燃气电厂天然气调压站配置及优化

摘要：随着环境保护要求的提高，以及用电高峰期调峰需要，天然气发电在国内得到了广泛的应用。天然气调压站作为天然气的处理系统，影响了天然气的品质及供气的连续、稳定。笔者根据国内燃机项目对天然气调压站的配置及各单元功能进行简析，供大家参考。

关键词：调压站、燃气轮机、天然气、调压器、燃气电厂

引言：

随着燃气轮机技术不断的发展及日益严峻的环境问题。燃气轮机联合循环发电机组以投资少、污染少、周期短的优势得到了迅速的发展。

本文结合国内外燃气电厂的实例应用，对天然气调压站内各模块的配置及功能进行分析，为类似项目提供参考。

一、燃气轮机的用气要求：

天然气对燃气轮机的影响因素主要有4个：1.天然气的品质。

以GE公司9E级燃气为例，要求天然气甲烷含量>85%，惰性气体总含量

2.天然气的过热度。

天然气输送到燃烧系统的喷嘴时不能含有液体状态的成分。适宜的过热度将保证进入燃机的天然气不含任何液体。

3.天然气的压力

为了保证燃气轮机的正常工作，气体燃料的供给压力必须超过燃料喷嘴最大的压降和为使控制阀喉部保持音速的气体燃料控制阀的最小压降。

4.天然气的热值

为了确保在各种工况的运行模式中燃料喷嘴压比保持稳定，特制定了Wobber指数的变化范围，通常要求不超过±5%。

为了满足燃气上述用气要求，故在天然气进入燃机前设置天然气调压站，从而使天然气满足燃机用气要求。

二.天然气调压站的配置及功能

1.天然气调压站的作用

天然气调压站的作用是通过与输气管道连接，将天然气经过调压、稳压后，达到燃机的用气要求。

天然气调压站通常由入口模块、粗分离模块、精过滤模块、计量模块、加热模块、调压模块、排污模块、放散模块组成。模块中的单体设备通过管道连接，实现模块功能。各模块以单独撬块的形式进行集成，便于运输，同时减少了现场安装的工作量。模块与模块之间通过管道与法兰连接组成天然气调压站系统。

1.1 入口模块

入口模块配置有绝缘接头和火警关断阀。绝缘接头可实现调压站与上游输气管道的静电绝缘；火警关断阀在发生燃气泄漏，工厂起火或其它紧急事件时切断气源，保证安全。

1.2 粗分离模块

粗分离模块配置了全场容量的粗分离器以及仪表、阀门等。粗分离器可初步清除天然气中较大的固体颗粒和液滴，减小精过滤器的负荷。

1.3 精过滤模块

精过滤模块配置了2台全场容量的精过滤器，以及必要的仪表、阀门等设备。2台过滤器互为备用。精过滤器可进一步清除天然气内的固体颗粒和液滴，使天然气的清洁程度达到燃气轮机的用气要求。

1.4 计量模块

计量模块配置了流量计、色谱分析仪、流量计算机及其他必要的仪表、阀门等设备。其作用是通过流量计进行贸易计量，与上游来气进行贸易比对；通过色谱仪对天然气进行组分及热值计算。流量计的配置为1用1备，或1用1旁通的形式。

1.5 加热模块

加热模块的作用是加热天然气使其达到燃机对天然气过热度的要求。加热功能由加热器来实现，通常加热器分为3中：1.换热器2.水套炉3.电加热器。

1.换热器通常选用管壳式换热器，天然气走管层，加热介质走壳层。其工作原理是，天然气与加热介质通过换热管进行热量的传递，来实现天然气的加热功能。最大温升取决于热源情况。热源一般为蒸汽或热水。同时热源管路需配置温控阀用以调节天然气出口的温度。

2.水套炉通常在现场没有加热源的情况下使用。需要从主管路取天然气经调压后至水套炉燃烧器进行燃烧，产生的热量用以加热水套炉中的水，再通过炉体中的水加热炉内盘管中的天然气，以实现温升。加热炉采用常压加热的形式，通常出口天然气温度不会超过80℃。

3.电加热器通过消耗电能转换为热能，来对天然气进行加热。在工作中天然气进入其入口，沿着电加热容器内部特定换热流道带走电热元件工作中所产生的高温热能量，使天然气温度升高，达到燃机使用温度。

电加热器由于造价高、安全性低、不经济的特性通常只适用于燃气启动之初的预热，待燃机启动之后提供热源后可转由换热器进行加热。

1.6 调压模块

调压模块的作用是对入口压力高的天然气进行减压、稳压，使其达到燃机要求的用气压力。

单台燃机的减压模块通常由两条并联的调压路组成，1用1备。每条减压路配置1台紧急切断阀，1台监控调压器，1台工作调压器、隔断阀、安全阀以及其他必要的辅助设备等。

工作调压器的作用是将天然气从上游压力降压至下游使用压力。紧急切断阀在正常工作状态下为常开，当工作调压器出现故障，不能控制下游压力时，先由监控调压器进行工作，此时工作调压器为全开状态。当监控调压器不能控制下游压力时，放散阀将系统压力调整到设定点，当放散阀不能控制下游压力，安全切断阀则会自动切断气源，以保证下游管道和设备的安全。为保证不引起误操作，安全切断阀自动切断后只能手动现场打开。

1.7 排污模块

排污模块的作用是收集分离器、过滤器排放的水与重烃等杂质，定期排放。排污模块包含1台排污罐，及自动排污系统。

1.8 放散模块

放散模块的作用是将各功能模块放散的气体进行集中排放，保证系统的安全。

放散模块包含放散塔及放散管路、阀门等设备。

三、调压站的优化建议

天然气调压站关系到燃机运行的安全与稳定，其工艺流程的选择，布置的合理性等具有重要的意义。在保证其安全稳定的前提下，可以对其进行优化：

1.粗分离模块主要作用是用于通气之初清除管道内残留的固体、液体颗粒，待正常运行后便可以切换到旁路直管以减少系统压降。故粗分离模块是否必要需要结合业主自身需要。目前精过滤器可以做到粗精一体式，可以节省投资。

2.精过滤器的形式需要根据调压站用地要求来确定。如果场地充足建议使用卧式过滤器，卧式过滤器无需维护平台即可更换滤芯，减少了维护工作量。立式过滤器占地面积小，但需要配置维护平台，不易更换滤芯。

3.加热器笔者建议采用管壳式换热器，管壳式换热器技术在国内非常成熟，安全性有保障。也可以使电厂的预热得到充分的利用。若现场没有热源，建议采用启动电加热器+换热器的形式来进行加热。

4.燃机调压的备用可以选择2用1备的组合方式。工作调压路本身有监控调压器作为备用，两个工作调压路同时出事故的概率极低，可以考虑2用1备的方式以节省投资。

5.调压站出口至燃机前置模块间要考虑到足够的管容，避免因为燃机负荷变化引起的事故。如管容不够，建议设置缓冲罐。

参考文献：

1.吕小兰 燃气电厂天然气调压站配置探讨 燃气轮机技术 第20卷 第3期 2007年9月

2.马国喜. 燃气轮机电厂天然气调压站装置与功能分析[J]. 燃气轮机技术，2011（12）：12―16

3葛莺鏖 燃气轮机对天然气燃料的特性要求和杂质限制 2004（02）