南山熱電廠天然氣調(diào)壓站設計要點探究

□譚 淳

一、概述

天然氣發(fā)電幾乎不排放SO2及煙塵，氮氧化物排放量僅為燃煤發(fā)電的1/10，這對于減少環(huán)境污染、改善大氣環(huán)境具有十分重要的意義。

為強化清潔能源應用，改善大氣環(huán)境，深圳市在“十一五”、“十二五”期間完成了全市所有燃油發(fā)電機的“油改氣”工程。南山熱電廠作為深圳市的骨干發(fā)電廠之一，于2006年引入深圳大鵬LNG接收站外輸管網(wǎng)來氣，改造建設了天然氣調(diào)壓站及其附屬設施，成功實現(xiàn)“油改氣”。目前南山熱電廠建有3套9E機組(美國GE公司制造)，設計總裝機容量3×180MW。

二、對燃料氣的技術要求

為了使燃氣輪機在各種工況下均能連續(xù)有效無故障地運行，天然氣的物理性能、組分和雜質(zhì)含量必須滿足燃氣輪機廠家的要求。GE公司在氣體燃料規(guī)范《Specification for Fuel Gases for Combustion in Heavy-Duty Gas Turbines》中作出了詳細規(guī)定，規(guī)范中的主要要求摘錄如下所示。

(一)熱值及華白數(shù)。天然氣熱值(低熱值)要求為800～1,200Btu/scf，換算成SI制單位：29.81～47.71MJ/Nm3。主要的成分要求為甲烷。華白數(shù)要求為40～54，變化范圍±5%。

(二)氣質(zhì)組分。如表1所示。

表1

(三)雜質(zhì)。要求0.3μm直徑以上的固體顆粒的質(zhì)量分數(shù)<0.01%,0.3μm直徑以上的液體質(zhì)量分數(shù)<0.5%。

(四)壓力。要求機組前進氣壓力為2.3MPa。壓力變化范圍≤1%,瞬時最大變化值≤1%/s。

(五)溫度。要求燃氣輪機進口溫度高于供氣壓力下烴露點溫度,且最高溫度≤61℃。

(六)流量。根據(jù)業(yè)主提供的基礎參數(shù)，要求單臺9E機組設計流量為44,000Nm3/h。

三、調(diào)壓站工藝設計

(一)進氣管線和氣源的確定。本工程氣源來自深圳市天然氣高壓輸配管網(wǎng)，該高壓管網(wǎng)設計壓力6.0MPa，運行壓力2.8～4.0MPa。高壓輸配管網(wǎng)通過深圳市求雨嶺天然氣門站接收中石油“西氣東輸二線”來氣，氣質(zhì)組分如表2所示。

表2

以上氣質(zhì)組分能夠滿足GE公司氣體規(guī)范要求。

(二)貿(mào)易計量系統(tǒng)設計。天然氣發(fā)電廠用氣量大，為確保貿(mào)易結算的準確性和公平性，要求按照熱值進行貿(mào)易交接結算。結合現(xiàn)場實際情況，本工程采用超聲波體積計量+色譜在線分析組合，經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)置計算程序?qū)Ⅲw積流量數(shù)據(jù)和氣體組分數(shù)據(jù)實時換算成熱值數(shù)據(jù)。

(三)過濾系統(tǒng)設計。為滿足氣體中雜質(zhì)組分的要求，采用兩級梯次過濾。第一級過濾設備選用過濾分離器，能夠除去氣體中大顆粒雜質(zhì)和液體。第二級過濾設備選用臥式精細過濾器，能夠除去氣體中其他小顆粒雜質(zhì)。

(四)調(diào)壓單元設計。為保證下游系統(tǒng)安全及正常運行，根據(jù)GB50251和EN12186等標準，本工程采用工作調(diào)壓閥+監(jiān)控調(diào)壓閥+安全切斷閥的配置方式。工作調(diào)壓閥采用自力式調(diào)壓閥，正常情況下處于工作狀態(tài)；當工作調(diào)壓閥出現(xiàn)故障，監(jiān)控調(diào)壓閥將自動取代工作調(diào)壓閥進行調(diào)壓；安全切斷閥作為第二級安全設備，當下游壓力值大于設定值時切斷供氣管路，以保證下游設施的安全。

(五)加熱系統(tǒng)設計。天然氣降壓后，根據(jù)T～J效應，溫度將隨壓力的降低而降低。根據(jù)工藝模擬計算，本工程調(diào)壓后溫度降低約3℃～9℃，調(diào)壓后氣體溫度能夠滿足燃氣輪機的進氣溫度要求。但是為防止調(diào)壓后天然氣管道外壁結露，采用管殼式換熱器對天然氣進行加熱。管殼式換熱器熱媒為熱電廠內(nèi)余熱鍋爐來熱水。

(六)配氣管線布置。燃氣輪機在正常啟停、負荷變化、機組切換等工況時，由于調(diào)壓閥反應動作滯后會造成燃氣輪機前入口管線壓力波動。本工程設置了DN400配氣總管，長度約400m，水容積約50m3，工作狀態(tài)下儲存天然氣約1,200Nm3。根據(jù)調(diào)壓閥廠家提供的設計參數(shù)，調(diào)壓閥反應時間為1s。經(jīng)過計算，配氣總管壓力變動1%時儲氣或者供氣12Nm3，能夠平滑單臺燃氣輪機滿負荷(對應最大耗氣量12Nm3/s)啟動、停機等極端工況造成的管線壓力波動。

(七)工藝流程。本工程工藝設施按照3用1備設計，單列設施對應單套9E機組。單列設施均配置過濾、計量、調(diào)壓等設施，單列設計流量為44,000Nm3/h。調(diào)壓后出口管線采用總管+支管(機組前引出)供氣。

四、其他

天然氣調(diào)壓站的平面布置要滿足《石油天然氣工程設計防火規(guī)范》GB50183-2004和《火力發(fā)電廠與變電站設計防火規(guī)范》GB50229-2006的防火間距要求，天然氣調(diào)壓站距離輔助生產(chǎn)用房(丙、丁、戊類)應不小于12m，距離生產(chǎn)辦公樓應不小于25m。

為便于檢修，天然氣管線在電廠內(nèi)宜架空敷設。天然氣管線在管廊上布置時，應滿足《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》GB6222-2005的要求，與其他管線的垂直凈距不小于0.25m，與其他建筑物凈距不小于5m。

進、出調(diào)壓站的總管上應設置緊急切斷閥，在火災工況、管線泄漏失壓、高高壓報警、低低壓報警以及其他緊急工況時能夠快速切斷管線，保障輸氣系統(tǒng)安全。緊急切斷閥可選用電液聯(lián)動閥門。