城市调峰燃气电厂天然气增压站的设计改良

北京华油联合燃气开发有限公司(100176)  王理邦  柯  技

 

1  项目背景

    在大型、特大型城市建设与管理中，能源供应的调节与保障已显现出特殊的作用和重要的社会地位。尤其北京、上海、广州等国际性大都市，其城市能源的节约与保障．已成为当地政府管理的重要议事日程．能源供应的安全性也受到极大关注。以北京为例．为解决城市电力的调峰和应急保障，已建成数座热电联供燃气发电厂。其中，协鑫电厂就是典型的热

电联合电厂。这种电厂的建设对于能源的综合利用和提高利用率、转化率，有独到的节能优势。此类电厂的特点是利用燃气轮机直燃发电，燃气尾气余热制造蒸气供热。其特点是机动、灵活，能源利用率高，且无论电、气高低峰均可通过蒸气轮机段的工艺调整．方便地实现发电、蒸气制造等自我工况调节。蒸气需求量增大，蒸气轮机发电工段电负荷降低，抽气

量增大：反之，蒸气轮机发电负荷升高，抽气量降低。另外．此类电厂的重大突破在于，启动供电时间较传统电厂缩短数倍．燃气轮机可在lOmin内将发电负荷从0提升至100％，且在联合性能测试中到达8min的纪录性验证。

    本案例热电厂主要生产设备为两台FT8型燃气轮机组．该机组天然气最大需求量为35 800m3／h，供气压力为3．15 MPa-4．2MPa。天然气气源来自陕

京天然气管线，但该管线城市门站的供气压力为1．6MPa-2．5MPa,难以达到燃气轮机对天然气的使用要求．由此，天然气增压站应运而生。作为燃气电厂最重要的原料保障系统。它的任务是进行天然气的增压、稳压和计量，使气体按电厂供气参数要求，在稳定的工况下供给。

电厂天然气增压站的工艺构成单元分为：过滤、计量、增压、稳压等4个工艺系统。主要生产设施有：压缩机房，站区稳压计量撬、除尘过滤器、中心控制室；辅助设施包括能源系统，给排水系统、通信与监控系统。能源系统构成：供电、供热。给排水系统

构成：循环水系统、生活给排水系统、雨污水系统等。通信及监控系统：生产调度指挥(有线、无线两部分)、可燃气体泄漏检测、运行状态监控(可视远传电视监控)。增压站工艺流程由输气工艺、机组控制、辅助系统3部分构成。

    （1）输气工艺，除过滤净化、计量、增压、稳压等主工艺模块外，还包括旁通、安全放空、紧急截断等。

    （2）机组控制含有启动、超压保护、防喘振循环管路等。

    （3）辅助系统含有电力、润滑、冷却、自动控制等。

    图1是本案例活塞式压缩机增压站工艺流程。

    （1）主要参数：进气压力1．6MPa-2．5MPa；排气压力：3．15MPa；超压联锁设定值：3．5MPa；燃气轮机额定供气负荷：32 000m3/h -35 800m3/h(夏季和冬季的供气负荷)。

（2）机组选型：根据该工艺负荷状况和使用特性，本装置设计中选用了对置型活塞式压缩机，突出特点是惯性力平衡性好。且具有压力范围广、效率高、适应性强(排气量调整范围广)制造材料容易取得，相对廉价等优势，但其缺点是气流脉动，运转中有振动。

（3）机组流程设计：本设计中，在排气量调节上，本设计采用了旁路调节，在生产实践中存在如问题：调节滞后，容易造成机组的超压跳车。因为在此设计中选用了电动薄膜调节阀，而薄膜调节过程是通过设定进气压力的传感而改变调节阀阀杆行程控制回流气量，从而达到调节排气量目的。当用户负荷骤降时，排气压力急剧上升，回流气量不足，不能及时卸载，因而导致压缩机超压跳车。

（4）超压保护值庙宇偏低，与额定排气压力差值较小。以上设计中，压力差为0.35MPa ,当用户燃气轮机故障甩负荷停车或其他原因骤降负荷时,因为管存量的限制(汇管及输气管段总容积约为11m3),压缩机32000m3/h排气量,升压到连锁跳车时间为3.85s。

（5）旁路管径偏小，按用户100%甩负荷工况考虑，旁路管径设计应为D200。

（6）旁路返回气流对流量计严重影响。在以上设计中，流量计安装位置为进气管过滤器后，压缩机前，压缩机正常运转时，旁路返回气流对整个进气管路造成冲击，形成逆流程压差，根据涡轮流量计的机械计数原理，随着压缩机排气胲运，流量计计数增大（受脉动频率影响急聚上升，接近正常2倍流量），导致计量严重失准。

   针对如上问题，经过多方论证与研究，在现在工艺设备状况的基础上做如下改进和完善。

（1）                  重新选取流量计位置。根据流量计计量原理和现场实际，将计量交接点由分离散器后、压缩机前，改为调压撬出口，截断阀前，以保证计量工况的稳定。这样虽然仍存在电厂燃机负荷全甩时的瞬间计量误差，但这种误差仅在电动阀关闭时间段内存在，约为8s~10s,可以忽略。

（2）                  提高压缩机超压保护压力限定值，经制造厂设计核算分析，将超限值设定为3.7MPa,使之与额定压力差值变为0.55MPa。

（3）                  增加辅助旁路设计。在现有电动溥膜阀位置增设一路并联电动调节旁路，以增加旁路回流量，保证排气压力骤升时的及时卸压。另外，为防止超压跳车，还可选择对电机采取变频的技术手段处理，此方案因投资问题，本期改良中未予采纳。

 

（4）                  重新选取排气压力测定点。原设计排气压力测定点位于压缩机组过滤器出口，本期改良将其置于调压撬入口，以及时检测用户端管段压力值。

以上改进既能满足机组生产运行需要，也彻底解决了生产计量问题，在运行管理中，大大提高了装置的技术保障能力和其工艺设置的完整、完备性。

  电厂增压站设计，计量是关键，涉及贸易计量的准确与公正，也体现商业运行的科学性与合理性。压缩机组流量调节，在电厂增压站的重要性非同小可，它将直接影响企业（供气方和用气方）的商业运行能力和保障能力，不仅存在技术问题，更重要的是生产经营的商业信誉和社会影响问题。这一点，对于供应城市调峰电厂的燃气供应企业意义重大。