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燃机电厂天然气调压站配置探讨
燃机电厂天然气调压站配置探讨
第20卷第3期
2007年9月
《燃气轮机技术》
GAS【瓜B]ETECHN0L0GY
V0l_2ONo.3
Sept,,2O07
燃机电厂天然气调压站配置探讨
吕小兰
（广东省电力设计研究院,广州510600）
摘要:
天然气用于燃气轮机发电在我国越来越多,但燃气轮机对天然气的压力,温度等都有一定的要求.天
然气调压站是天然气的主要处理系统,直接影响到燃气轮机的安全稳定运行.根据已投产燃气轮机的运行经
验,对天然气调压站的系统设备配置作了分析探讨,对设备提出了经济合理地配置的建议.
关键词:
燃气轮机;天然气;调压站;加热器;配置
中图分类号:
TM611.31文献标识码:
B文章编号:
1009—2889（200r7）o3一O006—04
近年来燃气轮机联合循环机组以其整体循环效
率高,造价低,污染小,占地少,建设周期短,运行灵
活,适合调峰等优点在我国得到迅速发展,特别是在
沿海珠三角以及长三角地区,许多大型燃气轮机联
合循环电厂已经建成投产,还有相当部分正在规划
和建设中.
天然气调压站是燃气轮机联合循环电厂的重要
组成部分之一,它是天然气的主要处理系统,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.根据已运行机组的实际情况及经验,新建机组
合理优化配置天然气调压站的系统设备,在保证系
统设备稳定和安全可靠运行的前提下,可以提高机
组运行的经济性,降低造价,减少能耗.本文根据已
运行燃气轮机的实际情况,对天然气调压站的系统
设备配置进行了分析探讨.
l燃气轮机对天然气的要求
天然气作为燃气轮机的气源,需要满足燃气轮
机运行的要求,燃气轮机对天然气的要求主要有以
下几方面:
（1）应控制天然气的温度,以满足过热要求,避
免结露,同时要满足燃气轮机天然气入口温度的要
求.根据文献[1],天然气要求的最低温度为和
中的较大值,其计算公式如下:
Th=T.h+d}l（dh为烃的露点温度）
T=+（为水汽的露点温度）
DD
T.h=2.33（）一2.8
D
sm=
5?
l5（）一7
式中:
为高出碳氢化合物露点的温度（oF）;
P脚为燃机燃料控制系统前天然气的压
力（psia）;
为高出水汽露点的温度（.F）.
（2）应控制天然气中的粉尘,杂质含量,否则会
引起颗粒阻塞燃料喷嘴;
（3）应控制天然气的压力波动,使其稳定燃烧;
（4）应保证天然气的热值,对于不同的燃料系
统,可使用的燃气热值取值范围是不同的.故对于
某一固定的燃料系统,为了保证稳定燃烧,热值的取
值只能在某一范围内.
2天然气调压站的作用
目前,国内燃气轮机电厂的天然气来源主要有
两种:
一种为液化天然气（LNG）,气源主要来自国
外;一种为国内气源,主要通过西气东输管线接入电
厂.
对于来自国外的LNG气源,液化天然气首先经
海上船运至LNG接收站,在接收站内经过气化,然
后通过天然气管道送到各个电厂.在每个电厂供气
收稿日期:
21307.05.08改稿日期:
21307—05—21
作者简介:
吕小兰（1975一）,毕业于浙江大学工程热物理专业,工学硕士,现就职于广东省电力设计研究院机务部,任热
能动力工程师,从事电力工程热机专业设计.
第3期燃机电厂天然气调压站配置探讨7
方均设置供气末站,将较高压力的天然气进行减压,
然后送人电厂设置的天然气调压站.对于国内的气
源,天然气从输气干线上接出的一条支线进入分输
站,在分输站进行调压后再送入电厂设置的天然气
调压站.
天然气调压站是燃气轮机电厂对天然气的主要
处理系统,其主要作用如下:
（1）降压,稳压,将上游供气末站提供的压力较
高的天然气降至下游燃气轮机所需要的压力和流
量,并达到稳定的状态;
（2）清除天然气中的杂质;
（3）保护下游管道和燃烧设备,在发生故障时不
会让上游高压的天然气危害到下游的设备及管道.
3天然气调压站优化配置探讨
天然气调压站一般包括天然气入口切断,过滤,
计量,加热,压力调节,天然气分配,放空,排污,安全
监测,电气,仪表控制,数据通信等装置.天然气调
压站通常配置的工艺单元示意图见图1:
图1调压站通常配置工艺单元示意图
3.1入口单元
人口单元主要包含绝缘接头和紧急切断阀.在
天然气调压站的人口处,首先接人绝缘接头,实现输
气管线与天然气调压站系统电绝缘.绝缘接头后装
设紧急切断阀（ESD）,ESD阀采用气动装置,驱动气
源可以采用仪用压缩空气,也可以采用天然气.
ESD阀通过电磁阀实现远程控制,在发生天然气泄
漏,电厂起火或其他紧急事件时迅速切断气源,保证
电厂的安全.
3.2计量单元
ESD阀后为计量单元,一般采用超声波流量计.
计量单元的作用是与上游供气商的天然气流量数据
进行准确性校对.流量计设有一个旁路,在流量计
进行标定时开启.
3.3粗分离单元
主要用于清除天然气中的大颗粒及游离液滴,
保护后续设备,并考虑在电厂初期运行阶段,受施工
等多种因素影响导致管道内部存留杂质等污物需要
清除.主要设备为旋风分离器,分离出来的污物沉
落到过滤器的底部,天然气从顶部引出.维修时可
采用球阀旁路短期供气.
调压站一般采用整体撬装式,站内设备及阀门
在现场一般都是采用法兰连接,在施工中不会有太
多污物.根据天然气的品质特性分析,若含杂质量
少,如液化天然气,调压站配置中可以不设置粗分离
单元.
3.4加热单元
天然气在降压时温度相应下降,为了保证供气
温度满足燃气轮机运行以及不腐蚀管道和设备的要
求,需要对天然气进行加热.天然气可以通过以下
三种方式加热:
（1）水浴炉加热器水浴炉是集热水锅炉和换
热器为一体的设备,由炉本体及燃烧器等组成.它
利用除盐水为中间热质传热,吸收火筒中燃烧天然
气产生的热量,传递给盘管内的天然气,达到加热天
然气的目的.不同型号的燃气轮机需要的天然气压
力一般在2.0～3.5MPa左右,而水浴炉燃烧器需要
的天然气压力一般在0.2MPa左右,因此还需要配
置一套天然气减压单元以满足水浴炉的需求.由于
天然气降压幅度大,当天然气温度过低时,无法达到
水浴炉燃烧的要求,还需要配置一台电加热器,使天
然气温度达到点燃水浴炉和稳定燃烧所需的温度.
水浴炉加热燃用天然气,运行成本高且系统复杂,投
资成本也高.目前广东有几个液化天然气电厂配置
了水浴炉加热器.
（2）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.启动锅炉用的天然气调压
站可以配置电加热器,只是短时间使用.由于天然
气调压站属于防爆区域,电加热器需要选用防爆型
的,造价也比较高.
（3）管壳式换热器以燃气轮机系统中产生的
过热水或蒸汽为热源,通过管壳式换热器对天然气
加热,这种换热方式运行可靠,系统配置简单,造价
低,运行经济.但对于距离主厂房区较远的天然气
调压站,就需要铺设较长的管道,需要综合考虑其可
靠性和经济性.
新建机组应考虑调压站人口天然气的实际特
性,在主机设备订货前合理设置天然气加热器的位
置和型式.不同的燃气轮机供应商,系统设备配置
及要求也不同.对于燃气轮机供应商不配供天然气
加热器的,要详细分析供气点的天然气参数.若调
压幅度较小,温降不大,离天然气结露点还远,就可
8燃气轮机技术第20卷
以不考虑在调压站区域设置加热器,选择在主厂房
区设置管式热水换热器.需要与余热锅炉及凝汽器
供货商配合进行热力平衡,从余热锅炉的省煤器抽
取热水加热天然气来满足燃气轮机的进气要求,换
热器的出水直接回到凝汽器.在机组刚启动时可以
配置一台电加热器加热天然气.这种设计配置可以
减少投资,减少运行成本,达到整个机组节能降耗的
目的.
广东某（LNG）燃气一蒸汽联合循环电厂采用
GE公司提供的PG9351FA型燃气轮机.此工程合
同里供气末站交付点天然气的压力为3.8～4.
4MPa,温度为一l9～38℃;燃气轮机的燃气模块人口
所需的压力为3.o4～3.45MPa,温度为185℃.GE
公司在主厂房区域配套提供了天然气前置模块,其
中设置有机组启动用电加热器以及机组正常运行用
性能加热器.性能加热器是热水管式换热器,热水
来自余热锅炉的中压省煤器.由于天然气调压站降
压幅度小,温降相应也小,此工程燃气轮机用的调压
站未设置任何型式的加热器.即使在冬季最寒冷的
天气,调压站人口的天然气温度在一5℃左右,远高
于合同里规定的供气点最低温度.调压站未设置加
热单元,系统和控制简单,占地少,既节省了投资,也
节省了运行费用.
3.5分离/过滤单元
该单元为精过滤单元,过滤器可根据实际情况
设置两用一备或一用一备.过滤装置的型式应能清
除天然气中的固体颗粒,灰尘和雾状液滴,以保证燃
机系统,管道系统及设备的正常运行.同时,过滤段
和分离段分别配置有连锁控制的自动排污阀和高低
液位开关,将沉积于过滤段底部及分离段底部的固
体颗粒及液滴等杂质自动经排污总管排人凝淅液收
集罐;为保证可靠排放,还配置有手动排污阀.每台
过滤装置的进出口均安装手动隔断球阀,两阀之间
设置放散点.燃气人口端手动隔断球阀设置有开启
缓注用的旁路,旁路含一个手动球阀,一个手动截止
阀.
在燃气轮机正常满负荷运行时,若上游供气出
现事故导致调压站人口单元的紧急切断阀（ESD阀）
突然关闭,燃气轮机要被迫停机.但燃气轮机从满
负荷到安全停机需要一定的时间,那么天然气管道
以及调压站系统需要存有足够的天然气来保证机组
安全停机.因此在考虑天然气管道能够储存天然气
量的前提下,过滤器储罐容量的设计要考虑到事故
时燃气轮机从满负荷到安全停机所需要的天然气
量,即过滤器也要作为事故时机组安全停机所需的
天然气储罐.
3.6调压单元
调压单元有多种配置方式,每台燃气轮机可以
配置一用一备的调压支路,或两台燃气轮机共配置
三路调压支路,两台机组共用一条备用支路的形式.
每条调压支路通常串连配置有进出口手动隔离球
阀,监控调压器,工作调压器,安全切断阀.正常工
况下,工作调压器调节天然气调压站出口压力,当工
作调压器故障时,监控调压器自动投入运行;如果监
控调压器也发生故障,监控调压器为事故常关配置,
该调压支路关闭;如果下游压力非正常继续上升至
放散阀设定压力,放散阀启动;如果压力继续上升达
到切断阀设定压力时,切断阀启动保证系统安全.
监控调压器与工作调压器之间配备了压力表,监视
工作调压器的工作状态,正常工况下,监控调压器全
开,工作调压器调节压力,此时压力表显示数值为上
游进口压力,如果工作调压器失效,监控调压器工
作,此时压力表显示压力下降,以便运行人员及时发
现工作调压器失效并及时维修.
调压阀的型式有自力式和浮动给定值式两种,
自力式调压阀的压力反馈信号是在调压阀出口,即
保证调压阀出口压力为定值;浮动给定值式是指压
力反馈信号来自燃机前,保证燃机前的压力是定值.
燃气轮机负荷不同时所需天然气压力也不同.
从调压阀出口到燃气模块人口,天然气经过管道,设
备的压降也随着天然气流量不同而变化.调压阀型
式的选择必须满足在机组任何负荷下,天然气供应
到燃机人口的压力必须满足燃气轮机的压力要求.
调压阀选型时,要根据不同的燃气轮机要求以及现
场布置条件,综合考虑选择调压阀的型式.如果燃
气轮机给定的人口天然气压力范围较大,可以配置
自力式调压阀,其初投资低些.如果电厂的调压站
距离主厂房区域远且天然气前置模块的压降大,自
力式调节阀在燃气轮机低负荷时不能满足燃气轮机
的进气压力要求,调压阀可以选择浮动给定值式,精
确地控制燃气轮机前的压力稳定,这种型式的调节
阀初投资略高些.
3.7其它
除上述单元之外,调压站还包括天然气的集中
放散单元以及天然气凝淅液收集单元等.天然气的
集中放散单元主要是排放设备和管道中渗漏和残留
第3期燃机电厂天然气调压站配置探讨9
的天然气,确保整个调压站系统的安全.天然气凝
淅液收集单元主要收集过滤器分离的凝淅液,凝淅
液中有碳氢化合物等,属于易燃易爆的物质,需要收
集在储罐中,定期进行安全处理.
4结论
在燃气轮机电厂中,天然气调压站系统是非常
重要的系统,它直接关系到机组的安全稳定运行.
调压站选型设计时,在保证机组安全,稳定运行的前
提下,结合燃料的实际特性,并与燃气轮机,余热锅
炉,凝汽器等供货商配合,优化调压站系统的配置,
降低投资,提高机组运行的经济性,达到最大程度的
节能降耗.
（1）调压站粗分离单元
根据天然气的品质特性分析,判断是否有必要
设置.
（2）调压站加热单元
a.当调压站距离主厂房区域很近时,加热器选
型建议不选择水浴炉,而是考虑热水管式加热器.
设计选型时与主设备厂家沟通配合,余热锅炉设计
考虑给加热器提供热水,凝汽器考虑设计接收加热
器的出水.
b.当调压站距离主厂房区域相对较远时,根据
调压站人口天然气的实际参数以及燃气轮机天然气
人口参数的要求判断,若降压幅度不大,天然气经降
压后温度不会达到结露的温度,天然气对调压站及
管道等不会造成腐蚀,建议在调压站区域不设置加
热器而是设置在主厂房区域.同样,加热器选用热
水管式加热器,以节约投资及运行费用,提高机组整
体循环效率.
（3）调压站分离/过滤单元
调压站分离/过滤罐的容量设计需要考虑事故
时燃气轮机从满负荷到安全停机所需要的天然气耗
量.
（4）调压站调压单元
调压支路的配置方式以及调压阀型式的选用,
具体根据主设备需求,机组可靠性要求以及现场布
置条件等综合考虑确定.
参考文献:
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轮机发电技术,20o4,6<2）.
[2]焦树建.燃气一蒸汽联合循环[M】.北京:
机械工业出版社,2O0O.
[3]黎国强,张洪波.液化天然气调压站优化设计思路[J].燃气轮机
发电技术,2OO6,8.
Discussionofconfigurationonnaturalgaspressurereducing
stationingasturbineplant
LtiXiao—lan
（GuangdongElectricPowerDesignInstitute,Guangzhou510600,China）
Abstract:
NaturalgasisusedongasturbineinmoreandmoreChinesepowerplants,andnaturalgasmustmeetthegasturbinerequirements,
suchaspressureandtemperature.Thepressurereducingstationisamainfuelgasconditioningsystem,thatimpactsgasturbine'Ssafeandsta-
bleoperationdirectly.Accordingtooperatingexperienceofsomegasturbinesunits,systemconfigurationonnaRll~tlgaspressurereducingstation
isanalyzedanddiscussedinthispaper,andsomeadviceisOvenonsystemeconoinicconfiguration.
Keywords:
gasturbine;naturalgas;pressurereducingstation;heater;configuration
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