，再經(jīng)吸氣室進入下一級壓縮，進一步冷卻、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，氣體中無法排出的非飽和水和部分游離水會在低壓、高壓冷卻器內(nèi)因降溫而凝結(jié)。進入燃機前的管道因為較長，且裸露在外，經(jīng)增壓機加壓后的天然氣會在管道、容器中繼續(xù)冷卻降溫，其中的飽和水因此會進一步凝結(jié)。

增壓機采用制氮機自制的氮氣密封，氮氣中的含水量高，也會影響天然氣的含水量指標(biāo)。但本次檢查制氮機疏水系統(tǒng)均正常，氮氣的正常含水量不至于產(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，這是一個設(shè)計漏洞。因為天然氣中的水、重?zé)N類在增壓機加壓、降溫后會有部分凝結(jié)在高、低壓換熱器及進、出口緩沖罐中，并逐漸積聚，在這些容器中應(yīng)該設(shè)置液位計并有排放措施。現(xiàn)臨時各增設(shè)2個手動排污閥，在液位計到位前先排地，待加裝液位計后，再將排地改排集污罐。

另外，出口緩沖罐排污增加1個二次閥，進口緩沖罐原有排地管道暫不改造，兩者的排污也臨時排地，待加裝了液位計后，再將排地改排集污罐。

排污操作要定時進行，且為安全起見，規(guī)定1人操作，1人監(jiān)護。另外，為便于排放物的擴散，要求各設(shè)備的排污最好能錯時進行。

4.2 天然氣管道放盡剩水

如果管道中積水，會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。 一旦形成后會減少管道的流通面積，產(chǎn)生節(jié)流，加速水合物的進一步產(chǎn)生。水合物不僅可能導(dǎo)致管道堵塞，也會造成輸氣不暢甚至引起更大危害。

4.3 加強運行分析

增壓機工況發(fā)生變化時，運行參數(shù)也會發(fā)生變化，但變化比較緩慢時，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，疏水一般在各過濾器的疏水器中排放，但增壓機的換熱器中仍會有部分凝結(jié)物產(chǎn)生，要注意監(jiān)控。

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

5 結(jié)語

天然氣增壓機是燃氣發(fā)電廠的重要設(shè)備，增壓機生產(chǎn)企業(yè)對產(chǎn)品運行的監(jiān)控、保護措施應(yīng)更加完善；設(shè)計單位也應(yīng)考慮全面，避免設(shè)計漏洞；運行單位對存在的問題要及時整改。

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

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

[2]劉寶玉，郝敏，陳保東.長輸管道內(nèi)天然氣最大允許含水 量 的 預(yù) 測[J].石 油 化 工 高 等 學(xué) 校 學(xué) 報 ，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， 從事燃機運行管理工作。