GE燃驅壓縮機組節能減排及優化運行

魏祥和

摘要：本著優化機組運行、節能減排的目的，西部管道公司對49臺壓縮機組運行情況進行分析，并對其邏輯進行了認真研究，發現GE燃驅壓縮機組在吹掃置換邏輯、燃料氣加熱邏輯及干氣密封加熱器供氣溫度設定方面存在可優化空間。針對上述問題，西部管道公司組織進行技術攻關，最終確定了優化方案，達到了節能減排的效果。

關鍵詞：壓縮機；順控邏輯；干氣密封；支撐拉簧；燃料氣；節能減排 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH45 文章編號：1009-2374（2015）34-0078-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.34.040

1 概述

西部管道公司所轄西一線西段、西二線西段及輪吐線一期GE燃驅機組共計49臺，因設計及控制邏輯不盡合理，在啟機過程中存在過量放空、干氣密封故障率偏高等問題。為此，公司對此進行了研究，并提出了切實可行的優化方案。

2 存在問題及原因分析

2.1 天然氣吹掃置換邏輯不合理

按照邏輯，在壓縮機組進口加載閥及自動放空閥全開后，系統先執行120s清吹，同時，系統根據入口壓力與預設TC（此處為4s）的微分計算，當計算值≤N2值且清吹120s進程結束后，開始執行天然氣吹掃置換，時間設定為600s，此時壓縮機天然氣置換進程結束。整個啟機階段吹掃時間長達15min，時間過長。按照壓縮機組實際運維的需要和特點，管道壓縮機組需要定期切換或每月對備用機組熱啟盤車，壓縮機組自身啟停較為頻繁。對于目前全線已有的49臺GE燃驅機組而言，因為以上原因，全年啟機過程的天然氣過度放空量相當巨大，通過對程序的優化改進，節能減排效益相當明顯。

2.2 燃料氣加熱邏輯不合理

按照邏輯，壓縮機組啟動時，若燃料氣溫度低于35℃將進行加熱，加熱時間一般在2min左右。此時，機組進入天然氣吹掃階段，此過程中因燃料氣無流通導致溫度迅速下降，程序將對燃料氣進行再次加熱。所以，啟機過程中，一般會出現至少兩次以上燃料氣反復放空加熱的情況，尤其是每年的11月至來年4月份，燃料氣反復加熱放空更是在三次以上。邏輯不合理導致燃料氣多次加熱、放空，浪費較為嚴重。

2.3 干氣密封加熱器供氣溫度設定不合理

首先，按照干氣密封密封氣供氣要求，一般控制進入密封腔的干氣溫度高于其工作壓力下的露點溫度20℃以上為宜。現有控制邏輯，干氣密封加熱器加熱溫度設定為25℃，經過加熱后的密封氣經差壓調節閥、孔板后，最終進入干氣密封腔的溫降在20℃以上，由此導致干氣密封配套的“C”型密封圈、“O”型圈等低溫硬化，進而影響密封的浮動性，導致靜態充壓時或運轉時靜環追隨性下降，密封失效；其次，低溫也易導致重烴組分或少量水汽在摩擦副端面凝析，在動靜環接觸端面間產生粘附效應，由此導致啟動時動環的初始啟動扭矩過大，進而導致動靜環端面磨損、采用支撐拉簧傳遞扭矩的干氣密封則易出現拉簧因扭矩過大而變形、損壞、脫落等問題，最終也導致密封的失效；最后，按照原有邏輯，干氣密封密封氣啟動時，在系統完成GG箱體120s清吹后，壓縮機進口加載閥開啟，進行離心壓縮機的缸體吹掃、均壓過程。因此在壓縮機缸體進氣前，干氣密封預投用時間僅120s，無法保證較低溫度的密封氣加熱到設定溫度的要求。

3 優化措施

針對上述問題，西部管道公司結合現場實際情況，經過系統分析并與GE廠家聯系溝通，對壓縮機組控制邏輯進行了優化，提出了具體的改進措施，具體如下：

3.1 優化壓縮機天然氣吹掃置換邏輯

根據計算，壓縮機天然氣吹掃置換所用介質消耗量（體積流量）控制在待置換空間的5～7倍即可滿足要求，經與GE廠家溝通并系統計算，確認原邏輯置換時間過長，可以通過取消壓縮機入口壓力微分計算，直接根據置換所需天然氣體積流量確定吹掃置換時間。經計算，在壓縮機進口加載閥、自動放空閥全開且入口壓力達到29psi（2bar）開始吹掃計時，吹掃420s后進程結束，壓縮機自動放空閥關閉。為保證置換合格，在以上程序變更的基礎上，同步對壓縮機進口加載閥后限流孔板進行了更改，孔板直徑由原先的20mm變更為13mm。通過以上調整，經現場測試，壓縮機自加載閥開啟至自動放空閥關閉結束吹掃進程，置換時間在7.5min左右，此時壓縮機缸體壓力在9bar左右，吹掃時間大大縮短。

3.2 優化燃料氣加熱邏輯

針對燃料氣加熱邏輯存在的問題，經過反復研究，確定在原有功能模塊“RUNG_4”中增加“L2PCRR”（離心壓縮機均壓完畢）條件，將燃料氣加熱進程優化至機組完成均壓進程后，徹底消除了燃料氣反復放空加熱的問題。修改后邏輯如圖1所示：

修改后的邏輯取消了對于離心壓縮機入口壓力的微分計算，直接根據置換所需天然氣的體積流量的詳細計算結果，確定了吹掃置換計時的起止時間。按照計算結果，在壓縮機進口加載閥、自動放空閥全開后且壓縮機入口壓力29psi（2bar）時開始吹掃計時，在吹掃420s后，吹掃進程結束，壓縮機自動放空閥關閉。為保證置換合格，在以上程序變更的基礎上，通過計算，同步對壓縮機進口加載閥后限流孔板進行了更改，孔板直徑由原先的20mm變更為13mm。通過優化，GE燃驅機組啟機過程中，天然氣放空量明顯降低，在西二線瑪納斯站3臺機組上測試均正常。

通過以上調整，經測試，壓縮機自加載閥開啟至自動放空閥關閉，結束吹掃進程，置換時間在7.5min左右，此時壓縮機缸體壓力在9bar左右。

3.3 優化干氣密封供氣溫度

通過對干氣密封供氣溫度進行研究，進行了如下調整：一是提高干氣密封加熱器控制溫度設定值，由25℃提高至45℃，這樣可以保證進入干氣密封密封腔的天然氣溫度至少在20℃以上，滿足密封的運行要求；二是啟機進程中，推遲離心壓縮機缸體吹掃及均壓進程。在GG箱體清吹完成后，開啟離心壓縮機加載閥指令發出前，增加600s延時，使干氣密封供氣閥在離心壓縮機缸體進氣前提前開啟720s，充分保障密封氣加熱及密封腔清吹，改善了干氣密封的工作環境，提高了干氣密封的可靠性。

4 改進后的效果評估

針對上述措施，西部管道公司對西二線瑪納斯壓氣站3臺壓縮機組邏輯進行了調整，經過現場測試，效果良好。

4.1 離心壓縮機缸體置換清吹節約天然氣耗量

單臺壓縮機組離心壓縮機單次啟機吹掃節約天然氣放空量3425.89Nm3，單臺機組每月必須正常暖機啟動一次，年度啟機12次以上（還不考慮非計劃的ESD聯鎖跳機情況），節約放空天然氣量為41110.68Nm3。全線共計49臺GE燃驅機組，不計算ESD跳機情況，僅計算正常運維及切換操作，全年預計節約放空量2014423.32Nm3天

然氣。

4.2 燃氣發生器燃料氣加熱放空優化節約天然氣耗量

結合全年氣溫變化，單臺燃驅壓縮機組單次啟機燃料氣重復加熱次數平均減少2次，由此可以節約天然氣放空量330.82Nm3，年度啟機12次以上（還不考慮非計劃的ESD聯鎖跳機情況），節約放空天然氣量為3969.84Nm3。全線共計49臺機組，單臺機組每月正常暖機啟動一次，不計算ESD跳機情況，僅計算正常運維及切換操作，全年預計節約放空量194522.16Nm3天然氣。

4.3 合計節約天然氣放空耗量

按照運維手冊要求，在正常運維及切換操作中，單臺機組單次啟機節約天然氣耗量3756.71Nm3，年度單臺機組節約天然氣45080.52Nm3。全線49臺GE燃驅機組，優化后全年天然氣節能減排量為2208945.48Nm3，按2元/Nm3計算，合441.8萬元，節能減排效果極其顯著。這樣，經過優化，公司每年可節約天然氣2208945.48Nm3，同時隨著機組啟機進程延長，干氣密封所受沖擊減小，工作環境改善，干氣密封可靠性大幅提高。

參考文獻

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（責任編輯：黃銀芳）