南山热电厂天然气调压站设计要点探究

2019-05-22□谭淳

产业与科技论坛 2019年7期

□谭淳

一、概述

天然气发电几乎不排放SO2及烟尘，氮氧化物排放量仅为燃煤发电的1/10，这对于减少环境污染、改善大气环境具有十分重要的意义。

为强化清洁能源应用，改善大气环境，深圳市在“十一五”、“十二五”期间完成了全市所有燃油发电机的“油改气”工程。南山热电厂作为深圳市的骨干发电厂之一，于2006年引入深圳大鹏LNG接收站外输管网来气，改造建设了天然气调压站及其附属设施，成功实现“油改气”。目前南山热电厂建有3套9E机组(美国GE公司制造)，设计总装机容量3×180MW。

二、对燃料气的技术要求

为了使燃气轮机在各种工况下均能连续有效无故障地运行，天然气的物理性能、组分和杂质含量必须满足燃气轮机厂家的要求。GE公司在气体燃料规范《Specification for Fuel Gases for Combustion in Heavy-Duty Gas Turbines》中作出了详细规定，规范中的主要要求摘录如下所示。

(一)热值及华白数。天然气热值(低热值)要求为800～1,200Btu/scf，换算成SI制单位：29.81～47.71MJ/Nm3。主要的成分要求为甲烷。华白数要求为40～54，变化范围±5%。

(二)气质组分。如表1所示。

表1

(三)杂质。要求0.3μm直径以上的固体颗粒的质量分数<0.01%,0.3μm直径以上的液体质量分数<0.5%。

(四)压力。要求机组前进气压力为2.3MPa。压力变化范围≤1%,瞬时最大变化值≤1%/s。

(五)温度。要求燃气轮机进口温度高于供气压力下烃露点温度,且最高温度≤61℃。

(六)流量。根据业主提供的基础参数，要求单台9E机组设计流量为44,000Nm3/h。

三、调压站工艺设计

(一)进气管线和气源的确定。本工程气源来自深圳市天然气高压输配管网，该高压管网设计压力6.0MPa，运行压力2.8～4.0MPa。高压输配管网通过深圳市求雨岭天然气门站接收中石油“西气东输二线”来气，气质组分如表2所示。

表2

以上气质组分能够满足GE公司气体规范要求。

(二)贸易计量系统设计。天然气发电厂用气量大，为确保贸易结算的准确性和公平性，要求按照热值进行贸易交接结算。结合现场实际情况，本工程采用超声波体积计量+色谱在线分析组合，经过系统内置计算程序将体积流量数据和气体组分数据实时换算成热值数据。

(三)过滤系统设计。为满足气体中杂质组分的要求，采用两级梯次过滤。第一级过滤设备选用过滤分离器，能够除去气体中大颗粒杂质和液体。第二级过滤设备选用卧式精细过滤器，能够除去气体中其他小颗粒杂质。

(四)调压单元设计。为保证下游系统安全及正常运行，根据GB50251和EN12186等标准，本工程采用工作调压阀+监控调压阀+安全切断阀的配置方式。工作调压阀采用自力式调压阀，正常情况下处于工作状态；当工作调压阀出现故障，监控调压阀将自动取代工作调压阀进行调压；安全切断阀作为第二级安全设备，当下游压力值大于设定值时切断供气管路，以保证下游设施的安全。

(五)加热系统设计。天然气降压后，根据T～J效应，温度将随压力的降低而降低。根据工艺模拟计算，本工程调压后温度降低约3℃～9℃，调压后气体温度能够满足燃气轮机的进气温度要求。但是为防止调压后天然气管道外壁结露，采用管壳式换热器对天然气进行加热。管壳式换热器热媒为热电厂内余热锅炉来热水。

(六)配气管线布置。燃气轮机在正常启停、负荷变化、机组切换等工况时，由于调压阀反应动作滞后会造成燃气轮机前入口管线压力波动。本工程设置了DN400配气总管，长度约400m，水容积约50m3，工作状态下储存天然气约1,200Nm3。根据调压阀厂家提供的设计参数，调压阀反应时间为1s。经过计算，配气总管压力变动1%时储气或者供气12Nm3，能够平滑单台燃气轮机满负荷(对应最大耗气量12Nm3/s)启动、停机等极端工况造成的管线压力波动。

(七)工艺流程。本工程工艺设施按照3用1备设计，单列设施对应单套9E机组。单列设施均配置过滤、计量、调压等设施，单列设计流量为44,000Nm3/h。调压后出口管线采用总管+支管(机组前引出)供气。