燃氣輪機天然氣壓縮機組的試驗與分析

許彥博 許鐵 許元偉 張軒 穆承廣

（1.中國石油北京油氣調控中心；2.中國石油管道科技研究中心；3.中國石油北京天然氣管道有限公司大港儲氣庫分公司）

燃氣輪機天然氣壓縮機組的試驗與分析

許彥博1許鐵2許元偉3張軒2穆承廣2

（1.中國石油北京油氣調控中心；2.中國石油管道科技研究中心；3.中國石油北京天然氣管道有限公司大港儲氣庫分公司）

簡稱Solar燃氣輪機天然氣壓縮機組（Solar），被應用于是天然氣輸送管線、儲氣庫上的主要動力設備，燃氣輪機天然氣壓縮機組的效率測定是十分重要的，燃氣輪機天然氣壓縮機組是否能在高效區工作，對于輸氣管線系統耗能水平的高低具有重要的影響。通過Solar燃氣輪機天然氣壓縮機組在不同運行工況下效率試驗，計算出了不同轉速下的效率值，得到性能曲線，為Solar燃氣輪機天然氣壓縮機組經濟運行提供了數據支持。

天然氣輸送管道；燃氣輪機天然氣壓縮機組；效率

1 設備概況與站場運行工況

目前Solar燃氣輪機天然氣壓縮機組，是天然氣輸送管道、儲氣庫上的主要動力設備，為了提高Solar燃氣輪機天然氣壓縮機組出力，降低能源消耗，我們對泰安站4#機組Solar燃氣輪機天然氣壓縮機組進行了現場效率試驗。

Solar屬于航改輕型燃氣輪機，功率7.1MW、14級軸流式壓氣機，壓比為16.5∶1，動力透平為2級，燃氣發生器、動力透平的額定轉速為15200r/min，熱效率35%[1-3]。泰安站共有4臺壓縮機機組，分別為2臺西門子電驅機組與2臺Solar燃驅機組，開展試驗前，為單臺運行。在測試4#機組的過程中，為了升高機組轉速和提高工藝氣流量，站場改為4#機組與1#機組并聯運行工藝；依據SY/T6637—2012《輸氣管道系統能耗測試和計算方法》[4]對4#機組Solar現場試驗，試驗期間天然氣組分保持不變[5-6]。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗結果

現場試驗考慮到安全因素，天然氣壓力和溫度的測量均采用現場儀表，現場儀表在檢定有效期范圍內，合格滿足要求。由于現場運行工藝條件限制，分別調整燃氣輪機天然氣壓縮機組轉速，對7575r/min、9075r/min、10665r/min、12240r/min、13740r/min共5個工況點進行試驗，試驗時機組運行工況穩定。每個工況連續試驗1h，并每隔15min記錄一組數據；試驗參數與試驗儀器見表1。

表1 試驗儀器儀表

FLUXUSG601超聲波流量計測量工藝氣和燃料氣流量，從站內壓力、溫度傳感器讀取現場的工藝氣壓力與溫度，采用精密水銀溫度計、氣壓計測試現場環境參數；根據FLUXUSG601超聲波流量計測量設備的使用要求，為達到更為精確的測量數值，測量位置選擇在機組工藝氣出口15倍管徑長的直管段上，試驗結果見表2。

2.2 試驗結果分析

根據表2可以看出，機組在工況3，轉速10665r/min，工藝氣流量267.6km3/h（標況）工況下運行，運行效率小于或等于24%，沒有達到SY/T6837—2011《油氣輸送管道系統節能監測規范》[7]標準中規定的節能限定值（機組效率大于或等于24%）的要求；在工況4機組轉速12240r/min，工藝氣流量334.0km3/h（標況）和工況5機組轉速13740r/min，工藝氣流量389.5km3/h（標況）工況下運行，機組效率達到SY/T6837—2011《油氣輸送管道系統節能監測規范》標準中規定的節能限定值。因此，機組維持在高轉速下運行，在保證輸送工藝的同時，確保效率最高，能耗最低。

表2 試驗結果數據

同時，機組隨著轉速的增加，機組效率呈現波動變化趨勢，這是由于機組轉速升高后，工藝氣流量匹配情況不同，機組在工況4和工況5轉速下的工藝氣流量處于機組運行最佳工況區，因而機組效率較高；壓縮機有效功率、燃氣輪機效率、輸出功率均呈現上升趨勢，機組效率隨著機組轉速的升高，工藝氣流量的增加而提高，5個工況之間機組效率比較分別提高5.135%，4.266%，2.696%，2.932%并逐漸趨于平緩；燃氣輪機天然氣壓縮機機組效率隨轉速的變化關系見圖1。

圖1 燃氣輪機天然氣壓縮機機組效率隨轉速的變化關系

從圖1看出，隨著機組轉速的升高，工藝氣流量的增加，機組效率呈現上升趨勢，機組運行工況雖然達到了轉速13740r/min，工藝氣流量389.500m3/h（標況）現場允許運行最佳工況；但機組運行沒有達到額定轉速15200r/min的最大運行工況；隨著機組轉速的升高，工藝氣流量的增大，機組效率還在繼續呈現上升趨勢，運行工況沒有達到相對穩定狀態，以后試驗應在現場工藝條件允許的情況下，調整機組運行工況，達到額定轉速15200r/min最大運行工況試驗機組效率[8]，取得最佳試驗。

3 結束語

通過Solar燃氣輪機天然氣壓縮機組在不同運行工況下效率試驗，計算出了不同轉速下的效率值，充分了解了機組現場實際運行狀況，作出性能曲線圖，用于天然氣輸送管道生產調控系統制定運行方案，調整運行工況，指導燃氣輪機天然氣壓縮機組在不同運行工況下經濟運行，使得燃氣輪機天然氣壓縮機組在高效區下運行。從試驗數據看出，燃氣輪機天然氣壓縮機組在高效區運行可提高機組效率2.696%以上，運行天然氣輸送管道耗氣量為5249×104m3（標況）天然氣，年可節約141.51×104m3（標況）天然氣；起到了良好節能效果，為天然氣輸送管道安全、平穩、經濟運行提供了數據支持。

[1]徐鐵軍.燃氣輪機在我國天然氣管道行業的應用現狀[J].燃氣輪機技術，2012，25（1）：12-16.

[2]常維純，李剛，董學剛.管道燃氣輪機維修國產化現狀展望[J].油氣儲運，2016，35（8）：808-812.

[3]許彥博，趙小川，張麟，等.天然氣長輸管道壓縮機遠程控制技術[C]//中國國際管道論文集.北京：石油工業出版社，2013：61-64.

[4]李建良，周書仲，劉冰，等.輸氣管道系統能耗測試和計算方法：SY/T6637—2012[S].北京：中國標準出版社，2012：1-12.

[5]唐蒙，許文曉，吳宇.天然氣發熱量、密度、相對密度和沃泊指數的計算方法：GB/T11062—2014[S].北京：中國標準出版社，2014：1-16.

[6]唐蒙，曾文平，遲永杰.天然氣的組成分析氣相色譜法：GB/T13610—2014[S].北京：中國標準出版社，2014：1-13.

[7]劉國豪，趙國星，李云杰，等.油氣輸送管道系統節能監測規范：SY/T6837─2011[S].北京：石油工業出版社，2011：3-4.

[8]許鐵，許彥博，戚菁菁，等.輸氣管線燃氣輪機天然氣壓縮機組效率測定與分析[J].石油石化節能，2012，2（9）：44-46.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.09.003

許彥博，工程師，2010年畢業于中國石油大學（北京）（油氣儲運工程專業），從事油氣輸送調控工作，E-mail：xyb@petrochina.com.cn，地址：北京市東城區東直門北大街9號中國石油大廈，100007。

2017-04-11

（編輯沙力妮）