1、燃气-蒸汽联合循环机组天然气处理系统及布置介绍,机务设计部 杜国琴,2012年08月,主要内容,一、概述二、燃气轮机对气体燃料的要求三、典型燃气轮发电机组入口参数四、天然气调压站系统典型配置五、天然气调压站遵循规程六、天然气调压站实例,随着西气东输和我国能源结构的调整，我国燃气轮机发电厂的发展遇到了前所未有的机遇，以洁净能源天然气、煤层气等为燃料的燃机发电厂越来越多。由于各燃机电厂所处输气管网的位置、上游来气条件、燃机制造商和型号的不同，各燃机电厂的天然气处理系统的设计和配置也不尽相同，但是无论何种配置，均应能保证在燃机各种运行工况下，使天然气按所要求的压力和流量，连续输入下游的燃机机组供其燃
2、烧。,一 、概述,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。其主要作用如下：(1)降压、稳压、加热，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；并保证燃机入口燃料过热度需求。(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。,一 、概述,根据天然气处理系统一般分为天然气调压站和天然气增压站。（1）天然气调压站，适用于上游来气压力高于燃气轮机需求压力，且有足够压差的情况；（2）天然气增压站，适用于天
3、然气上游来气压力低于燃气轮机需求的压力或虽然上游来气压力高于燃气轮机的需求压力，但是二者之间没有足够压差的情况。,一 、概述,由于天然气气源产地的不同，天然气的特性与品质差异很大。为了使燃气轮机在各种工况下均能连续有效无故障的运行，天然气的物理性能、组分和杂质的允许范围必须满足燃气轮机的要求。各个燃机制造商均在气体燃料规范中天然气的压力、温度、热值、华白数(热负荷指数)、成分限度、杂质限度范围均作了严格规定。,二 、燃气轮机对气体燃料的要求,燃气轮机对天然气的要求主要有以下几方面： (1)应控制天然气的压力波动一定范围内； (2)应控制天然气的温度，以满足过热要求。 (4)应保证天然气的热值，
4、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。(3)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；,二 、燃气轮机对气体燃料的要求,21 天然气供应压力及压力波动天然气的供应压力由燃气轮机的型号、压气机的压比、燃烧系统的设计以及机组的特定现场条件密切相关，各燃气轮机制造商对天然气运行压力、压力变化范围、压力变化率等作了具体规定。,二 、燃气轮机对气体燃料的要求,22 天然气过热度气体燃料的温度与其碳氢化合物露点和湿气露点之间的温度差（取其较大值）被称为燃料过热度。各燃机制造商在气体燃料规范中均规定了气
5、体燃料的过热度，且要求气体中不能含有任何液滴。,二 、燃气轮机对气体燃料的要求,22 天然气过热度气体燃料的温度与其碳氢化合物露点和湿气露点之间的温度差（取其较大值）被称为燃料过热度。各燃机制造商在气体燃料规范中均规定了气体燃料的过热度，且要求气体中不能含有任何液滴。,二 、燃气轮机对气体燃料的要求,22 天然气过热度天然气要求的最低温度为Th和Tm中的较大值，其计算公式如下：Th=Tsh+Tdh( dh为烃的露点温度)Tm=Tsm+Tdm (dm为水汽的露点温度)Tsh=2.33(Pgas/100)2一2.8 Pgas/100Tsm=5.15l5(Pgas/100)一7其中：Tsh为高出碳氢
6、化合物露点的温度(oF)；Pgas为燃机燃料控制系统前天然气的压力(psia)；Tsm为高出水汽露点的温度(oF)。,二 、燃气轮机对气体燃料的要求,23 热值和Wobbe指数燃机可使用热值变化范围很大的气体燃料，但是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。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。在燃机电厂，天然气热值一般通过气体组分分析计算得到。修正的指数与热值变化有以下关系：一般燃机允许的Wobbe指数的变化范围是士5 10%。正常运行时,Wobbe指数变化率0.3%/s,二 、燃气轮机对气体燃料的要求,24 杂质天然气气源产地的不同和输送方法的
7、差异导致天然气的杂质(微粒、液体等)均不同。控制天然气中的杂质含量，可避免高温燃气通道结垢和过度腐蚀以及燃料喷嘴的阻塞。所以各燃机制造厂均在燃气轮机使用的气体燃料规范中对燃料的杂质含量进行了详细的要求。这些杂质需在天然气处理系统中清除干净，使之满足燃料规范的相关要求。,二 、燃气轮机对气体燃料的要求,二 、典型燃气轮发电机组入口参数,二 、典型燃气轮发电机组入口参数,二 、典型燃气轮发电机组入口参数,二 、典型燃气轮发电机组入口参数,三 、典型燃气轮发电机组入口参数,天然气调压站设计内容包括自天然气进入厂界交界点以后，经过天然气系统调压站过滤、计量、加热、调压等相应处理，达到燃机对天然气品质的
8、要求后，送至燃机前置模块的相应工艺流程。天然气调压站与供气气源的设计分界点通常位于电厂围墙外1米；与燃气轮发电机组供应商之间的分界点通常位于燃气轮发电机组前置模块的入口。,四 、天然气调压站功能及典型配置,天然气调压站一般按照各装置功能的不同分为若干功能撬。典型的天然气调压站包括：入口紧急切断撬、粗分离撬、计量撬、过滤器撬、加热撬、调压撬、凝析液收集装置、放散装置及控制系统等。,四 、天然气调压站功能及典型配置,天然气调压站的主要配置及功能如下: 入口紧急切断撬：实现与上游管道的电绝缘和火灾、严重泄露等紧急事故时候的紧急切断； 粗分离撬：实现进厂天然气的粗分离，保护后续设备的运行安全； 计量撬
9、：实现流量计量，监控全厂的天然气消耗量； 过滤器撬：实现天然气的精过滤，使之满足下游用户的需求；,四 、天然气调压站功能及典型配置, 加热撬：给天然气加热，使之满足下游用户的要求； 调压撬：将天然气由较高压力减压至燃气轮机需求的压力，并满足燃气轮机对压力波动的要求； 凝析液收集装置和放散装置：满足调压站安全排放和环保的要求； 控制系统:对调压站各功能模块进行监控。,四 、天然气调压站功能及典型配置,入口紧急切断撬：入口紧急切断撬主要设备包括紧急切断阀（ESD）和绝缘接头,四 、天然气调压站功能及典型配置,粗分离撬：粗分离撬一般配置一台旋风分离器或其他型式的分离器，并配有球阀旁路。,四 、天然气
10、调压站功能及典型配置,计量撬计量撬一般配置在粗分离撬后，用于与天然气管网公司的贸易结算校对和色谱分析。计量撬的流量计一般选用贸易级别的超声波流量计或涡轮流量计。计量撬一般按照下述三种型式设计：一路流量计并配置球阀旁路；双路流量计（一用一备用）并配有互校球阀旁路；双路流量计（一用一备用）并配有互校球阀旁路，同时配有在线标定接口。,四 、天然气调压站功能及典型配置,四 、天然气调压站功能及典型配置,超声波流量计,涡轮流量计,四 、天然气调压站功能及典型配置,超压紧急关断阀,流量计算机,四 、天然气调压站功能及典型配置,气相色谱分析仪,过滤器撬过滤器的工作原理是根据筛除效应、深层效应和静电效应来清除
11、天然气中的杂质。过滤器一般分为两段式设计，第一段为分离段，采用挡板分离或旋风分离的型式来分离固体颗粒和液滴；第二段为过滤段，采用滤芯对天然气进行过滤，经过滤芯过滤的清洁天然气经出口引出。,四 、天然气调压站功能及典型配置,四 、天然气调压站功能及典型配置,过滤分离器,四 、天然气调压站功能及典型配置,四 、天然气调压站功能及典型配置,加热撬当天然气的来气温度较低而不满足燃机要求的时候，就需要对天然气进行加热来提高天然气的温度。加热天然气通常有以下几种方式：（1）水浴炉（2）管壳式换热器,四 、天然气调压站功能及典型配置,四 、天然气调压站功能及典型配置,四 、天然气调压站功能及典型配置,（3）
12、复热式加热器,四 、天然气调压站功能及典型配置,（3）电加热器,四 、天然气调压站功能及典型配置,调压撬调压撬是调压站的主要压力控制装置，分为单元制配置与母管制配置。调压支路的主要设备包括安全切断阀（SSV）、监控调压器（MPCV）和工作调压器（WPCV）。,四 、天然气调压站功能及典型配置,工作/监控调压器,四 、天然气调压站功能及典型配置,调压撬,辅助系统1）集中放散装置：集中放散装置主要包括各个撬块的安全放散阀及放散管道、集中放散塔等。,四 、天然气调压站功能及典型配置,2) 凝析液收集装置：凝析液收集装置主要包括粗分离器和过滤器的排污装置、排污管道和凝析液收集罐。,四 、天然气调压站功
13、能及典型配置,2) 氮气系统：调压站配备完善的氮气和置换系统,在旋风分离器、过滤器、换热器、每条调压管路、每条母管线等需设置足够的隔断球阀和快速充氮接头的氮气置换接口。,四 、天然气调压站典型配置,集中控制装置：每一座调压站均配置了集中控制装置，集中控制装置布置在安全区域内的集中控制室内，集中控制室内一般配置可编程控制器（PLC）、不间断电源（UPS）、流量计量柜、色谱柜、配电盘等，来实现对各个功能撬的监控。,四 、天然气调压站功能及典型配置,系统配置结论：1）调压站的布置需完全满足石油天然气工程设计防火规范的要求；2）天然气调压站的选用，只有在上游来气压力高于燃机需求压力，且有足够压差的情况
14、才能够选用；3）天然气调压站按功能不同分为若干撬，便于安装、维修与管理；4）粗分离撬的选配与否，需要根据实际情况选择；,四 、天然气调压站功能及典型配置,系统配置结论：5)入口紧急切断撬既要设置紧急切断阀，实现紧急切断功能，也要设置绝缘接头，实现与上游输气管线的电绝缘；6）调压站主管道的各功能撬块的进出口均采用球阀隔断。如果主隔断球阀尺寸大于4英寸，则需要考虑安装旁路平衡阀，用于平衡主路球阀前后的压力，便于主路隔断球阀的开启；,四 、天然气调压站功能及典型配置,系统配置结论：7) 调压撬宜选用互不干扰的单元制配置，且选用的调压器调压精度为1%。8）调压站主管道的各功能撬块的进出口均采用球阀隔断
15、。如果主隔断球阀尺寸大于4英寸，则需要考虑安装旁路平衡阀，用于平衡主路球阀前后的压力，便于主路隔断球阀的开启；,四 、天然气调压站功能及典型配置,系统配置结论：9）调压撬宜选用互不干扰的单元制配置，且选用的调压器调压精度为1%。10）调压站出口至燃机前置模块之间应有足够的管容。11）计量撬的配置应充分考虑在线维修与标定的功能；所选流量装置应满足贸易计量的要求；,四 、天然气调压站典型配置,系统配置结论：12）调压撬宜选用互不干扰的单元制配置，且选用的调压器调压精度为1%。13）在过滤器的设计中充分考虑过滤器各个部位的流速要求，避免发生二次夹带污染；过滤器宜选用立式过滤器；滤芯宜选用凝聚式滤芯；
16、14）加热撬的选配根据上游天然气来气温度和燃气轮机的需求决定；采用的加热方式应充分利用电厂的余热；,四 、天然气调压站典型配置,系统配置结论：15）噪音要求。要充分考虑场站周边环境对噪音的要求，如果噪音值不能满足要求，可以采用以下三种方式进行降噪：第一，加装内部消声器；第二，进行设备过管道保温；第三，建造隔音厂房或罩壳；第四，建造隔音墙；,四 、天然气调压站功能及典型配置,DL/T 5174-2003燃气-蒸汽联合循环电厂设计定DL/T 5204-2005火力发电厂油气管道设计规程ANSI/ASME B133.7 燃气轮机燃料JB/T5886-1991燃气轮机 气体燃料的使用导则EN 334进
17、口压力小于100 bar的燃气调压器（欧洲标准）DIN3380工作压力100 bar以下的燃气调压装置DIN3381工作压力100 bar以下的供气设备中的安全装置、安全关断装置和调压装置,五 、天然气调压站设计遵循规程,CEN/TC234/WG6174-2003燃气输配供给系统用燃气调压上技术要求EN 12186燃气供气系统输配用燃气减压站功能要求GB50251输气管道工程设计规范GB50028城镇燃气设计规范GB50183原油和天然气工程设计防火规范GB4208外壳防护等级的分类IEC529外壳防护等级（IP规程）,五 、天然气调压站设计遵循规程,IEC751 热电阻TSGR0004压力容
18、器安全技术监察规程GB150 钢制压力容器HG20592 钢制压力容器强度设计规定JB4730-94 压力容器无损检测ANSI B 16.5 管法兰和管件ANSI B 16.34 钢制法兰和对焊连接阀门 ANSI/ASME B 1.20.1 管螺纹通用要求 ANSI/ASME B 31.8 输气配气管线系统,五 、天然气调压站设计遵循规程,六 、天然气调压站实例,-53-,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,六 、天然气调压站实例,谢谢,-69-,
