【壓縮機(jī)網(wǎng)】摘要：西氣東輸二線X壓氣站是管網(wǎng)互聯(lián)互通的重要樞紐站場(chǎng)，在反輸保供初期發(fā)生了壓縮機(jī)入口過(guò)濾器壓差和干氣密封過(guò)濾器壓差迅速上升而造成機(jī)組停機(jī)的現(xiàn)象。為了保證其壓縮機(jī)組的正常運(yùn)行，緩解用氣緊張局面，通過(guò)對(duì)過(guò)濾器堵塞顆粒物和反輸氣質(zhì)來(lái)源進(jìn)行研究，結(jié)果表明省級(jí)管網(wǎng)管道內(nèi)的雜質(zhì)是造成X壓氣站壓縮機(jī)組停機(jī)的主要原因。在結(jié)合X壓氣站站內(nèi)流程及設(shè)備的基礎(chǔ)上，提出了提高過(guò)濾分離器濾芯更換頻次、放大壓縮機(jī)入口過(guò)濾器濾網(wǎng)精度、增加干氣密封氣源預(yù)處理系統(tǒng)等對(duì)策。采用上述對(duì)策，X壓氣站壓縮機(jī)順利啟動(dòng)，反輸期間未再發(fā)生停機(jī)現(xiàn)象。另外，通過(guò)研制新型過(guò)濾分離器濾芯和對(duì)省級(jí)管網(wǎng)進(jìn)行反輸流程改造從長(zhǎng)遠(yuǎn)看也是解決此類(lèi)問(wèn)題的有效方法。所形成的技術(shù)對(duì)策也給其他壓氣站在互聯(lián)互通輸氣過(guò)程中發(fā)生類(lèi)似情況提供了借鑒。

 

　　文/薛雨   

　　1 引言

　　天然氣管道互聯(lián)互通是實(shí)現(xiàn)“全國(guó)一張網(wǎng)”格局、加大管道輸送能力、最大限度的發(fā)揮天然氣調(diào)峰水平、保障民生用氣的基礎(chǔ)性工程。X壓氣站為西氣東輸二線干線的樞紐站場(chǎng)，配備有2臺(tái)18MW的全國(guó)產(chǎn)電驅(qū)壓縮機(jī)組。該壓氣站經(jīng)過(guò)互聯(lián)互通反輸流程改造后，冬季保供期間可接收下游省級(jí)管網(wǎng)來(lái)氣，向西二線干線供氣。當(dāng)輸氣量超過(guò)1200×104m3/d時(shí)，該站需啟動(dòng)壓縮機(jī)組進(jìn)行增壓輸送，機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行對(duì)緩解冬季用氣緊張的局面具有重要意義。X壓氣站壓縮機(jī)組在互聯(lián)互通反輸初期由于入口過(guò)濾器壓差和干氣密封過(guò)濾器壓差超過(guò)高報(bào)警值而發(fā)生了停機(jī)現(xiàn)象。本文通過(guò)對(duì)造成該站壓縮機(jī)組停機(jī)的原因進(jìn)行分析，并提出了相關(guān)對(duì)策，來(lái)保證壓縮機(jī)組的正常運(yùn)行，也給其他壓氣站在互聯(lián)互通輸氣過(guò)程中發(fā)生類(lèi)似情況提供了借鑒。

 

　　2 故障現(xiàn)象

　　根據(jù)用戶在不同季節(jié)對(duì)天然氣的需求^[1]，X壓氣站一般在春、夏、秋季接收西二線上游站場(chǎng)來(lái)氣，向下游省級(jí)管網(wǎng)及兩條支干線供氣。為打通“南氣北送”輸氣通道，切實(shí)提高管網(wǎng)冬季保供能力，X壓氣站于2018年完成了壓縮機(jī)項(xiàng)目及互聯(lián)互通反輸流程的改造，改造后該站在冬季可通過(guò)省級(jí)管網(wǎng)接收中海油氣源來(lái)氣，向西二線干線和兩條支干線供氣，見(jiàn)圖1。

　　互聯(lián)互通反輸期間，省級(jí)管網(wǎng)來(lái)氣經(jīng)過(guò)該壓氣站的組合式過(guò)濾分離器和計(jì)量后進(jìn)入西二線干線或支干線。根據(jù)輸氣量大小，該壓氣站可選擇采用正常反輸或者增壓反輸模式，站內(nèi)反輸流程見(jiàn)圖2。該壓氣站2臺(tái)壓縮機(jī)組通常采用一用一備模式。

　　反輸當(dāng)日供氣量達(dá)到1500×104m3/d后，X壓氣站啟動(dòng)了壓縮機(jī)組進(jìn)行增壓輸送。壓縮機(jī)組在達(dá)到最小工作轉(zhuǎn)速（3120 r/min）后，出現(xiàn)入口過(guò)濾器差壓逐漸上升，并越來(lái)越快的情況，在12min內(nèi)達(dá)到停機(jī)值0.15MPa，見(jiàn)圖3，觸發(fā)機(jī)組停機(jī)。切換備用壓縮機(jī)組，暖機(jī)（1000r/min）結(jié)束后，隨著轉(zhuǎn)速上升同時(shí)干氣密封過(guò)濾器差壓開(kāi)始上升，迅速超過(guò)高報(bào)警值80kPa，并持續(xù)升高，站場(chǎng)通過(guò)切換及更換濾芯8次后，仍快速上升，在3min內(nèi)達(dá)到150kPa以上，見(jiàn)圖4，觸發(fā)機(jī)組停機(jī)。壓縮機(jī)組停機(jī)后，只能靠管線自身壓差進(jìn)行輸氣，嚴(yán)重影響了正常的輸氣計(jì)劃，此問(wèn)題亟需分析和解決。

　　3 原因分析

　　通過(guò)拆卸壓縮機(jī)組入口過(guò)濾器，檢查發(fā)現(xiàn)過(guò)濾網(wǎng)存在嚴(yán)重堵塞，附著大量海綿狀碎屑及黑色顆粒物，見(jiàn)圖5。拆卸干氣密封過(guò)濾器濾芯，內(nèi)部同樣有較多干燥黑色顆粒物。這些黑色顆粒物堵塞了過(guò)濾器，影響了壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。對(duì)組合式過(guò)濾分離器濾芯進(jìn)行拆檢，在濾芯上亦截獲大量黑色粉塵。通過(guò)對(duì)黑色顆粒物進(jìn)行檢測(cè)，顆粒物85%以上為三氧化二鐵，另有少部分氧化鋁、二氧化硅、三氧化硫、氧化亞錳，見(jiàn)表1。

 

　　對(duì)該壓氣站反輸氣質(zhì)來(lái)源進(jìn)行分析，該站接收的省級(jí)管網(wǎng)來(lái)氣主要來(lái)自2個(gè)方向，一個(gè)是中海油X氣田和LNG，經(jīng)中海油分輸站過(guò)濾后進(jìn)入省級(jí)管網(wǎng)管道；另一個(gè)方向是另一路LNG來(lái)氣，過(guò)濾后進(jìn)入省級(jí)管網(wǎng)。2個(gè)方向來(lái)氣途中均未經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理，且該省級(jí)管網(wǎng)管道內(nèi)部無(wú)內(nèi)涂層。由此可判斷造成X壓氣站壓縮機(jī)停機(jī)的這些黑色顆粒物為省級(jí)管網(wǎng)管道內(nèi)的雜質(zhì)。

 

　　4 采取對(duì)策研究

　　國(guó)內(nèi)多條天然氣長(zhǎng)輸管道內(nèi)都附有黑色粉末^[2-3]，這些黑色粉末在管道中堆積，減小氣體流通面積，影響輸氣效率；若在分離器中堆積，維檢修作業(yè)時(shí)容易自然，引起事故；同時(shí)會(huì)造成站場(chǎng)的工藝設(shè)備故障或者損壞，嚴(yán)重影響管線運(yùn)行和站場(chǎng)安全生產(chǎn)^[4-5]。為降低互聯(lián)互通過(guò)程中省級(jí)管網(wǎng)來(lái)氣中黑色粉末影響，保障X壓氣站壓縮機(jī)組正常運(yùn)行，本文針對(duì)站內(nèi)反輸工藝流程及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，提出了相應(yīng)對(duì)策，并對(duì)可行性進(jìn)行了分析。

　　4.1 提高過(guò)濾分離器濾芯更換頻次

　　X壓氣站采用的組合式過(guò)濾分離器為多管旋風(fēng)聚結(jié)器，通過(guò)旋風(fēng)管和聚結(jié)濾芯可除去0.3μm及以上液滴和固體顆粒，作為反輸流程中唯一一級(jí)過(guò)濾，其過(guò)濾能力直接影響著進(jìn)入壓縮機(jī)氣體的清潔程度。當(dāng)濾芯截獲的黑色粉末過(guò)多后，過(guò)濾能力降低，濾芯失效，需及時(shí)更換。同時(shí)，在安裝濾芯時(shí)，應(yīng)減小縫隙，防止黑色粉末從縫隙中通過(guò)。

　　但過(guò)濾器快開(kāi)盲板不是作為頻繁開(kāi)啟操作設(shè)備來(lái)設(shè)計(jì)的，大量的操作會(huì)對(duì)密封面造成損害，不利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，冬季保供高峰輸量時(shí)，濾芯的消耗速度將加快，庫(kù)存的濾芯可能無(wú)法滿足同時(shí)投用兩臺(tái)以上過(guò)濾器。

　　雖然提高濾芯更換頻次會(huì)對(duì)設(shè)備密封產(chǎn)生不利影響，但通過(guò)更換濾芯可有效過(guò)濾掉絕大部分的黑色顆粒物，且濾芯本身為低值易耗品，成本較低，因此提高濾芯更換頻次是直接有效的方法之一，可行性較高。

　　4.2 放大壓縮機(jī)入口過(guò)濾器濾網(wǎng)精度

　　壓縮機(jī)入口過(guò)濾器具有粗細(xì)兩級(jí)濾網(wǎng)，通過(guò)拆除入口過(guò)濾器內(nèi)的細(xì)濾網(wǎng)，保留粗濾網(wǎng)，可消除壓差快速增大的現(xiàn)象，但氣體中的黑色粉末也會(huì)對(duì)壓縮機(jī)內(nèi)部設(shè)備產(chǎn)生磨損、腐蝕和結(jié)垢，影響壓縮機(jī)使用壽命，造成設(shè)備動(dòng)平衡的破壞^[6]。正常情況下不推薦使用此方法。

　　4.3 氮?dú)獗９└蓺饷芊庀到y(tǒng)

　　由于反輸來(lái)氣中含大量管道雜質(zhì)，導(dǎo)致壓縮機(jī)干氣密封過(guò)濾器發(fā)生堵塞，可選用氮?dú)庾鳛閴嚎s機(jī)組干氣密封的氣源。但此方法是一種非常規(guī)的手段，通常在壓縮機(jī)組剛投產(chǎn)，首次開(kāi)車(chē)時(shí)使用。并且壓縮機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)一般不具備氮?dú)鈿庠礂l件，采用槽車(chē)運(yùn)輸液氮到現(xiàn)場(chǎng)，液氮消耗量大，按照每天40t氮?dú)庥?jì)算，每天費(fèi)用超過(guò)10萬(wàn)。同時(shí)，干氣密封氣必須保持穩(wěn)定的壓力和流量，目前的熱泵車(chē)和氮?dú)庠炊紱](méi)有長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供給的先例。一旦出現(xiàn)問(wèn)題，可能造成干氣密封損壞，維修的周期在15天以上。高壓氮?dú)馔ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)配置的管路進(jìn)入壓縮機(jī)組，也存在較大的安全隱患。因此選擇氮?dú)鈦?lái)保供干氣密封系統(tǒng)，可靠性無(wú)法保證，且費(fèi)用昂貴，可行性較低。

　　4.4 增加干氣密封氣源預(yù)處理系統(tǒng)

　　干氣密封氣源預(yù)處理系統(tǒng)是針對(duì)天然氣管道壓縮機(jī)首次開(kāi)車(chē)階段，機(jī)組出口段尚未產(chǎn)出清潔、穩(wěn)定的工藝氣作為密封氣源而專(zhuān)門(mén)研發(fā)的裝置，它可以實(shí)現(xiàn)為干氣密封提供干燥、清潔的氣源[7]。壓縮機(jī)反輸運(yùn)行時(shí)由于氣體中雜質(zhì)較多，若采用該系統(tǒng)，壓縮機(jī)出口處的天然氣經(jīng)過(guò)干氣密封源預(yù)處理系統(tǒng)三級(jí)過(guò)濾后可有效去除氣體中的雜質(zhì)[8]，再進(jìn)入干氣密封系統(tǒng)，可解決干氣密封過(guò)濾器差壓迅速上升的情況。同時(shí)，干氣密封源預(yù)處理系統(tǒng)采用整體式撬裝設(shè)計(jì)，所有元件撬裝在一個(gè)開(kāi)放的支架上，便于吊裝和運(yùn)輸。系統(tǒng)對(duì)外接口也采用法蘭與耐壓軟管連接的方式，可在現(xiàn)場(chǎng)方便的進(jìn)行連接和拆卸。因此該措施可行性較高。

　　4.5 研制新型過(guò)濾分離器濾芯

　　X壓氣站組合式過(guò)濾分離器目前使用的聚結(jié)濾芯由內(nèi)至外由三層組成，第一層為不銹鋼管支撐，中間層為親水基聚酯纖維材料聚結(jié)層，最外層為液體排出層，見(jiàn)圖6。中間層為折疊結(jié)構(gòu)，極大地增加了聚結(jié)材料與氣體的接觸面積，以利于氣體中的小液滴聚結(jié)長(zhǎng)大為大液滴。液體排出層由很細(xì)的玻璃絲布纏繞而成，可以存留及排放液體，同時(shí)還阻止聚結(jié)下來(lái)的液體再進(jìn)入氣體。

　　針對(duì)目前的情況，是否可進(jìn)行一種新型的濾芯研制，最外層采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用玻璃絲布纏繞存留液體，濾芯外部采用光滑的結(jié)構(gòu)，將過(guò)濾到的雜質(zhì)及時(shí)滑落到濾芯最底部，這樣可過(guò)濾更多的雜質(zhì)，延長(zhǎng)濾芯使用壽命。目前市場(chǎng)并無(wú)此類(lèi)濾芯，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研發(fā)制作，且濾芯的研發(fā)也需要一定時(shí)間，短期內(nèi)可行性不高，但可以一試。

　　4.6 對(duì)省級(jí)管網(wǎng)反輸流程改造

　　在省級(jí)管網(wǎng)反輸首站增加一套過(guò)濾分離器，使其具備過(guò)濾功能。在反輸來(lái)氣進(jìn)入壓氣站之前，通過(guò)多一級(jí)過(guò)濾的方式，可降低該壓氣站濾芯更換頻率。若管網(wǎng)反輸首站在設(shè)計(jì)初期未考慮預(yù)留用地，則后續(xù)征地問(wèn)題繁瑣，且加裝的設(shè)備昂貴，耗時(shí)也較長(zhǎng)，該方法短期內(nèi)可行性較低。但該措施通過(guò)增加過(guò)濾可有效改善反輸氣質(zhì)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看切實(shí)可行。

 

　　5 應(yīng)用效果

　　在壓縮機(jī)組停機(jī)后，X壓氣站通過(guò)及時(shí)更換組合式過(guò)濾分離器濾芯，拆除壓縮機(jī)入口過(guò)濾器細(xì)濾網(wǎng)，并使用干氣密封氣源預(yù)處理器系統(tǒng)保證了壓縮機(jī)組的順利啟動(dòng)。同時(shí)在每次壓縮機(jī)組啟動(dòng)前，待升壓至1 MPa時(shí)利用低點(diǎn)排水管線，對(duì)壓縮機(jī)組出入口管線進(jìn)行排污作業(yè)，將管線中的凝結(jié)水及污物排放干凈。并且對(duì)壓縮機(jī)本體排污管線進(jìn)行排污，排除壓縮機(jī)本體內(nèi)含有的污物。

　　壓縮機(jī)運(yùn)行期間，干氣密封撬按照一小時(shí)排污一次的周期進(jìn)行排污，并根據(jù)干氣密封濾芯差壓情況適當(dāng)加密。初期采用進(jìn)口干氣密封濾芯，每個(gè)濾芯單價(jià)在1萬(wàn)元左右，成本較高，后期采用國(guó)產(chǎn)干氣密封濾芯大幅降低了成本。空壓機(jī)系統(tǒng)按照每天一次排污的周期進(jìn)行排污作業(yè)。站內(nèi)四路組合式過(guò)濾分離器采用3用1備方式，每周切換一路，按照每周一次的周期進(jìn)行排污，并打開(kāi)頂部快開(kāi)盲板查看濾芯情況，當(dāng)組合式過(guò)濾器濾芯壓差達(dá)到150kPa后及時(shí)更換臟污的濾芯。在反輸保供期間，共拆卸并清理壓縮機(jī)入口過(guò)濾器4次，更換干氣密封濾芯13個(gè)，更換組合式過(guò)濾分離器濾芯744根，清理除黑色粉塵2.48t。

　　綜合采用以上措施后，整個(gè)反輸期間，共啟動(dòng)壓縮機(jī)13次，未再發(fā)生類(lèi)似停機(jī)情況，共輸送天然氣5×108m3，圓滿完成了反輸保供任務(wù)。

 

　　6 結(jié)論

　　(1) 省級(jí)天然氣管網(wǎng)未做內(nèi)涂層，反輸來(lái)氣中存在大量的管道黑色粉末雜質(zhì)是引起壓縮機(jī)停機(jī)的主要原因。

　　(2) 通過(guò)及時(shí)更換過(guò)濾器濾芯、拆除壓縮機(jī)入口過(guò)濾器細(xì)濾網(wǎng)、增加干氣密封源預(yù)處理系統(tǒng)等措施，能夠有效解決入口過(guò)濾器壓差和干氣密封過(guò)濾器壓差迅速上升的狀況。

　　(3) 研制新型的過(guò)濾分離器濾芯和在省級(jí)管網(wǎng)反輸首站增加一級(jí)過(guò)濾流程這兩項(xiàng)對(duì)策短期內(nèi)無(wú)法完成，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看可以有效改善進(jìn)入壓縮機(jī)前的反輸氣質(zhì)狀況，可行性較高。

　　(4) 壓縮機(jī)組的順利啟動(dòng)，證明制定的技術(shù)對(duì)策可行，能夠保證壓縮機(jī)組在互聯(lián)互通反輸過(guò)程中安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

 

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