摘要：天然气调压站系统是燃机电厂稳定运行的重要保障，能够持续提供稳定的符合燃气轮机流量、压力、温度要求的天然气。本文主要阐述了燃气发电厂天然气调压站系统的各重要配置模块、功能分析及优化建议，为今后调压站系统的配置与安全稳定运行提供了借鉴。
关键词：天然气调压站；配置及功能分析；优化建议
目前我国天然气管网已初步形成，气源种类较为丰富包括油田气，煤制气，进口气及LNG。由于1年中天然气管网压力周期性变化，因此在厂区内需设调压站，以确保天然气压力及温度满足燃气轮机的进气要求。
1.燃气轮机对燃料技术参数的要求
1.1成分
除去惰性气体的含量后，天然气成分中甲烷的含量控制在 80~98 mol.%范围内。甲烷成分会对燃烧器火焰位置和燃烧特性产生影响。天然气中惰性气体（氮气、二氧化碳）其含量不能超过 4 mol.%。当惰性气体含量超高的时候会产生燃烧压力波动，影响机组的安全稳定运行。
1.2发热量
通常情况下，一旦指定某种气体燃料，其GI（燃气指数）值变化不应该超过±5%，且变化速度不能超过5%每分钟。
1.3压力
要求在燃机正常启动、带负荷运行和甩负荷时，燃气压力波动范围应限制在±0.14Mpa，变化速度不超过0.08MPa/s。
1.4燃气中的可凝结液体
气体燃料输送到燃烧系统的喷嘴时不能含有液体状态的成分，这就要求达到最高饱和温度的气液混合燃料至少有11℃的过热度。天然气中液态碳氢化合物通常在分离器中分离或采用加热方式去除。
1.5燃气中固体颗粒
天然气中的固体颗粒很容易使燃气喷嘴受到侵蚀、结垢和堵塞。为此，我们应将燃烧系统中的固体颗粒限制在 30ppmwt 以下，直径最大为 5μm。
2.天然气调压站配置及功能分析
典型的天然气调压站包括：入口紧急切断模块、粗分离模块、计量模块、过滤器模块、加热模块、调压模块、凝析液收集装置、放散装置及控制系统等。天然气调压站的主要配置及分析如下：
2.1入口紧急切断模块
入口紧急切断模块主要设备包括绝缘接头和紧急切断阀。其中绝缘接头用于消除两个管段之间存在的电位差，防止发生电腐蚀；紧急切断阀一般选择失效关闭型执行机构驱动的球阀，紧急切断阀的关闭时间≤1秒，开启时间＜3秒。入口紧急切断模块主要实现与上游管道的电绝缘和火灾、严重泄露等紧急事故时候的紧急切断。
2.2计量模块
计量单元主要包括流量计、流量计算机和在线色谱分析仪三个部分。流量计是将实时的流量、实时的天然气温度和压力一起传送给流量计算机，然后计算出天然气的用量。因超声波及涡轮流量计只能对天然气的体积流量进行校核，要实现热值计量和准确的质量计量，还需要配置色谱仪等系统。计量模块主要是测量天然气流量并换算至标准状态，用于和上游流量计进行结算对比，同时可用于机组考核试验时参考天然气消耗量。
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2.3分离、过滤模块
过滤器的工作原理是根据筛除效应、深层效应和静电效应来清除天然气中的杂质。过滤器一般分为两段式设计，第一段为分离段，采用挡板分离和旋风分离的型式来分离固体颗粒和液滴；第二段为过滤段，采用滤芯对天然气进行过滤，经过滤芯过滤的清洁天然气经出口引出。分离、过滤模块能够完全滤除3µm以上的微粒，99.5%的滤掉0.5-3µm的微粒，保障燃气轮机机组的稳定运行。
2.4加热模块
当经过天然气调压站降压后的天然气温度低于其结露温度或天然气来气温度较低不能满足燃机进口温度时，为了避免调压站天然气管线特别是调压段天然气管线和调压设备出现霜冻、冰堵现象，就需要对天然气进行加热，通常天然气加热的方式是采用电加热器、水浴炉和管壳式换热器。
水浴炉是通过燃烧天然气加热炉套内的水，进而加热浸在水中套管内的天然气。主要优点是加热成本低、加热效率高，但设备占地面积较大，且因水浴炉安装在调压站区域运行时有明火，一旦天然气发生泄漏可能产生严重后果，存在一定的安全风险
管壳式换热器一般是利用厂内现有的蒸汽或热水通过换热器对天然气进行加热，其优点主要有占地面积小、安全性较高，但管壳换热器需有外界热源，且一旦管壳式换热器的换热管爆管产生的后果比较严重，国内某些电厂已开始选择双管式换热器。
目前一些电厂对加热器进行了技改，采用蒸汽加热水，进而用水去加热天然气。通过调节阀改变蒸汽的流量，控制被加热水的温度进而控制被加热天然气的出口温度。
2.5调压模块
调压模块是调压站的主要压力控制装置，每台燃气轮机配置一用一备的调压支路；每条调压支路通常串连配置有进出口手动隔离球阀、安全切断阀、监控调压器、工作调压器。正常工况下，工作调压器工作控制调压模块出口天然气压力；当工作调压器故障时，工作调压器为事故常开状态，此时监控调压器工作控制调压模块出口天然气压力。如果监控调压器也发生故障，监控调压器为事故常关状态，该调压支路自动关闭。当主调压支路关闭后，调压模块出口压力将逐步降低，备用支路的工作调压器自动投入工作，备用支路的工作模式同主路。
调压模块主要是将输气管道来的天然气降压并稳定在满足燃机正常工作的压力范围内，保障燃气轮机的正常稳定运行。
2.6凝析液收集模块
该模块主要包括排污管道、凝析液收集罐和烃泵，冷凝储罐的作用是收集储存系统中的凝液，其上部通过装设阻火器、安全放散阀与大气相通，底部装设排放阀，储罐的液位通过液位计进行监控。
2.7放散模块
集中放散装置主要包括各个模块的安全放散阀、手动放散阀、放散管道、集中放散塔等。集中放散装置为安全装置，保证燃料供给系统在天然气置换、系统故障超压及非故障条件下放散，保证调压站系统的稳定运行。
3.天然气调压站优化建议
3.1对于厂内走地下埋管的天然气管道，建议在管路连接及容易发生天然气泄漏处附近埋入集气管道并引出至地面。一旦此处发生泄漏，便可在集气管出口测得天然气浓度超标。集气管能够将泄漏处危险气体汇集在一起，提高了电厂日常生产安全管理，便于运行定期巡检。
3.2天然气调压站内的露点加热器建议采用管壳式换热器。管壳式换热器国内制造、应用技术已成熟，同时可以利用厂内的余热，提高机组运行经济性。采用管壳式换热器相比水浴炉，在运行过程中无明火，系统安全性更高。在无启动热源的现场，可考虑水浴炉（电加热）与管壳式换热器配合使用，已提高系统变工况运行的应对能力。
3.3天然气调压站管道内天然气的流速尽量控制在20m/s，过高的流速会增加压降和噪音。同时要考虑噪声的频率范围应偏离超声波流量计的工作频率。
参考文献：
[1]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．
论文作者:吕松松
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：天然气论文; 调压器论文; 模块论文; 管壳论文; 换热器论文; 燃气轮机论文; 压力论文; 《电力设备》2017年第14期论文;