城市調(diào)峰燃氣電廠天然氣增壓站的設(shè)計改良

北京華油聯(lián)合燃氣開發(fā)有限公司(100176)  王理邦  柯  技

 

1  項目背景

    在大型、特大型城市建設(shè)與管理中，能源供應(yīng)的調(diào)節(jié)與保障已顯現(xiàn)出特殊的作用和重要的社會地位。尤其北京、上海、廣州等國際性大都市，其城市能源的節(jié)約與保障．已成為當(dāng)?shù)卣�府管理的重要議事日程．能源供應(yīng)的安全性也受到極大關(guān)注。以北京為例．為解決城市電力的調(diào)峰和應(yīng)急保障，已建成數(shù)座熱電聯(lián)供燃氣發(fā)電廠。其中，協(xié)鑫電廠就是典型的熱

電聯(lián)合電廠。這種電廠的建設(shè)對于能源的綜合利用和提高利用率、轉(zhuǎn)化率，有獨到的節(jié)能優(yōu)勢。此類電廠的特點是利用燃氣輪機直燃發(fā)電，燃氣尾氣余熱制造蒸氣供熱。其特點是機動、靈活，能源利用率高，且無論電、氣高低峰均可通過蒸氣輪機段的工藝調(diào)整．方便地實現(xiàn)發(fā)電、蒸氣制造等自我工況調(diào)節(jié)。蒸氣需求量增大，蒸氣輪機發(fā)電工段電負荷降低，抽氣

量增大：反之，蒸氣輪機發(fā)電負荷升高，抽氣量降低。另外．此類電廠的重大突破在于，啟動供電時間較傳統(tǒng)電廠縮短數(shù)倍．燃氣輪機可在lOmin內(nèi)將發(fā)電負荷從0提升至100％，且在聯(lián)合性能測試中到達8min的紀(jì)錄性驗證。

    本案例熱電廠主要生產(chǎn)設(shè)備為兩臺FT8型燃氣輪機組．該機組天然氣****需求量為35 800m3／h，供氣壓力為3．15 MPa-4．2MPa。天然氣氣源來自陜

京天然氣管線，但該管線城市門站的供氣壓力為1．6MPa-2．5MPa,難以達到燃氣輪機對天然氣的使用要求．由此，天然氣增壓站應(yīng)運而生。作為燃氣電廠最重要的原料保障系統(tǒng)。它的任務(wù)是進行天然氣的增壓、穩(wěn)壓和計量，使氣體按電廠供氣參數(shù)要求，在穩(wěn)定的工況下供給。

電廠天然氣增壓站的工藝構(gòu)成單元分為：過濾、計量、增壓、穩(wěn)壓等4個工藝系統(tǒng)。主要生產(chǎn)設(shè)施有：壓縮機房，站區(qū)穩(wěn)壓計量撬、除塵過濾器、中心控制室；輔助設(shè)施包括能源系統(tǒng)，給排水系統(tǒng)、通信與監(jiān)控系統(tǒng)。能源系統(tǒng)構(gòu)成：供電、供熱。給排水系統(tǒng)

構(gòu)成：循環(huán)水系統(tǒng)、生活給排水系統(tǒng)、雨污水系統(tǒng)等。通信及監(jiān)控系統(tǒng)：生產(chǎn)調(diào)度指揮(有線、無線兩部分)、可燃氣體泄漏檢測、運行狀態(tài)監(jiān)控(可視遠傳電視監(jiān)控)。增壓站工藝流程由輸氣工藝、機組控制、輔助系統(tǒng)3部分構(gòu)成。

    （1）輸氣工藝，除過濾凈化、計量、增壓、穩(wěn)壓等主工藝模塊外，還包括旁通、安全放空、緊急截斷等。

    （2）機組控制含有啟動、超壓保護、防喘振循環(huán)管路等。

    （3）輔助系統(tǒng)含有電力、潤滑、冷卻、自動控制等。

    圖1是本案例活塞式壓縮機增壓站工藝流程。

    （1）主要參數(shù)：進氣壓力1．6MPa-2．5MPa；排氣壓力：3．15MPa；超壓聯(lián)鎖設(shè)定值：3．5MPa；燃氣輪機額定供氣負荷：32 000m3/h -35 800m3/h(夏季和冬季的供氣負荷)。

（2）機組選型：根據(jù)該工藝負荷狀況和使用特性，本裝置設(shè)計中選用了對置型活塞式壓縮機，突出特點是慣性力平衡性好。且具有壓力范圍廣、效率高、適應(yīng)性強(排氣量調(diào)整范圍廣)制造材料容易取得，相對廉價等優(yōu)勢，但其缺點是氣流脈動，運轉(zhuǎn)中有振動。

（3）機組流程設(shè)計：本設(shè)計中，在排氣量調(diào)節(jié)上，本設(shè)計采用了旁路調(diào)節(jié)，在生產(chǎn)實踐中存在如問題：調(diào)節(jié)滯后，容易造成機組的超壓跳車。因為在此設(shè)計中選用了電動薄膜調(diào)節(jié)閥，而薄膜調(diào)節(jié)過程是通過設(shè)定進氣壓力的傳感而改變調(diào)節(jié)閥閥桿行程控制回流氣量，從而達到調(diào)節(jié)排氣量目的。當(dāng)用戶負荷驟降時，排氣壓力急劇上升，回流氣量不足，不能及時卸載，因而導(dǎo)致壓縮機超壓跳車。

（4）超壓保護值廟宇偏低，與額定排氣壓力差值較小。以上設(shè)計中，壓力差為0.35MPa ,當(dāng)用戶燃氣輪機故障甩負荷停車或其他原因驟降負荷時,因為管存量的限制(匯管及輸氣管段總?cè)莘e約為11m3),壓縮機32000m3/h排氣量,升壓到連鎖跳車時間為3.85s。

（5）旁路管徑偏小，按用戶100%甩負荷工況考慮，旁路管徑設(shè)計應(yīng)為D200。

（6）旁路返回氣流對流量計嚴(yán)重影響。在以上設(shè)計中，流量計安裝位置為進氣管過濾器后，壓縮機前，壓縮機正常運轉(zhuǎn)時，旁路返回氣流對整個進氣管路造成沖擊，形成逆流程壓差，根據(jù)渦輪流量計的機械計數(shù)原理，隨著壓縮機排氣胲運，流量計計數(shù)增大（受脈動頻率影響急聚上升，接近正常2倍流量），導(dǎo)致計量嚴(yán)重失準(zhǔn)。

   針對如上問題，經(jīng)過多方論證與研究，在現(xiàn)在工藝設(shè)備狀況的基礎(chǔ)上做如下改進和完善。

（1）                  重新選取流量計位置。根據(jù)流量計計量原理和現(xiàn)場實際，將計量交接點由分離散器后、壓縮機前，改為調(diào)壓撬出口，截斷閥前，以保證計量工況的穩(wěn)定。這樣雖然仍存在電廠燃機負荷全甩時的瞬間計量誤差，但這種誤差僅在電動閥關(guān)閉時間段內(nèi)存在，約為8s~10s,可以忽略。

（2）                  提高壓縮機超壓保護壓力限定值，經(jīng)制造廠設(shè)計核算分析，將超限值設(shè)定為3.7MPa,使之與額定壓力差值變?yōu)?.55MPa。

（3）                  增加輔助旁路設(shè)計。在現(xiàn)有電動溥膜閥位置增設(shè)一路并聯(lián)電動調(diào)節(jié)旁路，以增加旁路回流量，保證排氣壓力驟升時的及時卸壓。另外，為防止超壓跳車，還可選擇對電機采取變頻的技術(shù)手段處理，此方案因投資問題，本期改良中未予采納。

 

（4）                  重新選取排氣壓力測定點。原設(shè)計排氣壓力測定點位于壓縮機組過濾器出口，本期改良將其置于調(diào)壓撬入口，以及時檢測用戶端管段壓力值。

以上改進既能滿足機組生產(chǎn)運行需要，也徹底解決了生產(chǎn)計量問題，在運行管理中，大大提高了裝置的技術(shù)保障能力和其工藝設(shè)置的完整、完備性。

  電廠增壓站設(shè)計，計量是關(guān)鍵，涉及貿(mào)易計量的準(zhǔn)確與公正，也體現(xiàn)商業(yè)運行的科學(xué)性與合理性。壓縮機組流量調(diào)節(jié)，在電廠增壓站的重要性非同小可，它將直接影響企業(yè)（供氣方和用氣方）的商業(yè)運行能力和保障能力，不僅存在技術(shù)問題，更重要的是生產(chǎn)經(jīng)營的商業(yè)信譽和社會影響問題。這一點，對于供應(yīng)城市調(diào)峰電廠的燃氣供應(yīng)企業(yè)意義重大。