天然气清洁品质对燃气发电机组的影响分析

       摘　要：作为燃气发电机组的燃料来源，天然气的清洁品质对燃气发电机组安全运行起着重要作用，针对这一问题，以浙江省某天然气热电厂为例，介绍了电厂的天然气净化流程，并就天然气杂质对燃气机组造成事故停机进行了分析，提出了为保证燃机安全运行，应建立和天然气供应商的检修联动机制以掌握管线的检修计划、避免在天然气管网清扫中投运燃气机组并及时安装临时滤网、应定期更换天然气滤网等具体处理方案，

       关键词：天然气杂质　燃气发电机组　天然气滤网  喷嘴滤网过滤

0　引言

       由于燃气轮机工业的迅速发展，我国天然气发电得到了空前的发展，在南部沿海城市燃机电站建设尤为突出。燃气轮机对天然气的品质要求较高，为防止燃烧器喷嘴受到腐蚀、结垢和堵塞，天然气不能含有较大的固体颗粒或异物。进入燃烧系统的天然气所含固体颗粒含量应在30ppmwt以下，固体颗粒粒径不能超过5mm。因此，在进入燃机之前，天然气必须经精密过滤器除去杂质，以保证燃机运行安全[1]。

1　天然气杂质的来源

       天然气中的杂质来源可分为两种，一种是天然气开采处理后仍遗留的杂质，另一种是后期储存或输送过程中新生成的杂质。天然气按来源一般分为油田气、气田气、煤层气等，在开采过程中必然会含有少量的固体颗粒杂质，杂质按矿藏区域不同而略有不同，固体颗粒一般由沙粒、铁锈、煤层气所含的固态焦油、硅石(SiO2)以及天然气生成过程中伴生出的粗苯类微小固态化合物等组成。

在管道输送过程中，微小的天然气杂质会逐渐聚集，并会在天然气升压中被动加热，甲烷、乙烷等天然气在高温作用下极小部分会发生裂解，并会在一定条件下转变为固态聚合物，成为天然气中的固态杂质[2]。

2　燃气电厂天然气净化流程及事故分析

2．1　净化流程

       浙江省某天然气热电厂建设两台三菱M7014型天然气发电机组，联合循环容量为452 MW，单台机组每小时耗气约8×104m3。为满足燃机运行需要，天然气电厂系统一般设置了天然气净化及调压场站。图1为浙江省某热电厂天然气净化系统，天然气净化系统设置旋风分离器、精过滤器、调压阀及增压机等设备。旋风分离器利用惯性原理去除天然气中粒径较大的杂质，精过滤器采用精密的滤芯，过滤精度达到5mm以上，用于去除天然气中的微小颗粒[3]。

       在经过调压站过滤系统以后，经天然气增压和调压装置调整到燃机所需的压力，送入燃机前置系统的加热器进行加热，加热后温度达到燃机所需的200℃，经加热后的天然气经终端过滤器送入燃机燃烧器。为保证燃机运行安全，在进入燃机燃烧器之前还设置了临时滤网和燃烧器喷嘴滤网进行再次过滤[4]。

2．2　电厂运行事故分析

       该天然气热电厂处于浙江省天然气管网的下游，天然气输送管道较长，天然气杂质含量要高于其他电厂。天然气公司在2013年对管道进行定期清理维护时，大量杂质在清理中进入该电厂天然气系统，造成天然气过滤系统堵塞，引起燃机燃烧系统燃烧不稳定，燃机轮间温度(BPT)超标，最终导致了燃机被迫停运的事故。

在出现停机事故后该热电厂对天然气各滤网进行了检查，从调压站滤网清理出的杂质为灰色粉末状颗粒。但从喷嘴滤网和临时滤网清理出的却是类似沥青的黑色黏稠物，黏稠物覆盖大部分滤网表面，造成临时滤网压差急剧升高，短时间达到报警值。经对以上污物进行检测，大部分为碳氢化合物，经分析应为管道存留的烃类聚合物杂质经天然气加热器加热后生成，并最终附着在临时滤网表面。由于该物质黏稠极易堵塞滤网，严重影响燃烧器喷嘴的安全运行。燃机在喷嘴滤网堵塞后由于供气不均，会导致燃机燃烧不稳定或出现振荡燃烧，严重时会烧损喷嘴。

在管道运输中，细小的同体颗粒杂质会在管壁附着，并逐渐积聚。在天然气管道正常运行中，并不会对天然气的清洁度造成影响。但当天然气管道进行定期清理时，管壁占附着的细小颗粒从管壁脱落，随清扫装置混入输送的天然气中。当被污染的天然气进入天然气调压站后，较大的颗粒被精密过滤器拦截，会在短时间内对过滤器造成堵塞。

通过精密过滤器的粒径更小的颗粒杂质进入天然气加热器，在这里天然气将被加热到200℃。天然气中的部分烃类被加热融化，极具黏稠性，在经过终端过滤器和临时过滤器时，一部分细小颗粒在滤网表面粘结，堵塞天然气滤网，导致天然气临时滤网压差增大。通过临时过滤器的黏性颗粒在燃机燃烧器喷嘴滤网聚集，堵塞部分喷嘴滤网，造成燃烧器燃烧不稳定，BPT超标，导致燃机被迫降负荷甚至停运。

3　应采取的防范措施

       作为天然气发电企业，首先要掌握天然气管线的检修维护计划，建立和天然气供应商的检修联动机制，在天然气管线清理吹扫时应停止机组运行，进行相应的设备维护T作。在无法避免时应提前装上天然气临时滤网，对天然气进行过滤，并根据临时滤网压差情况定期对滤网进行清理，保证燃机燃烧器的运行安全。由于新敷设管道和新的气源存在污染天然气的可能，在天然气管网扩建或有新的气源加入管网时，天然气电厂应及时装设临时滤网对天然气来气进行过滤[5]。

天然气过滤器的优良过滤性能也是保证燃机安全运行的重要条件。天然气精密过滤器一般由人工材料制作，滤材大多进口，经验表明，天然气滤网并不能全部过滤天然气杂质，并随着使用时间的延长，天然气滤网过滤性能也会逐渐变差，应定期进行更换。在经历了天然气过滤系统被污染事故后，燃气电厂充分考虑了天然气管线存在的不定因素和燃机运行安全因素，未在机组调试后拆除临时滤网，目前两台燃气机组运行正常平稳。

4　结束语

       为保证燃气机组的安全稳定运行，燃气电厂应掌握天然气公司管网的运行状况，在与天然气公司进行协商中充分考虑天然气公司管线维护周期，双方共同制定天然气管网维护计划。避免在天然气管网清扫中投运燃气机组，及时装设临时滤网，以免造成大量同态杂质聚集堵塞燃机临时滤网或喷嘴，造成机组非计划停运。

参考文献

[1]杨勇，艾松，贾文．燃气轮机燃烧室燃烧稳定性分析[J]．东方电气评论，2012(1)：25-29．

[2]宓亢琪．天然气长输管道中水化物牛成的分析与控制[J]．煤气与热力，2002(5)：396-399．

[3]李吕忠，拿锐，陈良．天然气过滤器的净化效果分析和改进措施[J]．城市燃气，2009(9)：8-10．

[4]焦树建．燃气轮机与燃气—蒸汽联合循环装置[M]．北京：中国电力出版社，2007．

[5]张林，张波，马永明．天然气管道冲蚀能量规律分析[J]．天然气技术与经济，2013，7(3)：37-39．

本文作者：刘建生

作者单位：大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司