燃機(jī)電廠天然氣調(diào)壓站分析及優(yōu)化

李雙琦

摘要：本文將分析燃機(jī)電廠燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)天然氣的實(shí)際要求，并以此為基礎(chǔ)完善天然氣調(diào)壓站設(shè)計(jì)及配置，以期能夠?yàn)闃I(yè)內(nèi)人士提供理論參考。

關(guān)鍵詞：燃機(jī)電廠;天然氣調(diào)壓站;設(shè)計(jì)及配置

前言：近些年來，隨著國民環(huán)保意識(shí)的逐漸興起，如今相比較燃煤發(fā)電更加清潔高效的天然氣發(fā)電技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用普及。然而由于在不同地域、不同氣源的影響下、天然氣的實(shí)際組分情況也不盡相同，為能夠有效確保燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性，需要對(duì)天然氣組分進(jìn)行一定限制，該限制過程便會(huì)需要天然氣調(diào)壓站，所以對(duì)燃機(jī)電廠天然氣調(diào)壓站進(jìn)行分析研究，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)及配置將有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)天然氣的實(shí)際要求

以三菱公司M701F4型燃?xì)廨啓C(jī)為例，指出燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)天然氣的實(shí)際要求。

1.1成分要求

1.1.1惰性氣體

在天然氣中，諸如氮?dú)?、二氧化碳等惰性氣體的含量不應(yīng)超過4mol.%。

1.1.2甲烷

除去惰性氣體以外，天然氣中甲烷的含量應(yīng)保持在80-98mol.%范圍區(qū)間內(nèi)，且即便是受到天然氣中惰性氣體含量的影響，甲烷的實(shí)際含量也不應(yīng)減少標(biāo)準(zhǔn)值范圍的±9%。

1.2發(fā)熱量要求

天然氣的發(fā)熱量將會(huì)直接影響到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒能力，所以需要對(duì)天然氣的發(fā)熱量進(jìn)行充分考慮。天然氣的熱值和比重關(guān)系式如下：

在公式中：

GI：燃?xì)庵笖?shù);

LHV：天然氣的低位發(fā)熱值，單位kJ/Nm3;

S.G.：天然氣的相對(duì)密度，即在標(biāo)準(zhǔn)工況下，天然氣密度與空氣密度的比值。

通常來說，天然氣在供應(yīng)過程中的GI值變化不應(yīng)超過±5%，變化速度不應(yīng)超過5%/min。

1.3壓力要求

通常來說，燃?xì)廨啓C(jī)GT包入口處的天然氣壓力值需要控制在2.8-4.6MPa/g的范圍區(qū)間內(nèi)，在確定入口處的壓力后，還需要確保天然氣在供應(yīng)過程中的壓力值波動(dòng)控制在±0.14MPa/g內(nèi);壓力變化速度控制在0.08MPa/s[1]。

1.4可凝結(jié)液體要求

燃?xì)廨啓C(jī)要求輸送到燃燒系統(tǒng)噴嘴的天然氣不能夠含有液體成分，即要求氣液混合天然氣在達(dá)到最高飽和溫度時(shí)，要確保過熱度達(dá)到11℃以上。結(jié)合實(shí)際情況來看，天然氣的供應(yīng)溫度應(yīng)控制在5℃以上，防止因天然氣供應(yīng)溫度過低導(dǎo)致供應(yīng)管道或者使用設(shè)備出現(xiàn)結(jié)冰問題。

1.5固體顆粒要求

燃?xì)廨啓C(jī)所使用的天然氣固體顆粒應(yīng)控制在30ppmwt以下，且固體顆粒的粒徑應(yīng)小于5μm。

二、燃機(jī)電廠天然氣調(diào)壓站設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1天然氣調(diào)壓站的作用

天然氣調(diào)壓站作為燃機(jī)電廠天然氣處理的主要外接口，結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)天然氣的實(shí)際要求，天然氣調(diào)壓站應(yīng)具備以下幾點(diǎn)作用：

（1）天然氣調(diào)壓及設(shè)備保護(hù)作用。在上游設(shè)備出現(xiàn)故障或者天然氣供應(yīng)壓力出現(xiàn)較大波動(dòng)的時(shí)候，天然氣調(diào)壓站能夠有效控制天然氣供應(yīng)壓力，防止下游管道和設(shè)備受到上游波動(dòng)的影響;

（2）精準(zhǔn)計(jì)量和校對(duì)進(jìn)入燃機(jī)電廠的天然氣量;

（3）將上游氣源點(diǎn)所提供的天然氣進(jìn)行降壓或穩(wěn)壓至下游燃?xì)廨啓C(jī)所需要的壓力、溫度及流量要求，并確保天然氣輸送過程中的平穩(wěn)性效果;

（4）除去天然氣中的可凝結(jié)液體和固體雜質(zhì)顆粒，確保天然氣質(zhì)量符合要求。

2.2構(gòu)成及配置

通常來說，燃機(jī)電廠天然氣調(diào)壓站主要由入口單元、計(jì)量單元和綜合處理單元、調(diào)壓電壓和集中放散單元等5大單元共同組成。各單元基本配置情況如圖1所示。

2.3單元功能優(yōu)化配置

2.3.1入口單元

入口單元的優(yōu)化配置主要是針對(duì)入口單元絕緣接頭的優(yōu)化，進(jìn)而增強(qiáng)調(diào)壓站的電絕緣效果同時(shí)，提高上游管線與調(diào)壓站之間的絕緣隔離效果。對(duì)此，需要在入口單元絕緣接頭后側(cè)配置有啟動(dòng)緊急切斷閥，確保上游管線在發(fā)生泄漏、起火，超壓等緊急事件時(shí)，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓站與上游管線的緊急切斷隔離，確保下游管線與設(shè)備的安全性。另外，為確保入口單元的實(shí)際隔離效果，還需要確保配置的氣動(dòng)緊急切斷閥的緊急響應(yīng)時(shí)間控制在3s以內(nèi)，且該切斷閥的開啟僅能夠通過手動(dòng)方式開啟，防止出現(xiàn)誤操作問題，造成額外損失[2]。

2.3.2計(jì)量單元

（1）KO分離單元

KO分離單元的主要作用是去除天然氣中含有的大顆粒物質(zhì)以及可凝結(jié)液體。在設(shè)計(jì)中，KO分離單元主要由離心分離設(shè)備構(gòu)成，確保天然氣中可凝結(jié)液體以及大顆粒物質(zhì)的實(shí)際清除效果。

（2）加熱單元

結(jié)合上文要求。調(diào)壓站在設(shè)計(jì)過程中通常會(huì)選擇水浴爐、電加熱或者管殼式換熱器等加熱方式，然而結(jié)合三種加熱方式的實(shí)際應(yīng)用情況來看，三種加熱方式各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要結(jié)合調(diào)壓站以及上游氣源的實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。

（3）分離過濾單元

在進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，分離過濾單元的過濾器可選用“兩運(yùn)行一備用”或者是“一運(yùn)行一備用”組合。具體情況應(yīng)結(jié)合調(diào)壓站的實(shí)際需求進(jìn)行選擇，需要滿足天然氣中固體顆粒、可凝結(jié)液體的進(jìn)一步清除。

（4）凝淅液收集單元

凝淅液收集單元的主要作用是收集分離過濾單元和KO分離單元所離析出的固體顆粒、可凝結(jié)液體。由于天然氣的實(shí)際特點(diǎn)，其中所蘊(yùn)含的固體顆粒、可凝結(jié)液體也屬于易燃易爆物質(zhì)，需要進(jìn)行妥善處理。在設(shè)計(jì)中，凝淅液收集單元中收集罐的容量需要滿足燃?xì)廨啓C(jī)從滿負(fù)荷運(yùn)行到安全停機(jī)整個(gè)過程所需的天然氣量，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合實(shí)際需求預(yù)留出一定的容量預(yù)留。

2.3.4調(diào)壓?jiǎn)卧?/p>

根據(jù)實(shí)際需求，天然氣調(diào)壓站的調(diào)壓?jiǎn)卧梢赃x用“兩運(yùn)行一備用”或者“兩、三運(yùn)行一備用”的機(jī)組組合。在設(shè)計(jì)中，需要確保每條調(diào)壓支路均能夠串聯(lián)配置隔離球閥、監(jiān)控調(diào)壓器、工作調(diào)壓器以及安全切斷閥。其中，工作調(diào)壓器通常肩負(fù)著調(diào)節(jié)調(diào)壓站出口天然氣壓力的作用，確保輸出天然氣能夠滿足燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際要求;而當(dāng)工作調(diào)壓器出現(xiàn)故障情況時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓器將會(huì)自行投入運(yùn)行。另外，在設(shè)計(jì)優(yōu)化中，各工作支路與備用支路之間將會(huì)處于互為熱備用狀態(tài)，確保天然氣的持續(xù)供應(yīng)效果。

2.3.5集中放散單元

集中放散單元的主要作用是收集和排放天然氣管道、設(shè)備所滲出、殘留的天然氣，防止出現(xiàn)天然氣外泄，確保整個(gè)調(diào)壓站的安全性。

三、結(jié)語

綜上所述，天然氣調(diào)壓站在燃機(jī)電廠運(yùn)行過程中將會(huì)發(fā)揮極為重要的作用，需要在進(jìn)行天然氣調(diào)壓站設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行合理配置。本文結(jié)合燃機(jī)電廠中燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行要求，提出天然氣調(diào)壓站的理論設(shè)計(jì)方案，從而為燃機(jī)電廠的天然氣調(diào)壓站設(shè)計(jì)配置提供理論參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王國磊，張秀娟.無人值守天然氣調(diào)壓站的功能實(shí)現(xiàn)及安全防護(hù)管理[J].化工管理，2019，000（013）：135-136.

[2]任淵源，張衛(wèi)靈，光旭，等.三菱M701F4聯(lián)合循環(huán)機(jī)組天然氣調(diào)壓站優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].浙江電力，2018，37（10）：79-83.