江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司 尹凌霄 鄭平平江蘇國信協(xié)聯(lián)燃氣熱電有限公司 董 偉

天然氣調(diào)壓站調(diào)壓器失效實例分析

江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司 尹凌霄 鄭平平江蘇國信協(xié)聯(lián)燃氣熱電有限公司 董 偉

天然氣調(diào)壓站是連接上游來氣和用戶的中間樞紐，其調(diào)壓出口精度直接影響到燃氣輪機發(fā)電效率。如果站內(nèi)調(diào)壓器失效，不但燃氣會直接沖擊下游設(shè)備，更有甚者會導(dǎo)致燃機機組停運。結(jié)合BAAI R100S系列燃氣調(diào)壓器操作維護手冊和國信協(xié)聯(lián)電廠調(diào)壓設(shè)備的檢修實例，闡述BAAI R100S系列調(diào)壓器工作原理，并對運行中出現(xiàn)的故障進行總結(jié)。

燃氣輪機 調(diào)壓器 指揮器

0 前言

天然氣調(diào)壓站是連接燃氣輸送管道及燃氣用戶的中轉(zhuǎn)站，其主要作用是過濾、加熱、調(diào)節(jié)上游來氣，并將經(jīng)過處理的天然氣送至用戶。調(diào)壓器是調(diào)壓站的主要設(shè)備之一，其主要作用是調(diào)節(jié)和穩(wěn)定燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)壓力，并且控制燃氣系統(tǒng)的燃氣流量，保護系統(tǒng)以免出口壓力過高或過低。

為滿足燃氣電廠燃機負荷多變的要求和維持其穩(wěn)定運行，需要有一種能在靜態(tài)和動態(tài)條件下都能保持出口壓力穩(wěn)定的天然氣調(diào)壓站。

本文以國信協(xié)聯(lián)燃氣熱電有限公司在建的2×400 MW級燃機熱電聯(lián)產(chǎn)工程的天然氣調(diào)壓站為例，對調(diào)壓站系統(tǒng)流程、調(diào)壓器工作原理、現(xiàn)場運行的故障及檢修進行闡述，并總結(jié)故障發(fā)生原因及預(yù)防措施。相信對指導(dǎo)同類燃機工程調(diào)壓器安裝有一定的參考意義。

1 調(diào)壓站調(diào)壓系統(tǒng)簡介

國信協(xié)聯(lián)燃氣熱電有限公司在建2×400 MW9F級燃機熱電聯(lián)產(chǎn)工程，其天然氣調(diào)壓站內(nèi)主要設(shè)備由上海巴安水務(wù)股份有限公司提供。調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)備引進荷蘭GORTER公司R100S系列天然氣調(diào)壓器，該調(diào)壓系統(tǒng)非常適合要求調(diào)壓站的壓差非常小的工況，BAAI調(diào)壓器所需要的啟動壓差僅0.05 MPa。同時保證很高的精度，能使調(diào)壓站內(nèi)壓力在限定的范圍內(nèi)保持平衡。

根據(jù)設(shè)計方案，天然氣由廠外管網(wǎng)進入廠內(nèi)調(diào)壓站，依次經(jīng)過火警關(guān)斷閥、流量計、旋風(fēng)分離器、精過濾器、換熱器、超壓關(guān)斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器和工作調(diào)壓器。將天然氣壓力調(diào)至 3.1±0.1 MPa，最后經(jīng)地埋管道去9F燃機的前置模塊。

為提高調(diào)壓系統(tǒng)安全及可靠性，調(diào)壓模塊的設(shè)計一般采用由入口安全切斷閥和出口安全放散閥的雙重設(shè)計以實現(xiàn)調(diào)壓系統(tǒng)的過壓力保護，防止事故發(fā)生。

當調(diào)壓器故障使得調(diào)壓器出口壓力升高至超壓關(guān)斷閥動作值時，閥門動作，隔離故障調(diào)壓管以保證輸出壓力正常。

當壓力進一步升高至設(shè)備能承受的最大壓力時，安全閥會動作泄壓保護設(shè)備不受損害。

天然氣調(diào)壓站內(nèi)設(shè)有檢測探頭，用于監(jiān)測燃氣的泄漏情況，當泄漏超過設(shè)計定值，監(jiān)控室內(nèi)屏幕顯示報警，運行人員確認后可進行遠方或就地操作。

系統(tǒng)采用兩條相同的調(diào)壓管線并聯(lián)的設(shè)計旨在提高供氣可靠性。

2 調(diào)壓器工作原理

調(diào)壓器工作原理示意見圖1。

圖1 R100S+P095調(diào)壓系統(tǒng)原理示意

其工作原理如下：在出口壓力po保持穩(wěn)定的情況下，調(diào)壓器閥芯 10允許通過的流量和燃氣消耗量相等，作用在主膜片8上的力是平衡的，這個平衡雙方是作用在膜片上面的控制壓力和作用在下面的出口壓力加上彈簧9的作用力。如果在出口端更多的燃氣被消耗，會導(dǎo)致出口壓力下降，因為出口壓力反饋到主調(diào)壓器上，調(diào)壓器閥芯 10會進一步打開并允許更多燃氣通過，膜片向下運動會增大控制腔7的體積，進一步向下壓縮彈簧9，因而在較低的出口壓力下達到新的平衡。指揮器 P095確保出口壓力被調(diào)到設(shè)定值。對于出口壓力po的減小，也會導(dǎo)致膜片3下降。因此，供氣閥4允許更多的燃氣通過內(nèi)部限流器，通過內(nèi)部限流器排放進控制腔7。這導(dǎo)致控制腔7壓力升高，直到出口壓力po與調(diào)節(jié)螺釘1所設(shè)定的要求相等。在燃氣消耗下降時，系統(tǒng)的反應(yīng)與上述過程相反。

3 調(diào)壓站的工作流程

天然氣進入廠內(nèi)后經(jīng)過天然氣調(diào)壓模塊后，壓力由5 MPa調(diào)至3.1±0.1 MPa。調(diào)壓模塊采用單元制設(shè)計，2×100%并聯(lián)配置，即一用一備調(diào)壓路，在主調(diào)壓路出現(xiàn)故障時，備用調(diào)壓路投入以確保供氣的連續(xù)性。

每條調(diào)壓路依次由入口隔離閥、超壓關(guān)斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器、工作調(diào)壓器、出口隔離閥等組成。每條調(diào)壓路配有充氮接頭、安全放散閥、手動放散閥、必要的壓力和溫度表等附屬設(shè)備。

正常工作狀態(tài)下，一條管路設(shè)備工作，另一條備用。工作和備用完全依靠調(diào)壓器和監(jiān)控器的設(shè)定壓力實現(xiàn)。一旦發(fā)生故障，監(jiān)控器或備用路自動投入工作，配置見圖2。

圖2 天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)示意

圖中A為工作主路，B為備用路，兩條路調(diào)整設(shè)定點可以互相切換。

正常工作狀態(tài)下，工作調(diào)壓器A、監(jiān)控調(diào)壓器A工作，工作調(diào)壓器B關(guān)閉。

常見異常情況分析：

(1)當工作調(diào)壓器A出現(xiàn)故障時，則閥全開，其出口壓力上升，當升至監(jiān)控調(diào)壓器A的設(shè)定點時，監(jiān)控調(diào)壓器A開始工作。

(2)當監(jiān)控調(diào)壓器A也出現(xiàn)故障，則閥關(guān)閉，其出口壓力下降，當降至工作調(diào)壓器B的設(shè)定點時，工作調(diào)壓器B開始工作，監(jiān)控調(diào)壓器B閥門打開。

(3)當監(jiān)控調(diào)壓器A不能關(guān)閉時，則其出口壓力會繼續(xù)上升，當升至超壓關(guān)斷閥A的設(shè)定點時，壓關(guān)斷閥A快速關(guān)閉，則工作路切斷，壓力下降，當降至工作調(diào)壓器B的設(shè)定點時，工作調(diào)壓器B投入工作，監(jiān)控調(diào)壓器B閥門打開。

(4)當作調(diào)壓器B也發(fā)生故障時，則閥全開，其出口壓力上升，當升至監(jiān)控調(diào)壓器B的設(shè)定點時，監(jiān)控調(diào)壓器B投入工作。若監(jiān)控調(diào)壓器B再次故障，則閥關(guān)閉，系統(tǒng)停運。如出現(xiàn)特殊情況,監(jiān)控調(diào)壓器B不能關(guān)閉，則其出口壓力上升，當壓力升至超壓關(guān)斷閥B的設(shè)定點時，超壓關(guān)斷閥B啟動關(guān)閉。

4 故障實例分析

4.1 問題描述

9F燃機首次點火，燃機轉(zhuǎn)速升至2 400 r/min左右，系統(tǒng)保護動作開啟，燃機跳機。再次嘗試點火，同樣問題發(fā)生致使再次跳機，經(jīng)檢查調(diào)壓站調(diào)壓器后壓力較低，主路、備用路均出現(xiàn)故障，致使系統(tǒng)保護動作開啟。

4.2 問題排查

根據(jù)常見異常情況分析(4)，可知此時主路及備用路的監(jiān)控調(diào)壓器均已發(fā)生故障，致使系統(tǒng)停運。由于使用的調(diào)壓器無閥位指示，所以無法直觀地了解調(diào)壓器閥位開度。在檢修過程中，采用排除法，即通過分析羅列調(diào)壓器失效的主要因素，逐一進行排查。

出口壓力較低的主要因素及排查結(jié)果見表1。

表1 調(diào)壓器失效因素及排查結(jié)果

圖3 調(diào)壓器內(nèi)破損膜片

4.3 原因分析

天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)投運前需進行整體吹掃及氣密性試驗，由圖2可以看出整體吹掃過程中精過濾器后至調(diào)壓系統(tǒng)前的管段是整體吹掃盲區(qū)。吹掃過程中，精過濾器前管段的顆粒在經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離后進行了有效過濾，至精過濾器后，管段前的雜質(zhì)基本不會進入其后的管道及設(shè)備，不會對其后管段及設(shè)備產(chǎn)生不良影響。調(diào)壓器后管段敞口，內(nèi)部雜質(zhì)可吹掃排空或人工清理。因而精過濾器前和調(diào)壓系統(tǒng)后的管路是可以吹掃清理干凈的，而精過濾器至調(diào)壓系統(tǒng)之間的管道由于在吹掃前調(diào)壓器內(nèi)濾網(wǎng)未拆除，濾網(wǎng)網(wǎng)目較小，就致使該管段內(nèi)顆粒雜質(zhì)容易在吹掃過程中造成堵塞，或者導(dǎo)致顆粒由信號管進入指揮器及調(diào)壓器，在系統(tǒng)運行后對設(shè)備造成損壞。此外，吹掃完畢后，調(diào)壓站管道及設(shè)備需進行整體氣密性試驗，試驗壓力為6.4 MPa，穩(wěn)壓10 min，無泄漏為合格。在氣密性試驗過程中，因吹掃進入調(diào)壓器腔體內(nèi)的尖銳顆粒很容易在高壓力下對膜片造成傷害，投運后調(diào)壓器前正常壓力4.5 MPa，顆粒物同樣易對膜片造成損壞，膜片稍微出現(xiàn)劃痕，在高壓下就很容易出現(xiàn)大的裂痕。此外由于上述盲區(qū)部分的雜質(zhì)顆粒進入調(diào)壓器內(nèi)，即使在運行過程中未對膜片造成損壞，也極有可能在投運后對調(diào)壓器造成機械磨損，長此以往，會致使調(diào)壓器上下腔氣流相同，設(shè)備失效。

4.4 預(yù)防措施

(1)調(diào)壓站的管道及設(shè)備是在現(xiàn)場露天組裝，組裝過程中，應(yīng)注意成品保護。管路安裝一段清理一段，管口及時封閉，設(shè)備安裝完畢后宜用雨布進行遮蔽。建議露天蓬搭建完畢后進行設(shè)備及管道安裝。

(2)管道及設(shè)備安裝完成后的吹掃需分階段進行，第一階段吹掃拆除調(diào)壓器，調(diào)壓器前管道敞口吹掃，確保精過濾器至調(diào)壓器段管路能夠被吹掃干凈。第二階段，拆除調(diào)壓器濾網(wǎng)，進行調(diào)壓站整體吹掃，吹掃以無可見顆粒物為結(jié)束依據(jù)。第三階段裝入調(diào)壓器濾網(wǎng)進行整體吹掃。

(3)信號管嚴禁焊接，以避免發(fā)生節(jié)流效應(yīng)，從而確保調(diào)壓器的精度及調(diào)壓速度。

(4)氣密試驗結(jié)束后至投運前進行調(diào)壓器檢查，主要檢查調(diào)壓器內(nèi)膜片是否損壞，該類調(diào)壓器與信號管均為活接頭連接，可拆除接頭，從上腔沖入氮氣，檢查下腔接口處是否有氣流，如無氣流，則設(shè)備完好。反之上下氣流相通，對于新設(shè)備重點考慮膜片是否損壞。

(5)過程巡檢，燃機停機后定期置換氮氣進入，對調(diào)壓器進行檢查，檢查方法同4。

(6)按照調(diào)壓器維護保養(yǎng)的要求，定期對調(diào)壓器進行維護保養(yǎng)。定期清洗調(diào)壓器內(nèi)部零部件，并對保養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)的損壞或磨損超限零部件，及時進行更換，確保調(diào)壓器處于正常的工作狀態(tài)。

5 結(jié)語

本文結(jié)合 BAAI R100S系列燃氣調(diào)壓器操作維護手冊和國信協(xié)聯(lián)電廠實際情況，闡述其工作過程、原理和所遇故障診斷及處理，并對避免該類問題的發(fā)生提出了預(yù)防措施。相信對同行是有益的參考。

Analysis on Cases of Natural Gas Regulator Failure

Jiangsu Hongyuan Electric Power Construction Supervision Co., Ltd. Yin Lingxiao Zheng Pingping Jiangsu Guoxin Xielian Gas Thermal Power Co., Ltd Dong Wei

The natural gas pressure regulating station is a hub connecting upstream with users, and the accuracy of its outlet pressure affects the efficiency of gas turbine power generation directly. The regulator failure can damage the equipments downstream and even more can cause the gas turbine unit shutdown. Combined the maintenance guideline and cases, this paper elaborates working principles of BAAI R100S series regulators and summarize the problems in the operation as well.

gas turbine, regulator, pilot valve