并聯運行燃氣輪機發電機組供氣系統設計

摘要

摘要：結合工程實例，對并聯運行燃氣輪機發電機組燃氣供氣系統進行分析，針對原供氣方案的不足之處，提出了改進方案。關鍵詞：燃氣輪機發電機組；分布式能源系統；供氣系統Design of Gas

摘要：結合工程實例，對并聯運行燃氣輪機發電機組燃氣供氣系統進行分析，針對原供氣方案的不足之處，提出了改進方案。

關鍵詞：燃氣輪機發電機組；分布式能源系統；供氣系統

Design of Gas Supply System for Gas Turbine Generator Set in Parallel Operation

DOU Lianwang

Abstract：Combined with an engineering ease，the gas supply system for gas turbine generator set in parallel operation is analyzed.Aimed at the deficiency of the original gas supply scheme，the improvement scheme is proposed.

Key words：gas turbine generator set；distributed energy system；gas supply system

1 工程概況

本工程為某燃氣公司建設的一套小型燃氣輪機發電系統，由4臺燃氣輪機發電機組(以下簡稱燃機)組成，4臺燃機總發電功率為260kW。系統可根據用戶電力負荷變化，自動確定投運機組的數量。當負荷較大時，4臺燃機并聯運行，負荷降低時，系統可以自動減少運行機組，使系統的電力輸出與用戶電力特性相匹配。

單臺燃機的供氣要求見表1。

表1 燃機的供氣要求

燃氣種類	天然氣
進氣壓力/MPa	0.52～0.57
壓力波動/(MPa·s^-1)	0.0069
進氣流量/(m³·h^-1)	21.5
進氣溫度/℃	≥水露點+10
含油體積分數/10^-6	≤2
燃氣過濾效率	過濾10μm粒徑微粒的效率≥99.9%
啟動時耗氣量	正常耗氣量的2倍

燃氣公司中壓燃氣管道壓力為0.15MPa，無法滿足燃機的進氣要求，需要對燃氣進行增壓處理。

針對本工程中燃機對燃料的要求，筆者參考相關資料^[1～3]，設計了一套燃機供氣系統。在實際運行時，該供氣系統存在某些不足之處，通過對故障診斷，提出了改進供氣方案。

2 原供氣方案

為滿足燃機的進氣要求，需要對燃氣進行增壓。在壓縮機后設計了一臺精密過濾器，除去壓縮后氣體中攜帶的潤滑油液滴，為保證過濾器更換濾芯時不影響供氣，設置了過濾器旁通管路。為保證能向4臺壓縮機平穩供氣，同時考慮到機組啟動時耗氣量的急速增加，在4臺燃機前設置1臺不銹鋼燃氣儲氣罐，容積為2.5m³。在供氣系統中設置壓力表(PI)、壓力變送器(PT)、溫度計(TI)、溫度變送器(TT)、壓差變送器(PDT)，對燃氣供氣系統參數進行監測。各設備的技術參數見表2，燃機供氣系統工藝流程見圖1。

表2 各設備主要技術參數

螺桿	設計壓力/MPa	1.O
壓縮機	標況下最大排氣量/(m³·h^-1)	250
精密	過濾效率	過濾10μm粒徑的微粒效率≥99.9%
過濾器	設計壓力/MPa	1.0
過濾器	標況下最大流量/(m³·h^-1)	250
渦輪	設計壓力/MPa	1.0
流量計	標況下最大流量/(m³·h^-1)	250
不銹鋼	設計壓力/MPa	1.0
儲氣罐	容積/m³	2.5

系統運行時，壓縮機向儲氣罐充氣，然后通過儲氣罐分配給各臺燃機。通過對壓縮機進行編程，當壓縮機的出口壓力達到0.57MPa時，壓縮機自動停機，處于待機狀態；當出口壓力低于0.5MPa時，壓縮機自動啟動，給儲氣罐增壓。

在本工程試運行期間，出現以下情況：壓縮機頻繁啟動；燃機不斷報警提示燃氣供應壓力不足。經筆者仔細分析供氣系統方案，認為有以下幾種情況可能造成上述故障。

① 壓縮機設定的啟停范圍過窄

壓縮機設定的啟停壓力上下限之差過小(只有0.07MPa)，而排氣量很大，壓縮機啟動后幾分鐘即可使儲氣罐壓力達到設定壓力(0.57MPa)，而燃機在不斷耗氣，很快壓力降低至壓縮機的啟動設定下限，造成壓縮機的頻繁啟動。

向壓縮機提供商咨詢后得知，螺桿壓縮機的啟停設定壓力范圍至少要達到0.1MPa，為避免頻繁啟動造成壓縮機損壞，必須擴大壓縮機的啟停設定壓力范圍。在本項目中，無法再調整壓縮機排氣壓力上限，否則將超出燃機的進氣壓力范圍。雖然下限可以適當調整，將啟動壓力調整到0.47MPa以下，但此時燃機的發電效率將大幅降低。可見降低啟動壓力也不可取。

② 燃機前未設調壓裝置

燃機的進氣壓力范圍很窄，當多臺燃機同時運行時，燃機對管道的抽氣造成燃機前壓力波動太大，導致燃機進氣壓力波動超過允許的波動值，從而引起燃機報警。為消除該故障，必須采取措施穩定燃機前壓力。

3 改進方案

方案一：保持壓縮機的啟停設定壓力不變，增大儲氣罐的容積或者擴大燃機前燃氣總管管徑。一旦壓縮機出口壓力達到設定值停機后，儲氣罐及出口管道的壓力在0.52～0.57MPa范圍波動的時間足夠長，可以延長壓縮機的啟停間隔。同時，較大的儲氣罐或者大口徑燃氣管道也是一個穩定的壓力源，燃機前的進氣壓力波動會相應減小，從而可以有效解決原供氣系統的問題。

方案二：保持壓縮機啟動設定壓力不變，提高停機壓力設定點到0.6MPa，滿足壓縮機廠家對壓縮機啟停設定壓力范圍要求(壓力上下限帶寬≥0.1MPa)。然后在儲氣罐的出口增加一套燃氣調壓器系統，來自儲氣罐的較高壓力燃氣經調壓后，達到0.57MPa。為避免類似故障發生，對所選擇的調壓器調壓精度提出要求，使調壓后管道壓力波動范圍滿足燃機的進氣波動要求。改進方案的工藝流程見圖2。