管網(wǎng)互聯(lián)互通反輸初期壓縮機停機分析及對策
——以西氣東輸二線X壓氣站為例

薛 雨，張 鑫，王曉剛，徐奇鵬，詹國東

（中石油管道有限責任公司西氣東輸分公司廣東管理處，廣州廣東 511685）

1 引言

天然氣管道互聯(lián)互通是實現(xiàn)“全國一張網(wǎng)”格局、加大管道輸送能力、最大限度的發(fā)揮天然氣調(diào)峰水平、保障民生用氣的基礎性工程。X壓氣站為西氣東輸二線干線的樞紐站場，配備有2臺18 MW的全國產(chǎn)電驅(qū)壓縮機組。該壓氣站經(jīng)過互聯(lián)互通反輸流程改造后，冬季保供期間可接收下游省級管網(wǎng)來氣，向西二線干線供氣。當輸氣量超過1200×104m3/d時，該站需啟動壓縮機組進行增壓輸送，機組的平穩(wěn)運行對緩解冬季用氣緊張的局面具有重要意義。X壓氣站壓縮機組在互聯(lián)互通反輸初期由于入口過濾器壓差和干氣密封過濾器壓差超過高報警值而發(fā)生了停機現(xiàn)象。本文通過對造成該站壓縮機組停機的原因進行分析，并提出了相關(guān)對策，來保證壓縮機組的正常運行，也給其他壓氣站在互聯(lián)互通輸氣過程中發(fā)生類似情況提供了借鑒。

2 故障現(xiàn)象

根據(jù)用戶在不同季節(jié)對天然氣的需求[1]，X壓氣站一般在春、夏、秋季接收西二線上游站場來氣，向下游省級管網(wǎng)及兩條支干線供氣。為打通“南氣北送”輸氣通道，切實提高管網(wǎng)冬季保供能力，X壓氣站于2018年完成了壓縮機項目及互聯(lián)互通反輸流程的改造，改造后該站在冬季可通過省級管網(wǎng)接收中海油氣源來氣，向西二線干線和兩條支干線供氣，見圖1。

互聯(lián)互通反輸期間，省級管網(wǎng)來氣經(jīng)過該壓氣站的組合式過濾分離器和計量后進入西二線干線或支干線。根據(jù)輸氣量大小，該壓氣站可選擇采用正常反輸或者增壓反輸模式，站內(nèi)反輸流程見圖2。該壓氣站2臺壓縮機組通常采用一用一備模式。

反輸當日供氣量達到1500×104m3/d后，X壓氣站啟動了壓縮機組進行增壓輸送。壓縮機組在達到最小工作轉(zhuǎn)速（3120 r/min）后，出現(xiàn)入口過濾器差壓逐漸上升，并越來越快的情況，在12 min內(nèi)達到停機值0.15 MPa，見圖3，觸發(fā)機組停機。切換備用壓縮機組，暖機（1000 r/min）結(jié)束后，隨著轉(zhuǎn)速上升同時干氣密封過濾器差壓開始上升，迅速超過高報警值80 kPa，并持續(xù)升高，站場通過切換及更換濾芯8次后，仍快速上升，在3 min內(nèi)達到150 kPa以上，見圖4，觸發(fā)機組停機。壓縮機組停機后，只能靠管線自身壓差進行輸氣，嚴重影響了正常的輸氣計劃，此問題亟需分析和解決。

圖1 X壓氣站流程圖

圖2 X壓氣站互聯(lián)互通反輸站內(nèi)流程

3 原因分析

通過拆卸壓縮機組入口過濾器，檢查發(fā)現(xiàn)過濾網(wǎng)存在嚴重堵塞，附著大量海綿狀碎屑及黑色顆粒物，見圖5。拆卸干氣密封過濾器濾芯，內(nèi)部同樣有較多干燥黑色顆粒物。這些黑色顆粒物堵塞了過濾器，影響了壓縮機的正常運行。對組合式過濾分離器濾芯進行拆檢，在濾芯上亦截獲大量黑色粉塵。通過對黑色顆粒物進行檢測，顆粒物85%以上為三氧化二鐵，另有少部分氧化鋁、二氧化硅、三氧化硫、氧化亞錳，見表1。

圖3 入口過濾器差壓值

圖4 干氣密封過濾器差壓值

對該壓氣站反輸氣質(zhì)來源進行分析，該站接收的省級管網(wǎng)來氣主要來自2個方向，一個是中海油X氣田和LNG，經(jīng)中海油分輸站過濾后進入省級管網(wǎng)管道；另一個方向是另一路LNG來氣，過濾后進入省級管網(wǎng)。2個方向來氣途中均未經(jīng)過過濾處理，且該省級管網(wǎng)管道內(nèi)部無內(nèi)涂層。由此可判斷造成X壓氣站壓縮機停機的這些黑色顆粒物為省級管網(wǎng)管道內(nèi)的雜質(zhì)。

4 采取對策研究

國內(nèi)多條天然氣長輸管道內(nèi)都附有黑色粉末[2-3]，這些黑色粉末在管道中堆積，減小氣體流通面積，影響輸氣效率；若在分離器中堆積，維檢修作業(yè)時容易自然，引起事故；同時會造成站場的工藝設備故障或者損壞，嚴重影響管線運行和站場安全生產(chǎn)[4-5]。為降低互聯(lián)互通過程中省級管網(wǎng)來氣中黑色粉末影響，保障X壓氣站壓縮機組的正常運行，本文針對站內(nèi)反輸工藝流程及現(xiàn)場設備，提出了相應對策，并對可行性進行了分析。

圖5 壓縮機入口過濾器污物

表1 黑色粉末組分含量表

4.1 提高過濾分離器濾芯更換頻次

X壓氣站采用的組合式過濾分離器為多管旋風聚結(jié)器，通過旋風管和聚結(jié)濾芯可除去0.3 μm及以上液滴和固體顆粒，作為反輸流程中唯一一級過濾，其過濾能力直接影響著進入壓縮機氣體的清潔程度。當濾芯截獲的黑色粉末過多后，過濾能力降低，濾芯失效，需及時更換。同時，在安裝濾芯時，應減小縫隙，防止黑色粉末從縫隙中通過。

但過濾器快開盲板不是作為頻繁開啟操作設備來設計的，大量的操作會對密封面造成損害，不利于設備的穩(wěn)定運行，增加安全風險。另一方面，冬季保供高峰輸量時，濾芯的消耗速度將加快，庫存的濾芯可能無法滿足同時投用兩臺以上過濾器。

雖然提高濾芯更換頻次會對設備密封產(chǎn)生不利影響，但通過更換濾芯可有效過濾掉絕大部分的黑色顆粒物，且濾芯本身為低值易耗品，成本較低，因此提高濾芯更換頻次是直接有效的方法之一，可行性較高。

4.2 放大壓縮機入口過濾器濾網(wǎng)精度

壓縮機入口過濾器具有粗細兩級濾網(wǎng)，通過拆除入口過濾器內(nèi)的細濾網(wǎng)，保留粗濾網(wǎng)，可消除壓差快速增大的現(xiàn)象，但氣體中的黑色粉末也會對壓縮機內(nèi)部設備產(chǎn)生磨損、腐蝕和結(jié)垢，影響壓縮機使用壽命，造成設備動平衡的破壞[6]。正常情況下不推薦使用此方法。

4.3 氮氣保供干氣密封系統(tǒng)

由于反輸來氣中含大量管道雜質(zhì)，導致壓縮機干氣密封過濾器發(fā)生堵塞，可選用氮氣作為壓縮機組干氣密封的氣源。但此方法是一種非常規(guī)的手段，通常在壓縮機組剛投產(chǎn)，首次開車時使用。并且壓縮機組現(xiàn)場一般不具備氮氣氣源條件，采用槽車運輸液氮到現(xiàn)場，液氮消耗量大，按照每天40 t氮氣計算，每天費用超過10萬。同時，干氣密封氣必須保持穩(wěn)定的壓力和流量，目前的熱泵車和氮氣源都沒有長時間穩(wěn)定供給的先例。一旦出現(xiàn)問題，可能造成干氣密封損壞，維修的周期在15天以上。高壓氮氣通過現(xiàn)場臨時配置的管路進入壓縮機組，也存在較大的安全隱患。因此選擇氮氣來保供干氣密封系統(tǒng)，可靠性無法保證，且費用昂貴，可行性較低。

4.4 增加干氣密封氣源預處理系統(tǒng)

干氣密封氣源預處理系統(tǒng)是針對天然氣管道壓縮機首次開車階段，機組出口段尚未產(chǎn)出清潔、穩(wěn)定的工藝氣作為密封氣源而專門研發(fā)的裝置，它可以實現(xiàn)為干氣密封提供干燥、清潔的氣源[7]。壓縮機反輸運行時由于氣體中雜質(zhì)較多，若采用該系統(tǒng)，壓縮機出口處的天然氣經(jīng)過干氣密封源預處理系統(tǒng)三級過濾后可有效去除氣體中的雜質(zhì)[8]，再進入干氣密封系統(tǒng)，可解決干氣密封過濾器差壓迅速上升的情況。同時，干氣密封源預處理系統(tǒng)采用整體式撬裝設計，所有元件撬裝在一個開放的支架上，便于吊裝和運輸。系統(tǒng)對外接口也采用法蘭與耐壓軟管連接的方式，可在現(xiàn)場方便的進行連接和拆卸。因此該措施可行性較高。

4.5 研制新型過濾分離器濾芯

X壓氣站組合式過濾分離器目前使用的聚結(jié)濾芯由內(nèi)至外由三層組成，第一層為不銹鋼管支撐，中間層為親水基聚酯纖維材料聚結(jié)層，最外層為液體排出層，見圖6。中間層為折疊結(jié)構(gòu)，極大地增加了聚結(jié)材料與氣體的接觸面積，以利于氣體中的小液滴聚結(jié)長大為大液滴。液體排出層由很細的玻璃絲布纏繞而成，可以存留及排放液體，同時還阻止聚結(jié)下來的液體再進入氣體。

圖6 過濾分離器濾芯結(jié)構(gòu)

針對目前的情況，是否可進行一種新型的濾芯研制，最外層采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用玻璃絲布纏繞存留液體，濾芯外部采用光滑的結(jié)構(gòu)，將過濾到的雜質(zhì)及時滑落到濾芯最底部，這樣可過濾更多的雜質(zhì)，延長濾芯使用壽命。目前市場并無此類濾芯，需要根據(jù)實際情況進行研發(fā)制作，且濾芯的研發(fā)也需要一定時間，短期內(nèi)可行性不高，但可以一試。

4.6 對省級管網(wǎng)反輸流程改造

在省級管網(wǎng)反輸首站增加一套過濾分離器，使其具備過濾功能。在反輸來氣進入壓氣站之前，通過多一級過濾的方式，可降低該壓氣站濾芯更換頻率。若管網(wǎng)反輸首站在設計初期未考慮預留用地，則后續(xù)征地問題繁瑣，且加裝的設備昂貴，耗時也較長，該方法短期內(nèi)可行性較低。但該措施通過增加過濾可有效改善反輸氣質(zhì)，從長遠看切實可行。

5 應用效果

在壓縮機組停機后，X壓氣站通過及時更換組合式過濾分離器濾芯，拆除壓縮機入口過濾器細濾網(wǎng)，并使用干氣密封氣源預處理器系統(tǒng)保證了壓縮機組的順利啟動。同時在每次壓縮機組啟動前，待升壓至1 MPa時利用低點排水管線，對壓縮機組出入口管線進行排污作業(yè)，將管線中的凝結(jié)水及污物排放干凈。并且對壓縮機本體排污管線進行排污，排除壓縮機本體內(nèi)含有的污物。

壓縮機運行期間，干氣密封撬按照一小時排污一次的周期進行排污，并根據(jù)干氣密封濾芯差壓情況適當加密。初期采用進口干氣密封濾芯，每個濾芯單價在1萬元左右，成本較高，后期采用國產(chǎn)干氣密封濾芯大幅降低了成本?？諌簷C系統(tǒng)按照每天一次排污的周期進行排污作業(yè)。

站內(nèi)四路組合式過濾分離器采用3用1備方式，每周切換一路，按照每周一次的周期進行排污，并打開頂部快開盲板查看濾芯情況，當組合式過濾器濾芯壓差達到150 kPa后及時更換臟污的濾芯。

在反輸保供期間，共拆卸并清理壓縮機入口過濾器4次，更換干氣密封濾芯13個，更換組合式過濾分離器濾芯744根，清理除黑色粉塵2.48 t。

綜合采用以上措施后，整個反輸期間，共啟動壓縮機13次，未再發(fā)生類似停機情況，共輸送天然氣5×108m3，圓滿完成了反輸保供任務。

6 結(jié)論

（1）省級天然氣管網(wǎng)未做內(nèi)涂層，反輸來氣中存在大量的管道黑色粉末雜質(zhì)是引起壓縮機停機的主要原因。

（2）通過及時更換過濾器濾芯、拆除壓縮機入口過濾器細濾網(wǎng)、增加干氣密封源預處理系統(tǒng)等措施，能夠有效解決入口過濾器壓差和干氣密封過濾器壓差迅速上升的狀況。

（3）研制新型的過濾分離器濾芯和在省級管網(wǎng)反輸首站增加一級過濾流程這兩項對策短期內(nèi)無法完成，從長遠看可以有效改善進入壓縮機前的反輸氣質(zhì)狀況，可行性較高。

（4）壓縮機組的順利啟動，證明制定的技術(shù)對策可行，能夠保證壓縮機組在互聯(lián)互通反輸過程中安全、穩(wěn)定運行。