江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司 尹凌霄 鄭平平江蘇國(guó)信協(xié)聯(lián)燃?xì)鉄犭娪邢薰?董 偉

天然氣調(diào)壓站調(diào)壓器失效實(shí)例分析

江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司 尹凌霄 鄭平平江蘇國(guó)信協(xié)聯(lián)燃?xì)鉄犭娪邢薰?董 偉

天然氣調(diào)壓站是連接上游來(lái)氣和用戶的中間樞紐，其調(diào)壓出口精度直接影響到燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電效率。如果站內(nèi)調(diào)壓器失效，不但燃?xì)鈺?huì)直接沖擊下游設(shè)備，更有甚者會(huì)導(dǎo)致燃機(jī)機(jī)組停運(yùn)。結(jié)合BAAI R100S系列燃?xì)庹{(diào)壓器操作維護(hù)手冊(cè)和國(guó)信協(xié)聯(lián)電廠調(diào)壓設(shè)備的檢修實(shí)例，闡述BAAI R100S系列調(diào)壓器工作原理，并對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行總結(jié)。

燃?xì)廨啓C(jī) 調(diào)壓器 指揮器

0 前言

天然氣調(diào)壓站是連接燃?xì)廨斔凸艿兰叭細(xì)庥脩舻闹修D(zhuǎn)站，其主要作用是過(guò)濾、加熱、調(diào)節(jié)上游來(lái)氣，并將經(jīng)過(guò)處理的天然氣送至用戶。調(diào)壓器是調(diào)壓站的主要設(shè)備之一，其主要作用是調(diào)節(jié)和穩(wěn)定燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)壓力，并且控制燃?xì)庀到y(tǒng)的燃?xì)饬髁浚Ｗo(hù)系統(tǒng)以免出口壓力過(guò)高或過(guò)低。

為滿足燃?xì)怆姀S燃機(jī)負(fù)荷多變的要求和維持其穩(wěn)定運(yùn)行，需要有一種能在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下都能保持出口壓力穩(wěn)定的天然氣調(diào)壓站。

本文以國(guó)信協(xié)聯(lián)燃?xì)鉄犭娪邢薰驹诮ǖ?×400 MW級(jí)燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)工程的天然氣調(diào)壓站為例，對(duì)調(diào)壓站系統(tǒng)流程、調(diào)壓器工作原理、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的故障及檢修進(jìn)行闡述，并總結(jié)故障發(fā)生原因及預(yù)防措施。相信對(duì)指導(dǎo)同類燃機(jī)工程調(diào)壓器安裝有一定的參考意義。

1 調(diào)壓站調(diào)壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介

國(guó)信協(xié)聯(lián)燃?xì)鉄犭娪邢薰驹诮?×400 MW9F級(jí)燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)工程，其天然氣調(diào)壓站內(nèi)主要設(shè)備由上海巴安水務(wù)股份有限公司提供。調(diào)壓系統(tǒng)設(shè)備引進(jìn)荷蘭GORTER公司R100S系列天然氣調(diào)壓器，該調(diào)壓系統(tǒng)非常適合要求調(diào)壓站的壓差非常小的工況，BAAI調(diào)壓器所需要的啟動(dòng)壓差僅0.05 MPa。同時(shí)保證很高的精度，能使調(diào)壓站內(nèi)壓力在限定的范圍內(nèi)保持平衡。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，天然氣由廠外管網(wǎng)進(jìn)入廠內(nèi)調(diào)壓站，依次經(jīng)過(guò)火警關(guān)斷閥、流量計(jì)、旋風(fēng)分離器、精過(guò)濾器、換熱器、超壓關(guān)斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器和工作調(diào)壓器。將天然氣壓力調(diào)至 3.1±0.1 MPa，最后經(jīng)地埋管道去9F燃機(jī)的前置模塊。

為提高調(diào)壓系統(tǒng)安全及可靠性，調(diào)壓模塊的設(shè)計(jì)一般采用由入口安全切斷閥和出口安全放散閥的雙重設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)調(diào)壓系統(tǒng)的過(guò)壓力保護(hù)，防止事故發(fā)生。

當(dāng)調(diào)壓器故障使得調(diào)壓器出口壓力升高至超壓關(guān)斷閥動(dòng)作值時(shí)，閥門動(dòng)作，隔離故障調(diào)壓管以保證輸出壓力正常。

當(dāng)壓力進(jìn)一步升高至設(shè)備能承受的最大壓力時(shí)，安全閥會(huì)動(dòng)作泄壓保護(hù)設(shè)備不受損害。

天然氣調(diào)壓站內(nèi)設(shè)有檢測(cè)探頭，用于監(jiān)測(cè)燃?xì)獾男孤┣闆r，當(dāng)泄漏超過(guò)設(shè)計(jì)定值，監(jiān)控室內(nèi)屏幕顯示報(bào)警，運(yùn)行人員確認(rèn)后可進(jìn)行遠(yuǎn)方或就地操作。

系統(tǒng)采用兩條相同的調(diào)壓管線并聯(lián)的設(shè)計(jì)旨在提高供氣可靠性。

2 調(diào)壓器工作原理

調(diào)壓器工作原理示意見(jiàn)圖1。

圖1 R100S+P095調(diào)壓系統(tǒng)原理示意

其工作原理如下：在出口壓力po保持穩(wěn)定的情況下，調(diào)壓器閥芯 10允許通過(guò)的流量和燃?xì)庀牧肯嗟龋饔迷谥髂て?上的力是平衡的，這個(gè)平衡雙方是作用在膜片上面的控制壓力和作用在下面的出口壓力加上彈簧9的作用力。如果在出口端更多的燃?xì)獗幌?，?huì)導(dǎo)致出口壓力下降，因?yàn)槌隹趬毫Ψ答伒街髡{(diào)壓器上，調(diào)壓器閥芯 10會(huì)進(jìn)一步打開(kāi)并允許更多燃?xì)馔ㄟ^(guò)，膜片向下運(yùn)動(dòng)會(huì)增大控制腔7的體積，進(jìn)一步向下壓縮彈簧9，因而在較低的出口壓力下達(dá)到新的平衡。指揮器 P095確保出口壓力被調(diào)到設(shè)定值。對(duì)于出口壓力po的減小，也會(huì)導(dǎo)致膜片3下降。因此，供氣閥4允許更多的燃?xì)馔ㄟ^(guò)內(nèi)部限流器，通過(guò)內(nèi)部限流器排放進(jìn)控制腔7。這導(dǎo)致控制腔7壓力升高，直到出口壓力po與調(diào)節(jié)螺釘1所設(shè)定的要求相等。在燃?xì)庀南陆禃r(shí)，系統(tǒng)的反應(yīng)與上述過(guò)程相反。

3 調(diào)壓站的工作流程

天然氣進(jìn)入廠內(nèi)后經(jīng)過(guò)天然氣調(diào)壓模塊后，壓力由5 MPa調(diào)至3.1±0.1 MPa。調(diào)壓模塊采用單元制設(shè)計(jì)，2×100%并聯(lián)配置，即一用一備調(diào)壓路，在主調(diào)壓路出現(xiàn)故障時(shí)，備用調(diào)壓路投入以確保供氣的連續(xù)性。

每條調(diào)壓路依次由入口隔離閥、超壓關(guān)斷閥、監(jiān)控調(diào)壓器、工作調(diào)壓器、出口隔離閥等組成。每條調(diào)壓路配有充氮接頭、安全放散閥、手動(dòng)放散閥、必要的壓力和溫度表等附屬設(shè)備。

正常工作狀態(tài)下，一條管路設(shè)備工作，另一條備用。工作和備用完全依靠調(diào)壓器和監(jiān)控器的設(shè)定壓力實(shí)現(xiàn)。一旦發(fā)生故障，監(jiān)控器或備用路自動(dòng)投入工作，配置見(jiàn)圖2。

圖2 天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)示意

圖中A為工作主路，B為備用路，兩條路調(diào)整設(shè)定點(diǎn)可以互相切換。

正常工作狀態(tài)下，工作調(diào)壓器A、監(jiān)控調(diào)壓器A工作，工作調(diào)壓器B關(guān)閉。

常見(jiàn)異常情況分析：

(1)當(dāng)工作調(diào)壓器A出現(xiàn)故障時(shí)，則閥全開(kāi)，其出口壓力上升，當(dāng)升至監(jiān)控調(diào)壓器A的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓器A開(kāi)始工作。

(2)當(dāng)監(jiān)控調(diào)壓器A也出現(xiàn)故障，則閥關(guān)閉，其出口壓力下降，當(dāng)降至工作調(diào)壓器B的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，工作調(diào)壓器B開(kāi)始工作，監(jiān)控調(diào)壓器B閥門打開(kāi)。

(3)當(dāng)監(jiān)控調(diào)壓器A不能關(guān)閉時(shí)，則其出口壓力會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)升至超壓關(guān)斷閥A的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，壓關(guān)斷閥A快速關(guān)閉，則工作路切斷，壓力下降，當(dāng)降至工作調(diào)壓器B的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，工作調(diào)壓器B投入工作，監(jiān)控調(diào)壓器B閥門打開(kāi)。

(4)當(dāng)作調(diào)壓器B也發(fā)生故障時(shí)，則閥全開(kāi)，其出口壓力上升，當(dāng)升至監(jiān)控調(diào)壓器B的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，監(jiān)控調(diào)壓器B投入工作。若監(jiān)控調(diào)壓器B再次故障，則閥關(guān)閉，系統(tǒng)停運(yùn)。如出現(xiàn)特殊情況,監(jiān)控調(diào)壓器B不能關(guān)閉，則其出口壓力上升，當(dāng)壓力升至超壓關(guān)斷閥B的設(shè)定點(diǎn)時(shí)，超壓關(guān)斷閥B啟動(dòng)關(guān)閉。

4 故障實(shí)例分析

4.1 問(wèn)題描述

9F燃機(jī)首次點(diǎn)火，燃機(jī)轉(zhuǎn)速升至2 400 r/min左右，系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作開(kāi)啟，燃機(jī)跳機(jī)。再次嘗試點(diǎn)火，同樣問(wèn)題發(fā)生致使再次跳機(jī)，經(jīng)檢查調(diào)壓站調(diào)壓器后壓力較低，主路、備用路均出現(xiàn)故障，致使系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作開(kāi)啟。

4.2 問(wèn)題排查

根據(jù)常見(jiàn)異常情況分析(4)，可知此時(shí)主路及備用路的監(jiān)控調(diào)壓器均已發(fā)生故障，致使系統(tǒng)停運(yùn)。由于使用的調(diào)壓器無(wú)閥位指示，所以無(wú)法直觀地了解調(diào)壓器閥位開(kāi)度。在檢修過(guò)程中，采用排除法，即通過(guò)分析羅列調(diào)壓器失效的主要因素，逐一進(jìn)行排查。

出口壓力較低的主要因素及排查結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 調(diào)壓器失效因素及排查結(jié)果

圖3 調(diào)壓器內(nèi)破損膜片

4.3 原因分析

天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)投運(yùn)前需進(jìn)行整體吹掃及氣密性試驗(yàn)，由圖2可以看出整體吹掃過(guò)程中精過(guò)濾器后至調(diào)壓系統(tǒng)前的管段是整體吹掃盲區(qū)。吹掃過(guò)程中，精過(guò)濾器前管段的顆粒在經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器分離后進(jìn)行了有效過(guò)濾，至精過(guò)濾器后，管段前的雜質(zhì)基本不會(huì)進(jìn)入其后的管道及設(shè)備，不會(huì)對(duì)其后管段及設(shè)備產(chǎn)生不良影響。調(diào)壓器后管段敞口，內(nèi)部雜質(zhì)可吹掃排空或人工清理。因而精過(guò)濾器前和調(diào)壓系統(tǒng)后的管路是可以吹掃清理干凈的，而精過(guò)濾器至調(diào)壓系統(tǒng)之間的管道由于在吹掃前調(diào)壓器內(nèi)濾網(wǎng)未拆除，濾網(wǎng)網(wǎng)目較小，就致使該管段內(nèi)顆粒雜質(zhì)容易在吹掃過(guò)程中造成堵塞，或者導(dǎo)致顆粒由信號(hào)管進(jìn)入指揮器及調(diào)壓器，在系統(tǒng)運(yùn)行后對(duì)設(shè)備造成損壞。此外，吹掃完畢后，調(diào)壓站管道及設(shè)備需進(jìn)行整體氣密性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為6.4 MPa，穩(wěn)壓10 min，無(wú)泄漏為合格。在氣密性試驗(yàn)過(guò)程中，因吹掃進(jìn)入調(diào)壓器腔體內(nèi)的尖銳顆粒很容易在高壓力下對(duì)膜片造成傷害，投運(yùn)后調(diào)壓器前正常壓力4.5 MPa，顆粒物同樣易對(duì)膜片造成損壞，膜片稍微出現(xiàn)劃痕，在高壓下就很容易出現(xiàn)大的裂痕。此外由于上述盲區(qū)部分的雜質(zhì)顆粒進(jìn)入調(diào)壓器內(nèi)，即使在運(yùn)行過(guò)程中未對(duì)膜片造成損壞，也極有可能在投運(yùn)后對(duì)調(diào)壓器造成機(jī)械磨損，長(zhǎng)此以往，會(huì)致使調(diào)壓器上下腔氣流相同，設(shè)備失效。

4.4 預(yù)防措施

(1)調(diào)壓站的管道及設(shè)備是在現(xiàn)場(chǎng)露天組裝，組裝過(guò)程中，應(yīng)注意成品保護(hù)。管路安裝一段清理一段，管口及時(shí)封閉，設(shè)備安裝完畢后宜用雨布進(jìn)行遮蔽。建議露天蓬搭建完畢后進(jìn)行設(shè)備及管道安裝。

(2)管道及設(shè)備安裝完成后的吹掃需分階段進(jìn)行，第一階段吹掃拆除調(diào)壓器，調(diào)壓器前管道敞口吹掃，確保精過(guò)濾器至調(diào)壓器段管路能夠被吹掃干凈。第二階段，拆除調(diào)壓器濾網(wǎng)，進(jìn)行調(diào)壓站整體吹掃，吹掃以無(wú)可見(jiàn)顆粒物為結(jié)束依據(jù)。第三階段裝入調(diào)壓器濾網(wǎng)進(jìn)行整體吹掃。

(3)信號(hào)管嚴(yán)禁焊接，以避免發(fā)生節(jié)流效應(yīng)，從而確保調(diào)壓器的精度及調(diào)壓速度。

(4)氣密試驗(yàn)結(jié)束后至投運(yùn)前進(jìn)行調(diào)壓器檢查，主要檢查調(diào)壓器內(nèi)膜片是否損壞，該類調(diào)壓器與信號(hào)管均為活接頭連接，可拆除接頭，從上腔沖入氮?dú)猓瑱z查下腔接口處是否有氣流，如無(wú)氣流，則設(shè)備完好。反之上下氣流相通，對(duì)于新設(shè)備重點(diǎn)考慮膜片是否損壞。

(5)過(guò)程巡檢，燃機(jī)停機(jī)后定期置換氮?dú)膺M(jìn)入，對(duì)調(diào)壓器進(jìn)行檢查，檢查方法同4。

(6)按照調(diào)壓器維護(hù)保養(yǎng)的要求，定期對(duì)調(diào)壓器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。定期清洗調(diào)壓器內(nèi)部零部件，并對(duì)保養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)的損壞或磨損超限零部件，及時(shí)進(jìn)行更換，確保調(diào)壓器處于正常的工作狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合 BAAI R100S系列燃?xì)庹{(diào)壓器操作維護(hù)手冊(cè)和國(guó)信協(xié)聯(lián)電廠實(shí)際情況，闡述其工作過(guò)程、原理和所遇故障診斷及處理，并對(duì)避免該類問(wèn)題的發(fā)生提出了預(yù)防措施。相信對(duì)同行是有益的參考。

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