輸氣站燃氣輪機進氣系統結冰結霜分析與改進

馬建朝

（中石油管道聯合有限公司西部分公司 烏魯木齊）

一、簡介

西氣東輸二線瑪納斯壓氣站自2009年投產以來，冬季由于受到冷空氣的影響，加之周邊地區空氣潮濕霧大，造成瑪納斯壓氣站燃機空氣過濾器濾芯內外經常結霜結冰。雖然GE公司根據要求配備了防冰系統，但西二線瑪納斯壓氣站幾個冬季的運行表明，當雨雪天氣或相對濕度≥90%RH時,燃壓機組進氣濾芯就會發生嚴重的冰霜堵塞，若不及時進行人工除冰除霜,機組就會發生進氣壓降高→報警→停機現象。雖然GE燃氣輪機在空氣過濾器里面自帶了脈沖反吹系統進行吹掃，但是空氣過濾器結冰結霜問題還是無法清除，因結冰結霜造成進氣系統壓損超高而被迫停機問題依然發生。

二、結冰結霜機理分析

瑪納斯壓氣站地處昌吉地區，位于亞歐大陸腹地，準噶爾盆地南緣遠離海洋，屬中溫帶大陸性干旱氣候。冬季嚴寒漫長，夏季炎熱，春季升溫快且不穩，秋季降溫迅速，冷空氣活動頻繁。每年二三月份空氣濕度較大，加上晝夜溫差較大，起霧幾率大增，燃氣輪機在這個季節結冰結霜經常發生。根據GB/T 13674-1992《燃氣輪機輔助設備通用技術要求》、HB 7257-1995《輕型燃氣輪機進氣過濾器》和HB 7811-2006《燃氣輪機進排氣系統通用技術要求》，在高寒高濕地區，燃機進氣過濾器濾芯前應設計濾芯進氣加熱裝置，以防止濾芯結霜結冰。

根據熱工學可知，濾芯進氣系統由于空氣流速的變化必然會造成空氣溫度的變化。空氣流速越快，空氣溫降越大或進氣壓降越大，空氣溫降越大。當濾芯內外壓差造成的溫降使空氣的干氣溫度Ta≤空氣的露點溫度Td時，空氣中的水蒸氣會冷凝成水，當Ta≤0℃時，凝結水就凝華成冰霜。這種凝成的冰霜會嵌在濾芯的內外部，因此靠脈沖反沖洗是不能清除掉這種冰霜的。

經過現場實際考察分析，GE等公司在進氣道消聲器加熱進氣的方法明顯不符合高寒高濕地區，如果在濾芯前加熱，既能防止濾芯結冰，又能防止消聲器、進氣喇叭口和一級可調導葉的結冰。

因此，燃氣輪機進氣過濾器本身帶有自動和手動反吹系統，由于是由內而外進行反吹，不能根本消除濾芯結冰結霜問題，應該加以改進。圖1所示為濾芯表明結霜時的現場照片。

三、改進方法

結合瑪納斯壓氣站機組已有防冰系統形式及環境條件，提出由外正吹進行加熱的改造方法。在原燃機進氣過濾器前增加一套進氣加熱裝置，加熱空氣取自燃機壓氣機中間級防冰抽氣系統（參考其機組資料，防冰加熱抽氣溫度約為400℃），利用少量的高溫抽氣（高壓空氣）對過濾器前的冷空氣進行摻混加熱，使空氣在進入過濾器前進氣相對濕度下降，來避免濾芯表面結霜結冰。

利用少量的燃氣輪機壓氣機中間級的抽氣（350～427℃，1.3～2.01 MPa），通過控制調節閥的開度，把適量的高溫氣體噴在空氣過濾器濾芯周圍，對冷空氣進行混合加熱。保證高溫高壓氣體噴出后不對過濾器濾芯造成任何不良影響。通過對噴嘴分布和噴射方向進行合理布置，確保濾芯表面溫度≤20℃。

圖1 濾芯表面結霜照片

在機組原有防結冰引氣分配管上安裝三通，通過三通分接一管路，在分流道網狀布置的噴嘴上，為防止加熱空氣損傷濾紙表面，噴嘴高度距離濾芯底部約20 cm。

圖2 網狀布置的噴嘴

圖3 瑪納斯壓氣站除霜后的效果圖

四、改進后效果

根據測算，空氣過濾器濾芯結冰結霜后，會降低燃氣輪機循環熱效率1.5～2個百分點。進氣過濾器結霜結冰后，壓損壓差升高，燃機進氣阻力損失增大，機組出力、熱效率等性能指標就會隨之下降。通常燃機進氣損失每4 mm水柱，功率下降1.6%，熱耗增加0.7%，以機組規定的高報警值130 mmH2O估算，機組出力約下降50%，熱耗增加20%，可見過濾器壓差值不僅影響機組出力，還提高熱耗。

對瑪納斯機組進行測算，改進后與原來GE除霜加熱裝置相比，可以節約天然氣331 000m3。系統建成后，將徹底改善瑪納斯壓氣站燃機進氣過濾器濾芯結霜問題，保證機組正常的進氣系統壓力損失，消除了因燃氣輪機結霜結冰而引起的報警、停機、更換濾芯等故障，對于維持燃機在高效率工況下運行起到了保障作用。改進后的系統具有結構簡單、工作可靠、運行維護方便、節能環保等優點。