天然氣處理站配置探討

賀葉楠

摘? ?要：天然氣處理站是燃機電廠的重要組成部分，在保證系統(tǒng)安全前提下，采用合理的配置降低投資并提高機組運行的經(jīng)濟性。文章對此進行了闡述。

關鍵詞：燃氣輪機;天然氣處理站;壓縮機

1? ? 天然氣處理站概述

燃機電廠天然氣處理站是銜接燃氣輪機前置處理模塊和廠外天然氣供應商接口的一個獨立系統(tǒng)，天然氣處理站應能在電廠各種運行工況下，將來自上游長輸供氣管道的天然氣降壓和增壓，使天然氣在所要求的壓力和流量下連續(xù)穩(wěn)定地輸入下游燃氣輪機天然氣前置模塊中。

天然氣處理站應能有效地將所輸送的天然氣中的固體顆粒雜質及液滴清除出來，使之能滿足燃氣輪機正常燃燒時的清潔度要求。該系統(tǒng)還應能保護其下游配氣管道及燃氣輪機調節(jié)系統(tǒng)設備和燃燒器，即使在調壓器發(fā)生故障的情況下，也不會使上游過高壓力的天然氣危害到處理下游的設備和管道。天然氣處理站是燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠的重要組成部分之一，直接影響到燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組的運行可靠性和經(jīng)濟性。本文根據(jù)已運行機組的實際情況及經(jīng)驗，對新建機組合理優(yōu)化配置天然氣調壓站的系統(tǒng)設備進行了分析與探討。

2? ? 工藝流程

天然氣處理站處理流程如下：上游來氣→進站單元→計量單元→過濾單元→加熱單元→壓力調節(jié)單元→燃機前置模塊。

3? ? 系統(tǒng)配置

3.1? 進站單元

進站單元設置氣動火警關斷閥，并配套單作用式氣動執(zhí)行機構，執(zhí)行機構電磁閥采用雙冗余配置，最大限度地保證氣動執(zhí)行機構正常工作，一旦斷電或者其他意外情況發(fā)生時，執(zhí)行機構可在3 s內(nèi)迅速關閉火警關斷閥，切斷上游氣源，從而保證下游設備安全。

3.2? 計量單元

計量單元功能為計算實際消耗的天然氣流量、組分和熱值。流量計將實際測得的流量連同溫度和壓力信號傳送給流量計算機，流量計算機據(jù)此以“N·m3/hr”為單位計算出實際消耗的天然氣流量。色譜分析儀則是分析天然氣組分和熱值。流量計通常采用超聲波流量計和渦流流量計兩種，超聲波流量計量精度比渦輪流量計精度高，因此通常全廠計量采用超聲波流量計，啟動鍋爐采用渦輪流量計。

3.3? 過濾單元

過濾單元主要目的是清除氣體中夾帶的固體顆粒及液滴，過濾器的內(nèi)件可分旋風、絲網(wǎng)、vane及凝聚式濾芯等形式。

3.4? 加熱單元

天然氣在降壓后溫度會相應降低，為了保證供氣溫度滿足下游燃機用氣溫度要求需要對天然氣進行加熱。天然氣的加熱方式主要有管殼式換熱器、水浴爐、電加熱器。

（1）管殼式換熱器采用直接加熱方式，用熱源直接加熱天然氣。管殼式換熱器分為單管換熱器和雙管換熱器，單管換熱器造價低，但存在泄漏風險;雙管換熱器采用雙層管壁，同時兩端均有兩個管板，這種雙層管壁設計使得熱源和天然氣保持隔離，即使出現(xiàn)了滲漏，系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)工作，一直到下一個例行檢修期，避免了因設備故障停機檢修而造成的巨額經(jīng)濟損失。其缺點為造價昂貴，因此單管殼式換熱器仍是燃機電廠主要加熱裝置。

（2）水浴爐加熱器采用間接加熱方式，其利用除鹽水作為中間介質，燃燒器產(chǎn)生的熱量加熱爐體中的除鹽水，除鹽水再加熱盤管中的天然氣。水浴爐造價高、占地面積大，與周圍設備的安全距離大，因此水浴爐通常在廠區(qū)不能提供熱水和蒸汽氣源情況下使用。

（3）電加熱器利用電能直接加熱天然氣，加熱方式簡單，但電耗很高。因此電加熱器通常用于天然氣流量低、功率小或短時間使用工況。例如天然氣處理站啟動鍋爐前加熱可以配置電加熱器。

3.5? 壓力調節(jié)單元

壓力調節(jié)單元主要將上游天然氣增壓或降壓來滿足燃氣輪機的進氣要求，具體采用何種方式需要根據(jù)調壓站進站壓力和燃機進氣壓力來判斷。需要降壓的為調壓單元，需要增壓的為增壓單元。

調壓單元功能為將上游較高的天然氣壓力通過調壓器降到下游燃氣輪機需要的壓力范圍。每條調壓路配置一臺超壓緊急切斷閥、一臺監(jiān)控調壓器及一臺工作調壓器。監(jiān)控調壓器的工作狀態(tài)為全開，工作調壓器調節(jié)壓力;如果工作調壓器失效，工作調壓器全開，監(jiān)控調壓器調節(jié)壓力;如果監(jiān)控調壓器失效，監(jiān)控調壓器全關。超壓緊急切斷閥在正常工作狀態(tài)下為常開，一旦系統(tǒng)的壓力達到設定值的上限或下限，其將自動切斷供氣管路。工作和備用調壓支路上的調壓器的設置值不同，可實現(xiàn)工作路和備用路的自動切換，保證下游燃機穩(wěn)定運行。

天然氣增壓單元功能為將上游較低的天然氣壓力通過壓縮機增到下游燃氣輪機需要的壓力范圍。壓縮機主要有離心壓縮機、往復壓縮機。離心壓縮機是靠旋轉的葉輪及使吸入的氣體能量頭提高，并通過擴壓以達到提高氣體壓力的目的。離心壓縮機的優(yōu)點有結構緊湊、易損部件少、日常維護簡單以及壓縮過程不與潤滑接觸可做到絕對無油;缺點有不適合氣量太小和壓力太大的場合，轉速高造成零部件制造、裝配要求高。

往復式壓縮機是依靠往復活動的活塞在氣缸中運動，氣缸容積周期性的變化來壓縮氣體，以達到提高氣體的目的。往復壓縮機的優(yōu)點是適用壓力范圍廣、壓縮效率高;其缺點在于壓縮過程中與潤滑油接觸，易損部件多，后期維修費用高。因此燃機電廠的增壓站通常采用離心式壓縮機。

4? ? 結語

天然氣處理站直接關系到燃氣輪機是否安全、穩(wěn)定運行。因此在天然氣處理站的設計及選型時，首先要在保證機組安全、穩(wěn)定運行的前提下，結合廠外燃料進氣條件及下游燃氣輪機的進氣需求，盡量優(yōu)化天然氣處理站的配置，降低投資成本，提高機組運行的經(jīng)濟性。

[參考文獻]

[1]呂小蘭.燃機電廠天然氣調壓站配置探討[J].燃氣輪機技術，2007（3）：6-9.