李旭東 李柏成 仲亞山 周平 王若群 侯佳 安陽

國家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道塔里木輸油氣分公司

摘要：本文介紹了國家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道公司某站RB211型機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成，并對該系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了深入分析，提出一項(xiàng)高效的系統(tǒng)改進(jìn)方案。改造后過濾效果明顯改善，在保證機(jī)組運(yùn)行效率的同時取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；進(jìn)氣過濾系統(tǒng)；多級過濾；顆粒度；機(jī)組性能

在天然氣輸送站場，燃?xì)獍l(fā)生器是一種常用的設(shè)備，用于為離心式壓縮機(jī)提供動力。燃機(jī)工作中需要吸入大量空氣參與燃燒，在此過程中空氣中的各種污染物都有可能進(jìn)入燃機(jī)中，影響機(jī)組運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性和使用壽命。燃機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的主要工作目標(biāo)就是對空氣進(jìn)行有效清潔，從而滿足燃?xì)獾氖褂靡�求�?o:p>

1  RB211燃機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)存在問題分析

1.1  機(jī)組進(jìn)氣系統(tǒng)概況

國家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道公司某站的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)采用康斐爾公司單級自潔脈沖氣流反吹過濾器，過濾元件為剛性濾筒，圓筒式過濾器采用超細(xì)合成纖維配合植物纖維混合材料濾紙，具備防塵埃板結(jié)和抗?jié)裥阅埽�在干燥或潮濕環(huán)境下始終保持良好的性能，過濾效率達(dá)到EN779-2012 歐標(biāo)F9級，設(shè)計(jì)使用壽命16000小時。

康斐爾過濾系統(tǒng)為單級過濾，共有240根濾芯（分為2組，其中196根用于燃燒，44根用于箱體通風(fēng)）按15×16排列，水平安裝在水平隔板上，隔板將臟空氣與清潔空氣隔開。濾材表面進(jìn)行防水涂層處理，具備抗?jié)裥阅埽�并加工成百褶形狀，單根濾芯的額定流量≥1800 m³/h[1]。過濾下來的顆粒物附著在濾芯外表面，會引起過濾差壓升高，當(dāng)過濾差壓達(dá)到報(bào)警值時，脈沖反吹系統(tǒng)自動啟動。脈沖氣體為壓力在0.76 MPa～0.83 MPa的無油、無水壓縮空氣，在反吹電磁閥控制下以0.1 s的時間進(jìn)行脈沖，通過膜片閥從濾芯頂部將壓縮氣體噴出，形成一次瞬間沖擊，將濾芯從內(nèi)而外進(jìn)行清吹，進(jìn)而將濾芯吸附的顆粒物吹掉。當(dāng)過濾差壓回落達(dá)到某一設(shè)定值時，反吹自動停止[2]。

燃機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，進(jìn)氣損失常會對機(jī)組產(chǎn)生下列影響。

（1）影響燃機(jī)輸出功率和熱功率。燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)出現(xiàn)壓降過高時，要想實(shí)現(xiàn)出口壓力保持不變，壓氣機(jī)的比功需要持續(xù)增加，因此在需要消耗更多的透平出功來帶動壓氣機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致燃機(jī)的功率和效率呈現(xiàn)出下降趨勢。

（2）影響機(jī)組的使用效率。燃機(jī)在工作過程中，空氣中的灰塵或顆粒物會進(jìn)入到燃機(jī)內(nèi)部，這些雜質(zhì)會造成壓氣機(jī)葉片內(nèi)部發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，造成葉片形狀發(fā)生改變，從而導(dǎo)致壓氣機(jī)壓比下降，影響整個機(jī)組在工作過程中的輸出功率。另外，壓氣機(jī)葉片發(fā)生結(jié)垢后會造成葉片本身的固有頻率發(fā)生改變，導(dǎo)致機(jī)振頻率的工作效率降低，甚至可能導(dǎo)致葉片發(fā)生斷裂。因此在實(shí)際生產(chǎn)過程中必須重視葉片的結(jié)垢程度，需要及時清理掉燃?xì)廨啓C(jī)葉片上的結(jié)垢。然而，清洗次數(shù)過多會增加機(jī)組的運(yùn)行成本，同時會降低機(jī)組在工作過程中的使用效率。

（3）影響壓氣機(jī)喘振裕度。當(dāng)空氣中的污染物進(jìn)入到燃機(jī)內(nèi)部時，不僅會對壓氣機(jī)葉片造成嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，同時也會改變?nèi)~片表面的氣體功角，導(dǎo)致壓氣機(jī)的喘振裕度發(fā)生明顯改變，嚴(yán)重的情況下會影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

（4）影響燃機(jī)的級間密封。燃機(jī)壓氣機(jī)和渦輪級間的密封主要是依靠氣封進(jìn)行操作，由于氣封之間的密封間隙非常小，而且相對速度較快，如果空氣中的干凈程度不足，會導(dǎo)致密封墊發(fā)生磨損，直接影響到燃?xì)獾恼�體工作效率。

（5）造成高溫?zé)岵考�燒蝕。燃機(jī)的所有高溫?zé)岵考�大多�?shù)是依靠壓氣機(jī)壓縮之后的一部分冷空氣進(jìn)行冷卻，并且冷卻通道非常細(xì)長。如果冷卻空氣中的干凈程度不足，會導(dǎo)致冷卻孔道發(fā)生堵塞，造成高溫部件發(fā)生超溫狀態(tài)，影響部件的使用壽命。

1.2  燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)問題及原因分析

進(jìn)氣系統(tǒng)出現(xiàn)的問題主要包括：單級的自清式濾芯的初始效率比較低，從而導(dǎo)致使用初期會有大量的顆粒進(jìn)入燃機(jī)通流部件，造成部件沖擊受損[3]；頻繁的脈沖反吹，會造成濾材的內(nèi)部過濾結(jié)構(gòu)損壞。由于受沙塵、潮濕環(huán)境的影響，濾芯壽命縮短，導(dǎo)致濾芯失效，最終達(dá)不到預(yù)期的過濾等級，嚴(yán)重時造成燃機(jī)葉片受損；在線反吹清潔效果差，反吹系統(tǒng)無法有效清除粘性的細(xì)小顆粒，尤其到后期，反吹對恢復(fù)濾芯差壓基本沒有效果（圖 1）；同壓比下，燃?xì)廨啓C(jī)出力、效率和經(jīng)濟(jì)性能下降等。

圖 1 現(xiàn)場反吹效果

分析該站燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，主要是由以下三個方面的原因造成的。

（1）環(huán)境因素。該站位于沙漠邊緣，環(huán)境干旱，沙塵較多，容易造成濾芯污染。濾芯污染物主要為沙塵顆粒，空氣中的灰塵主要為5μm以上的微粒，這些大顆粒的灰塵容易聚集在濾芯表面，導(dǎo)致壓降增長過快，而反吹裝置無法完全清除濾芯內(nèi)部的污染物，影響濾芯的使用壽命。

（2）灰塵粒徑分布。根據(jù)對西部管道公司某站連續(xù)三個月平均天氣的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，約70%的時間處于沙塵天氣。空氣中的灰塵粒徑主要集中在5μm范圍內(nèi)，而F9級濾芯主要過濾0.1μm～3μm范圍內(nèi)的灰塵。因此，濾芯表面容易聚集大顆粒灰塵，從而影響濾芯的壽命。

（3）未設(shè)置分級過濾。該機(jī)型濾芯為F9級濾芯，這種濾芯過濾0.1μm～5μm的初始效率是較低的，但隨著使用時間的增加，容塵量的增加，過濾0.1μm～5μm的效率會逐步提高。由于該機(jī)型為單級過濾，F(xiàn)9級精濾直接用于過濾直徑0.1μm以上的大顆粒物，當(dāng)0.1μm～5μm段的效率還未提高到理想狀態(tài)時，5μm以上段灰塵已經(jīng)大量聚集在濾芯，而反吹系統(tǒng)又無法有效清除聚集的大顆粒灰塵，濾芯很快失效[3]。

2  進(jìn)氣過濾系統(tǒng)優(yōu)化改造及效果評估

2.1  進(jìn)氣過濾系統(tǒng)優(yōu)化改造

為了改善進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，提出以下改造方案：

優(yōu)化過濾模式為雙重過濾模式，包括初級預(yù)過濾和末級過濾（精過濾）兩個階段。初級預(yù)過濾作為整個過濾系統(tǒng)的預(yù)過濾，用于在精濾前過濾1μm～5μm的大顆粒灰塵；末級過濾是采用精濾，用于繼續(xù)吸附經(jīng)初級預(yù)過濾后剩余的小顆粒灰塵，進(jìn)一步提高進(jìn)入壓氣機(jī)的潔凈度[3]。

進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的管線較多，并且伴有高壓反吹管路平均布局于濾筒下方，高壓反吹管路與濾筒間存在一定空間，但是空間有限，故安裝粗濾可能存在困難。因此，綜合研究考慮，將整個過濾墻安裝于所有管路管線之下，安裝完成后會將所有的管路管線覆蓋住。因此，燃機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)初級預(yù)過濾選用過濾等級為G4級的板式過濾器，圍繞工字鋼鋪設(shè)初效過濾墻整體的滑軌導(dǎo)槽，采用鉚接或者螺栓連接內(nèi)設(shè)初效板式過濾器，以模塊形式設(shè)計(jì)，整個采用滑軌設(shè)計(jì)，從左至右進(jìn)行滑動鋪設(shè)，最終整個進(jìn)風(fēng)面完全被初效板式過濾棉覆蓋住（圖 2）。這樣可以提高系統(tǒng)的凈化效果，截留粒徑1μm～5μm的懸浮性顆粒。

圖2 進(jìn)氣過濾系統(tǒng)改造后

2.2  改造效果

燃機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)優(yōu)化改造后，過濾效率得到顯著提升。運(yùn)行一年以后，對壓氣機(jī)進(jìn)行孔探檢查，發(fā)現(xiàn)壓氣機(jī)葉片光亮如新、無大顆粒物撞擊痕跡。由此可見，燃機(jī)壓氣機(jī)能夠長時間保持清潔、高效的狀態(tài)運(yùn)行，成功規(guī)避了水洗過程中水洗液對壓氣機(jī)葉片造成的沖擊和溫度劇變引發(fā)的熱應(yīng)力問題，從而延長了燃機(jī)部件的使用壽命。

同時通過改造延長了濾芯使用壽命，從原來的24個月延長到48個月，這樣可以節(jié)約一個周期的濾芯費(fèi)用約25萬元。本次改造成本約為20萬元，而每個周期更換粗濾的費(fèi)用約為2萬元。一臺機(jī)組改造成本一個周期即可收回，且之后的每個周期可以節(jié)約23萬元。

3  結(jié)論

通過對該站RB211型燃機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)的改造，安裝初效過濾墻和優(yōu)化過濾模式，濾芯壽命延長，機(jī)組性能明顯改善，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。

然而，需要注意的是，本文僅針對該站RB211型燃機(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)進(jìn)行了分析和改造，具體的改造方案和經(jīng)濟(jì)效益可能因不同的系統(tǒng)和環(huán)境條件而有所差異。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，還需根據(jù)具體情況進(jìn)行評估和調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

[1]康斐爾過濾設(shè)備有限公司.燃?xì)廨啓C(jī)空氣進(jìn)氣過濾系統(tǒng)安裝、操作和維護(hù)手冊[R].上海：康斐爾過濾設(shè)備有限公司，2008.

[2]王樹國，孫劍，侯力，等.9E型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)改造[J].華電技術(shù)，2015，37(02)：30-33+77.

[3]馮湘斌.9F燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)進(jìn)氣過濾器改造[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2018，31(01)：60-65+72.

作者簡介：李旭東，1997年生，本科，助理工程師，主要從事輸氣站場設(shè)備管理工作。聯(lián)系方式：0996-8777444 ，lixd07@pipechina.com.cn。