天然气调压站调压器失效实例分析

江苏省宏源电力建设监理有限公司 尹凌霄 郑平平江苏国信协联燃气热电有限公司 董 伟

天然气调压站调压器失效实例分析

江苏省宏源电力建设监理有限公司 尹凌霄 郑平平江苏国信协联燃气热电有限公司 董 伟

天然气调压站是连接上游来气和用户的中间枢纽，其调压出口精度直接影响到燃气轮机发电效率。如果站内调压器失效，不但燃气会直接冲击下游设备，更有甚者会导致燃机机组停运。结合BAAI R100S系列燃气调压器操作维护手册和国信协联电厂调压设备的检修实例，阐述BAAI R100S系列调压器工作原理，并对运行中出现的故障进行总结。

燃气轮机 调压器 指挥器

0 前言

天然气调压站是连接燃气输送管道及燃气用户的中转站，其主要作用是过滤、加热、调节上游来气，并将经过处理的天然气送至用户。调压器是调压站的主要设备之一，其主要作用是调节和稳定燃气管网系统压力，并且控制燃气系统的燃气流量，保护系统以免出口压力过高或过低。

为满足燃气电厂燃机负荷多变的要求和维持其稳定运行，需要有一种能在静态和动态条件下都能保持出口压力稳定的天然气调压站。

本文以国信协联燃气热电有限公司在建的2×400 MW级燃机热电联产工程的天然气调压站为例，对调压站系统流程、调压器工作原理、现场运行的故障及检修进行阐述，并总结故障发生原因及预防措施。相信对指导同类燃机工程调压器安装有一定的参考意义。

1 调压站调压系统简介

国信协联燃气热电有限公司在建2×400 MW9F级燃机热电联产工程，其天然气调压站内主要设备由上海巴安水务股份有限公司提供。调压系统设备引进荷兰GORTER公司R100S系列天然气调压器，该调压系统非常适合要求调压站的压差非常小的工况，BAAI调压器所需要的启动压差仅0.05 MPa。同时保证很高的精度，能使调压站内压力在限定的范围内保持平衡。

根据设计方案，天然气由厂外管网进入厂内调压站，依次经过火警关断阀、流量计、旋风分离器、精过滤器、换热器、超压关断阀、监控调压器和工作调压器。将天然气压力调至 3.1±0.1 MPa，最后经地埋管道去9F燃机的前置模块。

为提高调压系统安全及可靠性，调压模块的设计一般采用由入口安全切断阀和出口安全放散阀的双重设计以实现调压系统的过压力保护，防止事故发生。

当调压器故障使得调压器出口压力升高至超压关断阀动作值时，阀门动作，隔离故障调压管以保证输出压力正常。

当压力进一步升高至设备能承受的最大压力时，安全阀会动作泄压保护设备不受损害。

天然气调压站内设有检测探头，用于监测燃气的泄漏情况，当泄漏超过设计定值，监控室内屏幕显示报警，运行人员确认后可进行远方或就地操作。

系统采用两条相同的调压管线并联的设计旨在提高供气可靠性。

2 调压器工作原理

调压器工作原理示意见图1。

图1 R100S+P095调压系统原理示意

其工作原理如下：在出口压力po保持稳定的情况下，调压器阀芯 10允许通过的流量和燃气消耗量相等，作用在主膜片8上的力是平衡的，这个平衡双方是作用在膜片上面的控制压力和作用在下面的出口压力加上弹簧9的作用力。如果在出口端更多的燃气被消耗，会导致出口压力下降，因为出口压力反馈到主调压器上，调压器阀芯 10会进一步打开并允许更多燃气通过，膜片向下运动会增大控制腔7的体积，进一步向下压缩弹簧9，因而在较低的出口压力下达到新的平衡。指挥器 P095确保出口压力被调到设定值。对于出口压力po的减小，也会导致膜片3下降。因此，供气阀4允许更多的燃气通过内部限流器，通过内部限流器排放进控制腔7。这导致控制腔7压力升高，直到出口压力po与调节螺钉1所设定的要求相等。在燃气消耗下降时，系统的反应与上述过程相反。

3 调压站的工作流程

天然气进入厂内后经过天然气调压模块后，压力由5 MPa调至3.1±0.1 MPa。调压模块采用单元制设计，2×100%并联配置，即一用一备调压路，在主调压路出现故障时，备用调压路投入以确保供气的连续性。

每条调压路依次由入口隔离阀、超压关断阀、监控调压器、工作调压器、出口隔离阀等组成。每条调压路配有充氮接头、安全放散阀、手动放散阀、必要的压力和温度表等附属设备。

正常工作状态下，一条管路设备工作，另一条备用。工作和备用完全依靠调压器和监控器的设定压力实现。一旦发生故障，监控器或备用路自动投入工作，配置见图2。

图2 天然气调压站系统示意

图中A为工作主路，B为备用路，两条路调整设定点可以互相切换。

正常工作状态下，工作调压器A、监控调压器A工作，工作调压器B关闭。

常见异常情况分析：

(1)当工作调压器A出现故障时，则阀全开，其出口压力上升，当升至监控调压器A的设定点时，监控调压器A开始工作。

(2)当监控调压器A也出现故障，则阀关闭，其出口压力下降，当降至工作调压器B的设定点时，工作调压器B开始工作，监控调压器B阀门打开。

(3)当监控调压器A不能关闭时，则其出口压力会继续上升，当升至超压关断阀A的设定点时，压关断阀A快速关闭，则工作路切断，压力下降，当降至工作调压器B的设定点时，工作调压器B投入工作，监控调压器B阀门打开。

(4)当作调压器B也发生故障时，则阀全开，其出口压力上升，当升至监控调压器B的设定点时，监控调压器B投入工作。若监控调压器B再次故障，则阀关闭，系统停运。如出现特殊情况,监控调压器B不能关闭，则其出口压力上升，当压力升至超压关断阀B的设定点时，超压关断阀B启动关闭。

4 故障实例分析

4.1 问题描述

9F燃机首次点火，燃机转速升至2 400 r/min左右，系统保护动作开启，燃机跳机。再次尝试点火，同样问题发生致使再次跳机，经检查调压站调压器后压力较低，主路、备用路均出现故障，致使系统保护动作开启。

4.2 问题排查

根据常见异常情况分析(4)，可知此时主路及备用路的监控调压器均已发生故障，致使系统停运。由于使用的调压器无阀位指示，所以无法直观地了解调压器阀位开度。在检修过程中，采用排除法，即通过分析罗列调压器失效的主要因素，逐一进行排查。

出口压力较低的主要因素及排查结果见表1。

表1 调压器失效因素及排查结果

图3 调压器内破损膜片

4.3 原因分析

天然气调压站系统投运前需进行整体吹扫及气密性试验，由图2可以看出整体吹扫过程中精过滤器后至调压系统前的管段是整体吹扫盲区。吹扫过程中，精过滤器前管段的颗粒在经过旋风分离器分离后进行了有效过滤，至精过滤器后，管段前的杂质基本不会进入其后的管道及设备，不会对其后管段及设备产生不良影响。调压器后管段敞口，内部杂质可吹扫排空或人工清理。因而精过滤器前和调压系统后的管路是可以吹扫清理干净的，而精过滤器至调压系统之间的管道由于在吹扫前调压器内滤网未拆除，滤网网目较小，就致使该管段内颗粒杂质容易在吹扫过程中造成堵塞，或者导致颗粒由信号管进入指挥器及调压器，在系统运行后对设备造成损坏。此外，吹扫完毕后，调压站管道及设备需进行整体气密性试验，试验压力为6.4 MPa，稳压10 min，无泄漏为合格。在气密性试验过程中，因吹扫进入调压器腔体内的尖锐颗粒很容易在高压力下对膜片造成伤害，投运后调压器前正常压力4.5 MPa，颗粒物同样易对膜片造成损坏，膜片稍微出现划痕，在高压下就很容易出现大的裂痕。此外由于上述盲区部分的杂质颗粒进入调压器内，即使在运行过程中未对膜片造成损坏，也极有可能在投运后对调压器造成机械磨损，长此以往，会致使调压器上下腔气流相同，设备失效。

4.4 预防措施

(1)调压站的管道及设备是在现场露天组装，组装过程中，应注意成品保护。管路安装一段清理一段，管口及时封闭，设备安装完毕后宜用雨布进行遮蔽。建议露天蓬搭建完毕后进行设备及管道安装。

(2)管道及设备安装完成后的吹扫需分阶段进行，第一阶段吹扫拆除调压器，调压器前管道敞口吹扫，确保精过滤器至调压器段管路能够被吹扫干净。第二阶段，拆除调压器滤网，进行调压站整体吹扫，吹扫以无可见颗粒物为结束依据。第三阶段装入调压器滤网进行整体吹扫。

(3)信号管严禁焊接，以避免发生节流效应，从而确保调压器的精度及调压速度。

(4)气密试验结束后至投运前进行调压器检查，主要检查调压器内膜片是否损坏，该类调压器与信号管均为活接头连接，可拆除接头，从上腔冲入氮气，检查下腔接口处是否有气流，如无气流，则设备完好。反之上下气流相通，对于新设备重点考虑膜片是否损坏。

(5)过程巡检，燃机停机后定期置换氮气进入，对调压器进行检查，检查方法同4。

(6)按照调压器维护保养的要求，定期对调压器进行维护保养。定期清洗调压器内部零部件，并对保养中发现的损坏或磨损超限零部件，及时进行更换，确保调压器处于正常的工作状态。

5 结语

本文结合 BAAI R100S系列燃气调压器操作维护手册和国信协联电厂实际情况，阐述其工作过程、原理和所遇故障诊断及处理，并对避免该类问题的发生提出了预防措施。相信对同行是有益的参考。

Analysis on Cases of Natural Gas Regulator Failure

Jiangsu Hongyuan Electric Power Construction Supervision Co., Ltd. Yin Lingxiao Zheng Pingping Jiangsu Guoxin Xielian Gas Thermal Power Co., Ltd Dong Wei

The natural gas pressure regulating station is a hub connecting upstream with users, and the accuracy of its outlet pressure affects the efficiency of gas turbine power generation directly. The regulator failure can damage the equipments downstream and even more can cause the gas turbine unit shutdown. Combined the maintenance guideline and cases, this paper elaborates working principles of BAAI R100S series regulators and summarize the problems in the operation as well.

gas turbine, regulator, pilot valve