天然气处理站配置探讨

贺叶楠

摘   要：天然气处理站是燃机电厂的重要组成部分，在保证系统安全前提下，采用合理的配置降低投资并提高机组运行的经济性。文章对此进行了阐述。

关键词：燃气轮机;天然气处理站;壓缩机

1    天然气处理站概述

燃机电厂天然气处理站是衔接燃气轮机前置处理模块和厂外天然气供应商接口的一个独立系统，天然气处理站应能在电厂各种运行工况下，将来自上游长输供气管道的天然气降压和增压，使天然气在所要求的压力和流量下连续稳定地输入下游燃气轮机天然气前置模块中。

天然气处理站应能有效地将所输送的天然气中的固体颗粒杂质及液滴清除出来，使之能满足燃气轮机正常燃烧时的清洁度要求。该系统还应能保护其下游配气管道及燃气轮机调节系统设备和燃烧器，即使在调压器发生故障的情况下，也不会使上游过高压力的天然气危害到处理下游的设备和管道。天然气处理站是燃气轮机联合循环电厂的重要组成部分之一，直接影响到燃气轮机联合循环机组的运行可靠性和经济性。本文根据已运行机组的实际情况及经验，对新建机组合理优化配置天然气调压站的系统设备进行了分析与探讨。

2    工艺流程

天然气处理站处理流程如下：上游来气→进站单元→计量单元→过滤单元→加热单元→压力调节单元→燃机前置模块。

3    系统配置

3.1  进站单元

进站单元设置气动火警关断阀，并配套单作用式气动执行机构，执行机构电磁阀采用双冗余配置，最大限度地保证气动执行机构正常工作，一旦断电或者其他意外情况发生时，执行机构可在3 s内迅速关闭火警关断阀，切断上游气源，从而保证下游设备安全。

3.2  计量单元

计量单元功能为计算实际消耗的天然气流量、组分和热值。流量计将实际测得的流量连同温度和压力信号传送给流量计算机，流量计算机据此以“N·m3/hr”为单位计算出实际消耗的天然气流量。色谱分析仪则是分析天然气组分和热值。流量计通常采用超声波流量计和涡流流量计两种，超声波流量计量精度比涡轮流量计精度高，因此通常全厂计量采用超声波流量计，启动锅炉采用涡轮流量计。

3.3  过滤单元

过滤单元主要目的是清除气体中夹带的固体颗粒及液滴，过滤器的内件可分旋风、丝网、vane及凝聚式滤芯等形式。

3.4  加热单元

天然气在降压后温度会相应降低，为了保证供气温度满足下游燃机用气温度要求需要对天然气进行加热。天然气的加热方式主要有管壳式换热器、水浴炉、电加热器。

（1）管壳式换热器采用直接加热方式，用热源直接加热天然气。管壳式换热器分为单管换热器和双管换热器，单管换热器造价低，但存在泄漏风险;双管换热器采用双层管壁，同时两端均有两个管板，这种双层管壁设计使得热源和天然气保持隔离，即使出现了渗漏，系统仍然可以继续工作，一直到下一个例行检修期，避免了因设备故障停机检修而造成的巨额经济损失。其缺点为造价昂贵，因此单管壳式换热器仍是燃机电厂主要加热装置。

（2）水浴炉加热器采用间接加热方式，其利用除盐水作为中间介质，燃烧器产生的热量加热炉体中的除盐水，除盐水再加热盘管中的天然气。水浴炉造价高、占地面积大，与周围设备的安全距离大，因此水浴炉通常在厂区不能提供热水和蒸汽气源情况下使用。

（3）电加热器利用电能直接加热天然气，加热方式简单，但电耗很高。因此电加热器通常用于天然气流量低、功率小或短时间使用工况。例如天然气处理站启动锅炉前加热可以配置电加热器。

3.5  压力调节单元

压力调节单元主要将上游天然气增压或降压来满足燃气轮机的进气要求，具体采用何种方式需要根据调压站进站压力和燃机进气压力来判断。需要降压的为调压单元，需要增压的为增压单元。

调压单元功能为将上游较高的天然气压力通过调压器降到下游燃气轮机需要的压力范围。每条调压路配置一台超压紧急切断阀、一台监控调压器及一台工作调压器。监控调压器的工作状态为全开，工作调压器调节压力;如果工作调压器失效，工作调压器全开，监控调压器调节压力;如果监控调压器失效，监控调压器全关。超压紧急切断阀在正常工作状态下为常开，一旦系统的压力达到设定值的上限或下限，其将自动切断供气管路。工作和备用调压支路上的调压器的设置值不同，可实现工作路和备用路的自动切换，保证下游燃机稳定运行。

天然气增压单元功能为将上游较低的天然气压力通过压缩机增到下游燃气轮机需要的压力范围。压缩机主要有离心压缩机、往复压缩机。离心压缩机是靠旋转的叶轮及使吸入的气体能量头提高，并通过扩压以达到提高气体压力的目的。离心压缩机的优点有结构紧凑、易损部件少、日常维护简单以及压缩过程不与润滑接触可做到绝对无油;缺点有不适合气量太小和压力太大的场合，转速高造成零部件制造、装配要求高。

往复式压缩机是依靠往复活动的活塞在气缸中运动，气缸容积周期性的变化来压缩气体，以达到提高气体的目的。往复压缩机的优点是适用压力范围广、压缩效率高;其缺点在于压缩过程中与润滑油接触，易损部件多，后期维修费用高。因此燃机电厂的增压站通常采用离心式压缩机。

4    结语

天然气处理站直接关系到燃气轮机是否安全、稳定运行。因此在天然气处理站的设计及选型时，首先要在保证机组安全、稳定运行的前提下，结合厂外燃料进气条件及下游燃气轮机的进气需求，尽量优化天然气处理站的配置，降低投资成本，提高机组运行的经济性。

[参考文献]

[1]吕小兰.燃机电厂天然气调压站配置探讨[J].燃气轮机技术，2007（3）：6-9.