淺談天然氣發(fā)電廠燃?xì)庹{(diào)壓站設(shè)計(jì)

黎以健

摘 要：本文闡述了燃機(jī)電廠天然氣調(diào)壓站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理、組成、參數(shù)選擇，說明了系統(tǒng)主放散回路及調(diào)壓站至燃機(jī)入口管道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，給出了密封及保壓試驗(yàn)、管道吹掃及系統(tǒng)調(diào)試定值方法，對(duì)燃機(jī)電廠的天然氣調(diào)壓站設(shè)計(jì)及應(yīng)用有良好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：天然氣發(fā)電廠；燃?xì)庹{(diào)壓站；設(shè)計(jì)/Abstract： This paper describes the

1.天然氣調(diào)壓站技術(shù)原理

天燃?xì)獍l(fā)電廠調(diào)壓站的功能是提供持續(xù)、穩(wěn)定的符合輪機(jī)流量、壓力、溫度等要求的天然氣；如有火災(zāi)等情況發(fā)生，調(diào)壓站能夠迅速切斷；在燃?xì)廨啓C(jī)甩負(fù)荷和跳機(jī)時(shí)，調(diào)壓站必須能夠及時(shí)響應(yīng)。同時(shí)，調(diào)壓站有足夠的放散及緩沖措施，以削弱由于燃機(jī)用氣流量驟變而對(duì)調(diào)壓站造成沖擊；調(diào)壓支路之間進(jìn)行切換時(shí)，應(yīng)避免有大的壓力波動(dòng)。

入口單元主要由絕緣接頭、火警切斷閥門、溫度傳感器、壓力傳感器等組成。絕緣接頭主要是避免埋地輸氣管道的電化學(xué)腐蝕對(duì)調(diào)壓站的影響，火警緊急切斷閥為氣動(dòng)操作，可以瞬間切斷供氣，目的為實(shí)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)緊急切斷，該閥門動(dòng)作時(shí)間一般小于1秒。

過濾分離單元，筆者推薦采用多管微旋流過濾分離器對(duì)天然氣進(jìn)行凈化處理。該設(shè)備分兩級(jí)：第一級(jí)由許多小管徑的微旋子組成，用于去除較大的顆粒，微旋子的數(shù)量根據(jù)實(shí)際的氣流量和允許的壓力降決定。第一級(jí)安裝在設(shè)備的下部，首先通過雙進(jìn)口回轉(zhuǎn)通道進(jìn)入微旋子組件，顆粒由于離心力的作用克服氣流的阻力向壁面運(yùn)動(dòng)，達(dá)到壁面附近后，由于邊界層內(nèi)較小的湍流，顆粒會(huì)沿著壁面進(jìn)入排污管排除；能99.5%分離掉大于10?的固體或液體微粒。第二級(jí)由多根濾芯組成過濾系統(tǒng)。濾芯采用透氣均勻、過濾精度高、運(yùn)行阻力低的聚酯纖維構(gòu)成。經(jīng)過初步分離的較清潔的燃?xì)庠谧陨韷毫Φ淖饔孟逻M(jìn)入上部的濾芯組件，剩余的微小顆粒及液滴通過濾芯得到精過濾。該設(shè)備過濾系統(tǒng)可以100%地過濾掉3μ以上的微粒、99.5%地過濾掉0.5-3μ的微粒。

燃?xì)庥?jì)量系統(tǒng)一般由超聲波流量計(jì)、流量計(jì)算機(jī)、在線式氣相色譜分析儀等構(gòu)成。利用超聲波在管道內(nèi)傳輸?shù)臅r(shí)差來實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的計(jì)量；采用流量計(jì)算機(jī)完成標(biāo)準(zhǔn)體積流量（101.325kPa，20℃）、質(zhì)量流量等瞬時(shí)流量的計(jì)算和累積流量計(jì)算。氣相色譜分析儀典型應(yīng)用可以分析到C6+ （一個(gè)周期180-240秒），主要提供熱值，相對(duì)密度，和氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)給流量計(jì)算機(jī)，從而得到天然氣的能量。系統(tǒng)配置時(shí)需注意流量計(jì)安裝空間要求大，直管段可達(dá)前10DN，后5DN；色譜裝置取樣部分一般安裝在現(xiàn)場(chǎng)，控制器（控制及數(shù)據(jù)處理）可以放在現(xiàn)場(chǎng)（防爆結(jié)構(gòu)）或室內(nèi)。

燃?xì)饧訜釂卧刹捎盟t、電加熱器或雙層管式換熱器等設(shè)備，這類設(shè)備都有成熟產(chǎn)品供直接選用，這里不再贅述。

燃?xì)庹{(diào)壓?jiǎn)卧?，?duì)應(yīng)每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，筆者建議設(shè)置兩套單機(jī)容量100%的壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由主、副兩條壓力調(diào)整支路構(gòu)成。

主調(diào)壓路由工作調(diào)壓器、監(jiān)控調(diào)壓器、緊急切斷閥、微流量放散閥構(gòu)成。當(dāng)工作調(diào)壓路失效或因維護(hù)保養(yǎng)而關(guān)閉時(shí)，可自動(dòng)切換到備用調(diào)壓路繼續(xù)工作。主調(diào)壓路工作調(diào)壓器后和監(jiān)控調(diào)壓器后設(shè)置有就地壓力指示。副調(diào)壓路的工作調(diào)壓器后設(shè)置有就地壓力指示。備用調(diào)壓路由工作調(diào)壓器和緊急切斷閥、微流量放散閥組成。每條調(diào)壓支路設(shè)置就地壓力指示、手動(dòng)放散閥、手動(dòng)排污閥，前后設(shè)置隔斷閥。隔斷閥設(shè)置有開啟緩注閥。

壓力調(diào)整段還設(shè)置有用于流量壓力調(diào)整的LC-21系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的壓力設(shè)定值的調(diào)整并提高自力式調(diào)壓器的調(diào)壓精度范圍。能夠通過設(shè)置在燃?xì)廨啓C(jī)前的壓力變送器，動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)壓站出口處的壓力。

以配套9FA燃機(jī)為例，安全切斷閥、監(jiān)控器、調(diào)壓器壓力設(shè)定點(diǎn)如表一所示：

表一 設(shè)定壓力表

當(dāng)燃?xì)鈮毫^低不能滿足燃機(jī)入口壓力要求時(shí)，調(diào)壓站需對(duì)天然氣進(jìn)行增壓。增壓機(jī)一般采用離心壓縮機(jī)。增壓機(jī)的壓力調(diào)節(jié)一般通過入口調(diào)節(jié)閥、旁路調(diào)節(jié)閥及增壓機(jī)入口的導(dǎo)葉調(diào)整來保證出口壓力，也可以通過改變主電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率來實(shí)現(xiàn)。壓縮機(jī)采用高壓防爆型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。壓縮機(jī)、增速機(jī)及電動(dòng)機(jī)布置在同一剛性鎧裝底座上，潤(rùn)滑油站等輔機(jī)布置在與壓縮機(jī)組具有相對(duì)位差的位置上，潤(rùn)滑油事故停車高位油箱布置在機(jī)組回轉(zhuǎn)軸線上方6米處。由于被壓縮的氣體為有毒、易燃、易爆流體，在正常運(yùn)行期間，壓縮機(jī)軸密封應(yīng)保證該氣體不泄漏至大氣中；應(yīng)將其從壓縮機(jī)可靠安全地排出。同時(shí)保證壓縮后的氣體不受油污染，壓縮機(jī)軸端采用干氣密封系統(tǒng)。為控制出口天然氣溫度，壓縮機(jī)組還需配置防喘振回流氣體冷卻器。

出口單元設(shè)置一臺(tái)緊急切斷閥用于緊急狀況下切斷單臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的供氣，設(shè)置主要放散閥用于維護(hù)時(shí)迅速放散下游設(shè)備和管線中的燃?xì)?。出口段設(shè)置有壓力變送器、溫度變送器，用于將調(diào)壓站的出口壓力溫度信號(hào)傳送到DCS中。

調(diào)壓站還配套氮?dú)庵脫Q系統(tǒng)、天然氣漏氣檢測(cè)系統(tǒng)及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)確保調(diào)壓站安全可靠運(yùn)行。

2.調(diào)壓站至燃機(jī)的出口管道設(shè)計(jì)

調(diào)壓站出口至燃?xì)廨啓C(jī)前的管道需要有一定的緩沖容積，其口徑取值大小及管道長(zhǎng)度可按如下公式計(jì)算。

以配套9FA燃機(jī)為例， 出口管道設(shè)計(jì)計(jì)算如下：

需預(yù)留的直管長(zhǎng)度（按調(diào)壓后DN250管道計(jì)算）：6/（3.14*0.1252）≈122m，即調(diào)壓站到燃機(jī)的管道為DN250，長(zhǎng)度推薦為122米以上。

3.調(diào)壓路的集氣管設(shè)計(jì)

為保證調(diào)壓路切換時(shí)的燃?xì)夤?yīng)充足，需要在調(diào)壓路前設(shè)置足夠容量的集氣管，集氣管的流通截面積需大于上游進(jìn)氣管流通截面積與下游通往調(diào)壓路的出口管流通截面積的和。以2臺(tái)9FA燃機(jī)系統(tǒng)，上游管道按照DN300，下游管道按照DN250考慮，集氣管設(shè)計(jì)舉例如下：

上游截面積3.14x（300x300）/4=70650mm2

下游截面積（3.14x（250x250）/4）x4=196250mm2 （兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)同時(shí)切換共有4條調(diào)壓支路）

總截面積之和70650+196250=266900 mm2

則需要的集氣管流通面積不能低于266900 mm2則計(jì)算出的管道直徑不能小于583.06mm，因此集氣管直徑取DN600mm。

4.主放散閥選型計(jì)算

主放散閥及其管道口徑，有的按照主管路截面積的三分之一來設(shè)計(jì)，其實(shí)這種方式比較籠統(tǒng)。筆者建議主放散閥的通流能力應(yīng)大于調(diào)壓站流量的20%.我們?cè)诮K某一燃機(jī)電廠調(diào)壓站計(jì)算如下：

調(diào)壓站流量的20%：2278m3/hx20% = 455.6m3/h @ 3.6MPa.

選口徑：DN100 mm，氣體流速：455.6m3/h / 0.785x0.12 = 16 m/h，故主放散閥口徑選用為DN100mm符合要求。

5.結(jié)束語

上述天然氣調(diào)壓站原理及部分設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容都是筆者從所在單位成功實(shí)施的天然氣調(diào)壓站項(xiàng)目的工程實(shí)踐總結(jié)。該類項(xiàng)目為我國(guó)第一批燃機(jī)電廠，已連續(xù)運(yùn)行6年以上，本文所提及的一些計(jì)算只是多種經(jīng)驗(yàn)公式之一，對(duì)新建燃機(jī)電廠項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行有一定借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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