淺談燃油電廠LNG 站的工藝流程及改進措施

江仕洪

(深圳南天電力有限公司，廣東深圳518040)

0 引言

當前，國內燃油電廠正遭遇著前所未有的生存危機，一是國際原油價格居高不下，大大增加了企業(yè)的運營成本;二是由于在發(fā)電過程中要排放大量的有害氣體，導致嚴重的環(huán)境污染，環(huán)保壓力日益增大。在這種形勢下，燃油電廠改用天然氣發(fā)電，符合國家的能源政策，具有非常的現(xiàn)實意義。

1 LNG站的工藝流程

LNG是液化天然氣Liquefied Natural Gas的英文縮寫，它是一種清潔、高效的優(yōu)質能源，可用于發(fā)電廠、工廠、家庭使用。下面以國內燃機電廠首座LNG站為例，介紹其工藝流程。

LNG站由氣化站和調壓站兩部分組成，其工藝流程如圖1所示。

圖1 LNG站工藝流程

1.1 氣化站

采用槽車通過公路將LNG運輸?shù)诫姀S。在卸車階段，槽車內的LNG由卸車烴泵打入LNG儲罐，在儲罐中的LNG依靠液位差自動流入輸液烴泵，液態(tài)加壓后輸入主氣化器，然后與循環(huán)水換熱轉化為氣態(tài)天然氣NG，經過粗過濾、調壓、精過濾，計量達到要求的供氣條件后進入燃氣輪機。

(1)卸車系統(tǒng):利用卸車泵將液態(tài)LNG輸送至儲罐，并對卸車泵狀態(tài)進行監(jiān)視，對卸車泵出口壓力進行控制。

(2)儲罐系統(tǒng):包括罐的進料控制、罐切換控制及罐液位報警控制等，通過調節(jié)閥的開度來保證儲罐的壓力維持在規(guī)定值之內。

(3)輸液烴泵:通過PLC裝置控制兩臺烴泵的啟停及切換。

(4)主氣化器裝置:將液態(tài)的LNG轉換成氣態(tài)的NG，供燃氣輪機使用。

(5)BOG加熱器:LNG儲罐日蒸發(fā)率大約為0.15%，這部分蒸發(fā)了的氣體如果不及時排出，將造成儲罐壓力升高，為此設置了降壓調節(jié)閥，可根據(jù)壓力自動排出BOG。

(6)EAG加熱器:低溫系統(tǒng)安全閥放空的全部是低溫氣體，在大約-107℃以下時，LNG的密度大于常溫下空氣的密度，排放不易擴散，會向下積聚。因此設置一臺空溫式放散氣體加熱器，放散氣體先通過該加熱器，經過與空氣換熱后的天然氣比重會小于空氣的比重。高點放散后將容易擴散，從而不易形成爆炸性混合物。

(7)調壓系統(tǒng):采用輸液烴泵對LNG進行加壓，加壓后的LNG進入主氣化器進行氣化，氣化后的NG經主調壓器按照燃氣輪機進氣壓力要求調節(jié)到需要的壓力后，供給燃氣輪機。

(8)計量設備:氣化站采用渦輪流量計，帶溫度和壓力補償，有就地顯示和遠傳信號功能，管路系統(tǒng)設置旁通，確保流量計維修時，仍能繼續(xù)供氣。

(9)其它:包括對輔助調壓器、氣化站泄漏情況、壓縮機系統(tǒng)的啟動/停止及相關報警保護進行監(jiān)視和控制。

(10)自控系統(tǒng):為了保證氣化裝置安全、穩(wěn)定、可靠地運行，整個氣化站相關的運行參數(shù)采用就地及控制室顯示，并通過控制系統(tǒng)對生產過程進行控制。

(11)電氣系統(tǒng):電氣設備采用兩路380V電源供電，互為備用。站內所有電氣設備均采用二級控制，在設備附近機箱上控制及控制室內自動控制系統(tǒng)控制。由于LNG屬于易燃易爆的危險品，所以對氣站內及相關系統(tǒng)的所有用電及控制設備均采用防爆型產品。對爆炸危險區(qū)域內金屬設備及工藝管道均作防靜電處理，LNG氣化裝置屬于第一類防雷等級，所以按照要求采取了有效的防雷措施。

(12)吹掃及儀表用風:吹掃系統(tǒng)采用氮氣，主要供LNG卸車時管道吹掃和輸液烴泵密封之用，儀表送風系統(tǒng)用于各種氣動閥門。

(13)消防系統(tǒng):LNG和NG都是易燃易爆的危險品，如果操作不當或泄漏會產生爆炸和火災的危險。所以LNG和NG裝置區(qū)內對消防要求極高，故采用全方位消防保障系統(tǒng)，以確保裝置的安全運行。

1.2 調壓站

調壓站進口分別來自氣化站與廣東LNG大鵬美視分輸站。由進口緊急切斷單元、計量單元、加熱單元、過濾單元、減壓單元構成。來自廣東LNG大鵬美視分輸站的天然氣經過調壓站調壓后向燃氣輪機供氣。調壓站進口壓力39bar，進口溫度-19～38℃，出口壓力27bar。出口溫度＞10℃，設計流量159700 Nm3/h，可供該廠一臺13E2和3臺9E機組發(fā)電用氣。

(1)進口緊急切斷閥(ESD):用于在需要的時候切斷進入調壓站的天然氣。緊急情況下可以使用控制室、就地的急停按鈕緊急切斷。

(2)計量單元:包括流量計量和色譜分析。將超聲波流量計測得的流量、實際的天然氣溫度、壓力一起傳送給流量計算機，然后以Nm3/h的形式計算出天然氣的流量;色譜分析用于確定天然氣的組分和熱值。

(3)加熱單元:將天然氣從-19～38℃加熱至17℃以上，以保證調壓站的出口溫度高于10℃。

(4)過濾、分離單元和污液儲罐單元:用于將天然氣中的固體小顆粒和液體小液滴分離出來，給燃機提供清潔的天然氣。

(5)調壓單元:用于降低天然氣的進口壓力，保持出口壓力為27bar。

2 存在的問題及改造方案

2.1 LNG站輸液烴泵機封改進

該廠LNG站共有兩臺輸液烴泵，承擔全廠液態(tài)LNG輸送任務。使用以來，輸液烴泵的機械密封頻繁泄漏，嚴重影響了安全生產和液態(tài)烴的輸送工作。由于該機械密封屬于進口產品，成本較高，而且使用壽命短。因此，該機械密封經濟性、可靠性均偏低。輸液烴泵機封磨損圖如圖2所示。從機械密封的結構和工作原理及日常應用結果來看，泄漏的原因主要有:密封端面液膜閃蒸、密封端面過度磨損、泵發(fā)生汽蝕、機械密封靜態(tài)下泄漏。

圖2 輸液烴泵機封磨損圖

根據(jù)輸液烴泵的運行特性，參閱了大量技術資料，經過與同類型設備的認真比較、分析，結合現(xiàn)場實際情況，決定采用機械密封與干氣密封組合的串聯(lián)式結構，來解決輸液烴泵的密封問題。該機封具有以下特點:

(1)干氣密封與接觸式機械密封串聯(lián)使用，第一級機械密封為主密封，密封介質為LNG;第二級干氣密封為輔助密封，密封介質主要為氮氣及少量從機械密封泄漏出已汽化的天然氣;

(2)干氣密封與主密封間通入氮氣，壓力一般為0.6～0.8MPa，這樣可以大大提高主密封的背壓，減小LNG在端面間由于摩擦熱而汽化的程度，避免機械密封出現(xiàn)劇烈磨損現(xiàn)象，從而極大地延長主密封的使用壽命，提高主密封的性能;

(3)主密封泄漏的LNG介質進入一、二級密封之間的密封腔，密封腔壓力為0.6～0.8MPa，在此壓力下，LNG已經為氣相。該氣相NG隨氮氣一起排向廢氣回收系統(tǒng)，從而保證工藝介質幾乎不向大氣泄漏，是一種環(huán)保型、安全型密封結構;

(4)當主密封失效后，干氣密封在短時間內起到主密封作用，防止工藝介質突然向大氣大量泄漏;

(5)由于干氣密封的保護作用，即使因工藝波動出現(xiàn)抽空現(xiàn)象，組合密封也不易受損。

改造后使用效果良好，基本解決了輸液烴泵的機械密封泄漏的難題，使電廠的安全生產得到了保證，經濟效益顯著提高。

2.2 調壓站ESD閥控制電源及控制回路改造

根據(jù)調壓站運行中出現(xiàn)的故障，參考原設計方案，發(fā)現(xiàn)調壓站ESD閥控制電源供電方式及電磁閥控制回路接線方式均存在不安全因素，于是，提出如下改造方案。

(1)調壓站ESD閥控制電源原取自6#機UPS變24V直流，電源開關“開關電源1”，僅這一路控制電源，當天然氣管道出現(xiàn)大量泄漏等事故，急需通過ESD閥來快速切斷天然氣氣源時，如果該路控制電源出現(xiàn)故障，ESD閥不能及時動作，后果將不堪設想。所以必須增加一路控制電源，以此確保控制電源的安全、可靠。新增一路控制電源為220V廠用交流電變24V直流，電源開關“開關電源2”;兩路電源并聯(lián)運行，運行中兩路開關同時投入，如圖3所示。

圖3 調壓站ESD閥控制電磁閥供電方式改造

(2)原設計方案ESD閥控制回路中，氣化站和就地控制室兩個緊急按鈕觸點并聯(lián)后同時控制兩個電磁閥，只要按下任何緊停按鈕，都會使ESD閥動作關閉，存在安全隱患。在新建9E機組投運后，在9E控制室又新增了一個緊停按鈕，這樣ESD閥緊停按鈕增至三個。若仍按原方案接線，勢必又增加一處安全隱患點。因此，做如圖4所示改造。

改造后每個電磁閥分別受一組緊停按鈕觸點控制。開閥的命令是脈沖式的，電磁閥的帶電是分別靠繼電器6KA1A、6KA1B自保持。改造后，只要有一個緊停按鈕常閉觸點斷開，將會使繼電器6KA1A、6KA1B中的一個失電，從而造成一個電磁閥失電。由于9E控制室、氣化站和調壓站控制室均有兩個緊停按鈕且并聯(lián)接線，正常情況下只有當兩個按鈕同時按下時，ESD閥才會關閉，ESD閥安全性大大提高。這樣接線也存在缺點，由圖4可知，如果只按下一個也會造成一個(6YV2A或6YV2B)電磁閥失電，但不會關ESD閥，此時，若另一個電磁閥故障或另兩地再誤按另一個電磁閥的按鈕也會造成ESD閥關閉，但這種情況幾率較小。在天然氣系統(tǒng)運行中，一旦發(fā)生誤按其中一個按鈕時，必須重新發(fā)一個ESD開閥命令。

圖4 調壓站ESD閥控制電磁閥控制回路圖

3 結語

利用天然氣發(fā)電，符合國家能源發(fā)展方向，將成為電力發(fā)展趨勢。因此，國內有條件的燃油電廠可對現(xiàn)有燃氣輪機進行天然氣改造。在具體運行中，合理地選擇工藝流程、設備配置和安全設計，積極進行工藝改進，是保證LNG供氣站安全、可靠、經濟運行的關鍵因素。

［1］王會祥.燃氣電廠的運行優(yōu)化和天然氣調峰［J］.廣東電力，2007，(2).

［2］姜文斌.GT13E2燃氣輪機“油改氣”工程［J］.燃氣輪機技術，2007，(1).

［3］張亞明.干氣密封在液態(tài)烴泵上的應用［J］.中國新技術新產品，2008，(12).

［4］顧安忠.液化天然氣技術［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.