城市調峰燃氣電廠天然氣增壓站的設計改良

北京華油聯合燃氣開發有限公司(100176)  王理邦  柯  技

 

1  項目背景

    在大型、特大型城市建設與管理中，能源供應的調節與保障已顯現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，其城市能源的節約與保障．已成為當地政府管理的重要議事日程．能源供應的安全性也受到極大關注。以北京為例．為解決城市電力的調峰和應急保障，已建成數座熱電聯供燃氣發電廠。其中，協鑫電廠就是典型的熱

電聯合電廠。這種電廠的建設對于能源的綜合利用和提高利用率、轉化率，有獨到的節能優勢。此類電廠的特點是利用燃氣輪機直燃發電，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整．方便地實現發電、蒸氣制造等自我工況調節。蒸氣需求量增大，蒸氣輪機發電工段電負荷降低，抽氣

量增大：反之，蒸氣輪機發電負荷升高，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電廠縮短數倍．燃氣輪機可在lOmin內將發電負荷從0提升至100％，且在聯合性能測試中到達8min的紀錄性驗證。

    本案例熱電廠主要生產設備為兩臺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，天然氣增壓站應運而生。作為燃氣電廠最重要的原料保障系統。它的任務是進行天然氣的增壓、穩壓和計量，使氣體按電廠供氣參數要求，在穩定的工況下供給。

電廠天然氣增壓站的工藝構成單元分為：過濾、計量、增壓、穩壓等4個工藝系統。主要生產設施有：壓縮機房，站區穩壓計量撬、除塵過濾器、中心控制室；輔助設施包括能源系統，給排水系統、通信與監控系統。能源系統構成：供電、供熱。給排水系統

構成：循環水系統、生活給排水系統、雨污水系統等。通信及監控系統：生產調度指揮(有線、無線兩部分)、可燃氣體泄漏檢測、運行狀態監控(可視遠傳電視監控)。增壓站工藝流程由輸氣工藝、機組控制、輔助系統3部分構成。

    （1）輸氣工藝，除過濾凈化、計量、增壓、穩壓等主工藝模塊外，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、防喘振循環管路等。

    （3）輔助系統含有電力、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：進氣壓力1．6MPa-2．5MPa；排氣壓力：3．15MPa；超壓聯鎖設定值：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：根據該工藝負荷狀況和使用特性，本裝置設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、適應性強(排氣量調整范圍廣)制造材料容易取得，相對廉價等優勢，但其缺點是氣流脈動，運轉中有振動。

（3）機組流程設計：本設計中，在排氣量調節上，本設計采用了旁路調節，在生產實踐中存在如問題：調節滯后，容易造成機組的超壓跳車。因為在此設計中選用了電動薄膜調節閥，而薄膜調節過程是通過設定進氣壓力的傳感而改變調節閥閥桿行程控制回流氣量，從而達到調節排氣量目的。當用戶負荷驟降時，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。以上設計中，壓力差為0.35MPa ,當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(匯管及輸氣管段總容積約為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，旁路管徑設計應為D200。

（6）旁路返回氣流對流量計嚴重影響。在以上設計中，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，根據渦輪流量計的機械計數原理，隨著壓縮機排氣胲運，流量計計數增大（受脈動頻率影響急聚上升，接近正常2倍流量），導致計量嚴重失準。

   針對如上問題，經過多方論證與研究，在現在工藝設備狀況的基礎上做如下改進和完善。

（1）                  重新選取流量計位置。根據流量計計量原理和現場實際，將計量交接點由分離散器后、壓縮機前，改為調壓撬出口，截斷閥前，以保證計量工況的穩定。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閉時間段內存在，約為8s~10s,可以忽略。

（2）                  提高壓縮機超壓保護壓力限定值，經制造廠設計核算分析，將超限值設定為3.7MPa,使之與額定壓力差值變為0.55MPa。

（3）                  增加輔助旁路設計。在現有電動溥膜閥位置增設一路并聯電動調節旁路，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運行需要，也徹底解決了生產計量問題，在運行管理中，大大提高了裝置的技術保障能力和其工藝設置的完整、完備性。

  電廠增壓站設計，計量是關鍵，涉及貿易計量的準確與公正，也體現商業運行的科學性與合理性。壓縮機組流量調節，在電廠增壓站的重要性非同小可，它將直接影響企業（供氣方和用氣方）的商業運行能力和保障能力，不僅存在技術問題，更重要的是生產經營的商業信譽和社會影響問題。這一點，對于供應城市調峰電廠的燃氣供應企業意義重大。