淺談燃油電廠LNG 站的工藝流程及改進(jìn)措施

江仕洪

(深圳南天電力有限公司，廣東深圳518040)

0 引言

當(dāng)前，國內(nèi)燃油電廠正遭遇著前所未有的生存危機(jī)，一是國際原油價(jià)格居高不下，大大增加了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本;二是由于在發(fā)電過程中要排放大量的有害氣體，導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，環(huán)保壓力日益增大。在這種形勢(shì)下，燃油電廠改用天然氣發(fā)電，符合國家的能源政策，具有非常的現(xiàn)實(shí)意義。

1 LNG站的工藝流程

LNG是液化天然氣Liquefied Natural Gas的英文縮寫，它是一種清潔、高效的優(yōu)質(zhì)能源，可用于發(fā)電廠、工廠、家庭使用。下面以國內(nèi)燃機(jī)電廠首座LNG站為例，介紹其工藝流程。

LNG站由氣化站和調(diào)壓站兩部分組成，其工藝流程如圖1所示。

圖1 LNG站工藝流程

1.1 氣化站

采用槽車通過公路將LNG運(yùn)輸?shù)诫姀S。在卸車階段，槽車內(nèi)的LNG由卸車烴泵打入LNG儲(chǔ)罐，在儲(chǔ)罐中的LNG依靠液位差自動(dòng)流入輸液烴泵，液態(tài)加壓后輸入主氣化器，然后與循環(huán)水換熱轉(zhuǎn)化為氣態(tài)天然氣NG，經(jīng)過粗過濾、調(diào)壓、精過濾，計(jì)量達(dá)到要求的供氣條件后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)。

(1)卸車系統(tǒng):利用卸車泵將液態(tài)LNG輸送至儲(chǔ)罐，并對(duì)卸車泵狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對(duì)卸車泵出口壓力進(jìn)行控制。

(2)儲(chǔ)罐系統(tǒng):包括罐的進(jìn)料控制、罐切換控制及罐液位報(bào)警控制等，通過調(diào)節(jié)閥的開度來保證儲(chǔ)罐的壓力維持在規(guī)定值之內(nèi)。

(3)輸液烴泵:通過PLC裝置控制兩臺(tái)烴泵的啟停及切換。

(4)主氣化器裝置:將液態(tài)的LNG轉(zhuǎn)換成氣態(tài)的NG，供燃?xì)廨啓C(jī)使用。

(5)BOG加熱器:LNG儲(chǔ)罐日蒸發(fā)率大約為0.15%，這部分蒸發(fā)了的氣體如果不及時(shí)排出，將造成儲(chǔ)罐壓力升高，為此設(shè)置了降壓調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)壓力自動(dòng)排出BOG。

(6)EAG加熱器:低溫系統(tǒng)安全閥放空的全部是低溫氣體，在大約-107℃以下時(shí)，LNG的密度大于常溫下空氣的密度，排放不易擴(kuò)散，會(huì)向下積聚。因此設(shè)置一臺(tái)空溫式放散氣體加熱器，放散氣體先通過該加熱器，經(jīng)過與空氣換熱后的天然氣比重會(huì)小于空氣的比重。高點(diǎn)放散后將容易擴(kuò)散，從而不易形成爆炸性混合物。

(7)調(diào)壓系統(tǒng):采用輸液烴泵對(duì)LNG進(jìn)行加壓，加壓后的LNG進(jìn)入主氣化器進(jìn)行氣化，氣化后的NG經(jīng)主調(diào)壓器按照燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣壓力要求調(diào)節(jié)到需要的壓力后，供給燃?xì)廨啓C(jī)。

(8)計(jì)量設(shè)備:氣化站采用渦輪流量計(jì)，帶溫度和壓力補(bǔ)償，有就地顯示和遠(yuǎn)傳信號(hào)功能，管路系統(tǒng)設(shè)置旁通，確保流量計(jì)維修時(shí)，仍能繼續(xù)供氣。

(9)其它:包括對(duì)輔助調(diào)壓器、氣化站泄漏情況、壓縮機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)/停止及相關(guān)報(bào)警保護(hù)進(jìn)行監(jiān)視和控制。

(10)自控系統(tǒng):為了保證氣化裝置安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，整個(gè)氣化站相關(guān)的運(yùn)行參數(shù)采用就地及控制室顯示，并通過控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。

(11)電氣系統(tǒng):電氣設(shè)備采用兩路380V電源供電，互為備用。站內(nèi)所有電氣設(shè)備均采用二級(jí)控制，在設(shè)備附近機(jī)箱上控制及控制室內(nèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制。由于LNG屬于易燃易爆的危險(xiǎn)品，所以對(duì)氣站內(nèi)及相關(guān)系統(tǒng)的所有用電及控制設(shè)備均采用防爆型產(chǎn)品。對(duì)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)金屬設(shè)備及工藝管道均作防靜電處理，LNG氣化裝置屬于第一類防雷等級(jí)，所以按照要求采取了有效的防雷措施。

(12)吹掃及儀表用風(fēng):吹掃系統(tǒng)采用氮?dú)猓饕㎜NG卸車時(shí)管道吹掃和輸液烴泵密封之用，儀表送風(fēng)系統(tǒng)用于各種氣動(dòng)閥門。

(13)消防系統(tǒng):LNG和NG都是易燃易爆的危險(xiǎn)品，如果操作不當(dāng)或泄漏會(huì)產(chǎn)生爆炸和火災(zāi)的危險(xiǎn)。所以LNG和NG裝置區(qū)內(nèi)對(duì)消防要求極高，故采用全方位消防保障系統(tǒng)，以確保裝置的安全運(yùn)行。

1.2 調(diào)壓站

調(diào)壓站進(jìn)口分別來自氣化站與廣東LNG大鵬美視分輸站。由進(jìn)口緊急切斷單元、計(jì)量單元、加熱單元、過濾單元、減壓?jiǎn)卧獦?gòu)成。來自廣東LNG大鵬美視分輸站的天然氣經(jīng)過調(diào)壓站調(diào)壓后向燃?xì)廨啓C(jī)供氣。調(diào)壓站進(jìn)口壓力39bar，進(jìn)口溫度-19～38℃，出口壓力27bar。出口溫度＞10℃，設(shè)計(jì)流量159700 Nm3/h，可供該廠一臺(tái)13E2和3臺(tái)9E機(jī)組發(fā)電用氣。

(1)進(jìn)口緊急切斷閥(ESD):用于在需要的時(shí)候切斷進(jìn)入調(diào)壓站的天然氣。緊急情況下可以使用控制室、就地的急停按鈕緊急切斷。

(2)計(jì)量單元:包括流量計(jì)量和色譜分析。將超聲波流量計(jì)測(cè)得的流量、實(shí)際的天然氣溫度、壓力一起傳送給流量計(jì)算機(jī)，然后以Nm3/h的形式計(jì)算出天然氣的流量;色譜分析用于確定天然氣的組分和熱值。

(3)加熱單元:將天然氣從-19～38℃加熱至17℃以上，以保證調(diào)壓站的出口溫度高于10℃。

(4)過濾、分離單元和污液儲(chǔ)罐單元:用于將天然氣中的固體小顆粒和液體小液滴分離出來，給燃機(jī)提供清潔的天然氣。

(5)調(diào)壓?jiǎn)卧?用于降低天然氣的進(jìn)口壓力，保持出口壓力為27bar。

2 存在的問題及改造方案

2.1 LNG站輸液烴泵機(jī)封改進(jìn)

該廠LNG站共有兩臺(tái)輸液烴泵，承擔(dān)全廠液態(tài)LNG輸送任務(wù)。使用以來，輸液烴泵的機(jī)械密封頻繁泄漏，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)和液態(tài)烴的輸送工作。由于該機(jī)械密封屬于進(jìn)口產(chǎn)品，成本較高，而且使用壽命短。因此，該機(jī)械密封經(jīng)濟(jì)性、可靠性均偏低。輸液烴泵機(jī)封磨損圖如圖2所示。從機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)和工作原理及日常應(yīng)用結(jié)果來看，泄漏的原因主要有:密封端面液膜閃蒸、密封端面過度磨損、泵發(fā)生汽蝕、機(jī)械密封靜態(tài)下泄漏。

圖2 輸液烴泵機(jī)封磨損圖

根據(jù)輸液烴泵的運(yùn)行特性，參閱了大量技術(shù)資料，經(jīng)過與同類型設(shè)備的認(rèn)真比較、分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，決定采用機(jī)械密封與干氣密封組合的串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，來解決輸液烴泵的密封問題。該機(jī)封具有以下特點(diǎn):

(1)干氣密封與接觸式機(jī)械密封串聯(lián)使用，第一級(jí)機(jī)械密封為主密封，密封介質(zhì)為L(zhǎng)NG;第二級(jí)干氣密封為輔助密封，密封介質(zhì)主要為氮?dú)饧吧倭繌臋C(jī)械密封泄漏出已汽化的天然氣;

(2)干氣密封與主密封間通入氮?dú)猓瑝毫σ话銥?.6～0.8MPa，這樣可以大大提高主密封的背壓，減小LNG在端面間由于摩擦熱而汽化的程度，避免機(jī)械密封出現(xiàn)劇烈磨損現(xiàn)象，從而極大地延長(zhǎng)主密封的使用壽命，提高主密封的性能;

(3)主密封泄漏的LNG介質(zhì)進(jìn)入一、二級(jí)密封之間的密封腔，密封腔壓力為0.6～0.8MPa，在此壓力下，LNG已經(jīng)為氣相。該氣相NG隨氮?dú)庖黄鹋畔驈U氣回收系統(tǒng)，從而保證工藝介質(zhì)幾乎不向大氣泄漏，是一種環(huán)保型、安全型密封結(jié)構(gòu);

(4)當(dāng)主密封失效后，干氣密封在短時(shí)間內(nèi)起到主密封作用，防止工藝介質(zhì)突然向大氣大量泄漏;

(5)由于干氣密封的保護(hù)作用，即使因工藝波動(dòng)出現(xiàn)抽空現(xiàn)象，組合密封也不易受損。

改造后使用效果良好，基本解決了輸液烴泵的機(jī)械密封泄漏的難題，使電廠的安全生產(chǎn)得到了保證，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

2.2 調(diào)壓站ESD閥控制電源及控制回路改造

根據(jù)調(diào)壓站運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，參考原設(shè)計(jì)方案，發(fā)現(xiàn)調(diào)壓站ESD閥控制電源供電方式及電磁閥控制回路接線方式均存在不安全因素，于是，提出如下改造方案。

(1)調(diào)壓站ESD閥控制電源原取自6#機(jī)UPS變24V直流，電源開關(guān)“開關(guān)電源1”，僅這一路控制電源，當(dāng)天然氣管道出現(xiàn)大量泄漏等事故，急需通過ESD閥來快速切斷天然氣氣源時(shí)，如果該路控制電源出現(xiàn)故障，ESD閥不能及時(shí)動(dòng)作，后果將不堪設(shè)想。所以必須增加一路控制電源，以此確保控制電源的安全、可靠。新增一路控制電源為220V廠用交流電變24V直流，電源開關(guān)“開關(guān)電源2”;兩路電源并聯(lián)運(yùn)行，運(yùn)行中兩路開關(guān)同時(shí)投入，如圖3所示。

圖3 調(diào)壓站ESD閥控制電磁閥供電方式改造

(2)原設(shè)計(jì)方案ESD閥控制回路中，氣化站和就地控制室兩個(gè)緊急按鈕觸點(diǎn)并聯(lián)后同時(shí)控制兩個(gè)電磁閥，只要按下任何緊停按鈕，都會(huì)使ESD閥動(dòng)作關(guān)閉，存在安全隱患。在新建9E機(jī)組投運(yùn)后，在9E控制室又新增了一個(gè)緊停按鈕，這樣ESD閥緊停按鈕增至三個(gè)。若仍按原方案接線，勢(shì)必又增加一處安全隱患點(diǎn)。因此，做如圖4所示改造。

改造后每個(gè)電磁閥分別受一組緊停按鈕觸點(diǎn)控制。開閥的命令是脈沖式的，電磁閥的帶電是分別靠繼電器6KA1A、6KA1B自保持。改造后，只要有一個(gè)緊停按鈕常閉觸點(diǎn)斷開，將會(huì)使繼電器6KA1A、6KA1B中的一個(gè)失電，從而造成一個(gè)電磁閥失電。由于9E控制室、氣化站和調(diào)壓站控制室均有兩個(gè)緊停按鈕且并聯(lián)接線，正常情況下只有當(dāng)兩個(gè)按鈕同時(shí)按下時(shí)，ESD閥才會(huì)關(guān)閉，ESD閥安全性大大提高。這樣接線也存在缺點(diǎn)，由圖4可知，如果只按下一個(gè)也會(huì)造成一個(gè)(6YV2A或6YV2B)電磁閥失電，但不會(huì)關(guān)ESD閥，此時(shí)，若另一個(gè)電磁閥故障或另兩地再誤按另一個(gè)電磁閥的按鈕也會(huì)造成ESD閥關(guān)閉，但這種情況幾率較小。在天然氣系統(tǒng)運(yùn)行中，一旦發(fā)生誤按其中一個(gè)按鈕時(shí)，必須重新發(fā)一個(gè)ESD開閥命令。

圖4 調(diào)壓站ESD閥控制電磁閥控制回路圖

3 結(jié)語

利用天然氣發(fā)電，符合國家能源發(fā)展方向，將成為電力發(fā)展趨勢(shì)。因此，國內(nèi)有條件的燃油電廠可對(duì)現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行天然氣改造。在具體運(yùn)行中，合理地選擇工藝流程、設(shè)備配置和安全設(shè)計(jì)，積極進(jìn)行工藝改進(jìn)，是保證LNG供氣站安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

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