燃机电厂天然气压缩机后冷器泄漏的处理

第２０卷
２００７年第２期
北京京丰燃气发电有限责任公司１×３５０ＭＷ级燃气蒸汽联合循环发电机组（简称１号机组），是国内首批建设的“Ｆ”级大容量燃气蒸汽联合循环发电机组之一，采用日本三菱公司Ｍ７０１Ｆ燃气轮机，三压、再热、下排汽凝汽式汽轮机。

余热锅炉采用东方日立锅炉有限公司的三压、再热、自然循环、无补燃、卧式余热锅炉。

燃机、汽机本体部分采用日本三菱公司的
ＤＩＡＳＹＳＮＥＴＭＡＴＩＯＮ控制系统（ＴＣＳ＋ＴＰＳ＋ＰＣＳ）；机
组中的余热锅炉、电气以及其他辅助系统的控制系统为ＦＯＸＢＯＲＯ公司的Ｉ／ＡＳＥＲＩＳＥ系统。

１电厂天然气前置处理系统简介
１号机组燃用距厂区９．３ｋｍ的陕京一线吕村门
站的天然气，并在厂内设有天然气前置处理系统（见图１），主要通过旋风分离撬、超声波流量计量撬、过滤分离撬、压缩机撬、调压撬、三菱精过滤器等设备对进站天然气进行杂质分离、流量计量、过滤、加压、调压、精过滤处理，最终将满足适当压力、温度且干净的天然气提供给燃机。

图１天然气前置处理系统示意图
２原设计中存在的安全隐患
压缩机撬采用美国ＳＯＬＡＲ公司提供的一台１００％
容量的变频调速电驱动Ｃ４０６离心压缩机将天然气进行加压，压缩机撬中后冷器的主要作用是把经过压缩机压缩后升温的天然气温度降下来（由１３９．６℃降到４５℃以下），满足燃机用气温度要求。

后冷器结构为管壳式，冷却管为碳钢ＳＡ－２１４，管内介质为天然气
（工作压力４．５ＭＰａ（ｇ）），管外介质为冷却水（工作压力
０．３ＭＰａ（ｇ）），水源为工业水，冷却水回水至１号机组机
力冷却塔。

由于后冷器为压缩机厂家配套，设计中未考虑冷却管运行中发生破管的监测手段，运行中一旦发生冷却管破管造成高压天然气泄漏进入低压冷却水系统而很难被发现，给机组的安全运行带来严重隐患。

压缩机撬系统图见图２。

图２
压缩机撬系统图
燃机电厂天然气压缩机后冷器泄漏的处理
周福生，王胜恩
（北京京丰燃气发电有限责任公司，北京
１０００７４）
摘要：介绍了燃气蒸汽联合循环发电机组天然气压缩机后冷器冷却管泄漏的发现及处理经过。

为了对压缩机后冷器冷却管破损实时监测增加了后冷器泄漏报警系统，消除了机组的安全隐患，给类似燃机工程提供借鉴。

关键词：燃气蒸汽联合循环发电机组；天然气压缩机；后冷器；泄漏报警
中图分类号：ＴＭ６１１．３１；ＴＨ４５
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００６－６５１９（２００７）０２－００４９－０２
ＴｈｅＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｎＣｏｎｄｅｎｓｅｒＬｅａｋａｇｅｏｆＮａｔｕｒａｌＧａｓ
ＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒｏｆＧａｓＴｕｒｂｉｎｅＵｎｉｔ
ＺＨＯＵＦｕ－ｓｈｅｎｇＷＡＮＧＳｈｅｎｇ－ｅｎ
收稿日期：２００７－０２－０２
作者简介：周福生（１９６９－），男，湖北人
，学士，工程师，主要从事火力发电厂生产管理并负责联合循环机组新建工程的建设．
华中电力
３后冷器泄漏被偶然发现
在一次１号机组临时消缺期间（间隔２～３天），处理压缩机防喘阀门杆泄漏的缺陷时，检修人员发现防喘阀门杆处有水滴流出。

由于水是从天然气侧流出，开始怀疑是否为天然气中所携带的冷凝水，但经过水样化验确定为工业水，因此判断是后冷器破管泄漏所致。

由于压缩机停运２天，而运行人员也未在压缩机停车后将后冷器的冷却水门关闭，导致０．３ＭＰａ（ｇ）的冷却水沿着泄漏的后冷器冷却管进入已排空放散的天然气管；由于时间较长，泄漏的冷却水最终在系统中较低处的再循环管内聚集，恰巧从有泄漏缺陷的防喘阀门杆处流出而被发现。

现在判断可能后冷器冷却管已泄漏多日，由于运行中的天然气压力大于冷却水压力，后冷器破管后天然气漏至冷却水回水管，最终被引到机力塔而排入大气中造成后冷器破管却不能被发现。

尽管运行期间压缩机多次正常启停，但每次压缩机停运时间都很短（一般４～５ｈ），在冷却水门未关的前提下，如果冷却管已破管将会发生冷却水泄漏到天然气侧的情况，也因无任何监测手段而不被发现。

无论是天然气漏入冷却水管中还是冷却水进入到天然气管中，都对机组的安全运行带来严重隐患。

一种情况是压缩机组运行时，若冷却管已破管造成天然气将漏入冷却水管中，尽管泄漏的天然气最终被引到机力塔而排入大气中，但天然气可能会在管道系统中的“门型弯”处发生聚集，遇到火花将发生爆炸危险；另一种情况是压缩机组停运后，天然气将被排空放散，冷却水将从破损的冷却管进入天然气管中，这样，冷却水可能进入压缩机组或进入燃机，也会使碳钢材质的天然气管产生锈蚀。

所有这些，均将影响机组的安全运行。

４后冷器泄漏的处理方法
针对后冷器冷却管泄漏情况，采取以下的措施。

（１）对后冷器冷却管内壁（天然气侧）采用内窥镜检测，结果表明部分管内已有腐蚀的凹坑，见图３。

（２）由于暂时无备件进行更换，对已破损的管采取两端打钢堵并和管头施焊处理措施。

（３）对所有的可能进水的天然气管及压缩机本体进行彻底的排水及干燥。

（４）因还在质保期内，和厂家协商由厂家免费更换。

因缺陷为腐蚀造成，将冷却管材质改为Ｓ３１６Ｌ不锈钢并在国内重新设计、制造，在１号燃机８０００ＥＯＨ检修时进行更换。

（５）要求运行人员在每次压缩机停运后将后冷器的冷却水门关闭，防止冷却管破管后冷却水进入天然气侧。

图３后冷器冷却管破损内管（天然气侧）
采用内窥镜检测结果
５冷却器破管造成天然气泄漏的报警方案对压缩机后冷器发生冷却管破管进行随时监测是防止天然气泄漏的关键，通过和厂家商议，确定了冷却器破管造成天然气泄漏的报警方案。

５．１放气阀工作原理及系统报警原理
在压缩机后冷却器冷却水管最高位置上装配排气阀，此排气阀内浮球浸没在水中，由于水的浮力作用浮球处于最高位置。

由于杠杆力的原因，杠杆另一头装配的密封阀座起到密封作用，排气阀处于关闭状态使液体不会外泄。

一旦后冷却器内冷却管破管造成高压天然气渗入冷却水时，由于气体的密度远低于水的密度，气体会聚集到管网的最高处并进入排气阀；在排气阀内的气体逐渐代替液体的位置，浮球不再被浸没在液体内，浮球在本身的重力作用下下行，杠杆平衡被打破，导致排气阀开启而放出气体；放出气体后，液体重新进入阀室，浮起浮球，关闭排气阀口。

在排气阀排气口处安装３台燃气泄漏报警探头，并将探头输出的４－２０ｍＡ信号连接至现场的压缩机控制系统；压缩机控制系统采取３取２的模式，当其中任何２台探头输出的信号为天然气含量大于２５％时，压缩机控制系统发出蜂鸣报警信号，由工作人员检查故障并判断是否停机。

５．２方案的实施
实施工作分为两个阶段。

针对第一阶段后冷器只是进行了封堵处理，有可能再次发生冷却管泄露缺陷，且１号机组暂时不能停机，所以上述天然气泄漏信号暂时不能接入压缩机控制系统。

第一阶段的工作采用在压缩机厂房北侧另装一台蜂鸣器的方案，当天然气发生泄漏且浓度达到５％时，燃气探头自带的开关闭合，回路上串联的蜂鸣器发出报警信号，通知当值运行人员处理。

在１号燃机８０００ＥＯＨ
检修时实施了第二阶段的工作
，将天然气泄漏信号接入压缩机控（下转第５４页）
（上接第５０页）
制系统。

在排气阀排气口处安装３台天然气泄漏报警探头，并将探头输出的４－２０ｍＡ信号连接至现场的压缩机控制系统；压缩机控制系统采取３取２的逻辑，当其中任何２台探头输出的信号为天然气含量大于２５％时，压缩机控制系统发出蜂鸣报警信号，由工作人员检查故障并判断是否停机。

这三个信号分别接入ＺＦ２０７２ＣＨ１、ＺＦ２０６４ＣＨ３、ＺＦ２０７２ＣＨ０三个模拟量信号通道，并做出三取二逻辑在上位机显示报警。

５．３第一阶段所需增加配套设备
为了完善第一阶段预防天然气泄漏的工作，需要增加如下配套设备。

（１）Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ２２－ＡＶ型ＤＮ２０排气阀１台，最高工作压力为０．８７ＭＰａ，浮球重量２８２ｇ，阀孔尺寸为３／１６＂。

（２）科力恒ＳＰ－１１０２型４－２０ｍＡ模拟量输出天然气泄漏报警探头３台，工作电压２４ＶＤＣ、＜８０ｍＡ，带开关量输出，开关闭合设定值为５％天然气低爆点，防爆标志ｄＩＩＣＴ６。

（３）连接信号线共３００ｍ，镀锌钢护管ＤＮ２５共１００ｍ，防爆管件、葛兰等若干。

（４）防爆蜂鸣器１台，工作电压ＡＣ２２０Ｖ。

（５）防爆变压器１台，ＡＣ２２０转ＤＣ２４Ｖ，容量０．５ｋＷ。

图４第一阶段防泄漏电气原理图
６结束语
随着２００３年国内首批“Ｆ”级大容量燃气蒸汽联合循环发电机组的引进，大型联合循环发电机组在我国得到了迅速发展，但在国内燃机电站工程中设置天然气压缩机的实例还不是很多，相关经验欠缺。

我公司虽实施了压缩机后冷器泄漏报警系统改造并将后冷器进行了更换，改造后也未发生泄漏现象
，但是对改造后的实际效果无法评估。

希望通过本文的介绍，给国内类似燃机工程提供借鉴。

（１）重新调整计量托辊，使计量托辊的高度与前后皮带支撑托辊高度保持在同一水平线上。

（２）采取一定的措施限制皮带的跑偏。

（３）对于耳轴桥式皮带秤，定期对耳轴的橡胶圈进行调整或更换，使耳轴的摩擦力为零。

对于全悬浮式皮带秤，安装秤架时一定要保证秤架的灵活性，使四个传感器受力均匀，四个传感器的信号输出大体一致。

要消除静态时四只传感器输出信号差异较大的情况，尽量减少秤架安装造成的附加误差。

（４）防止秤架变形，一旦秤架变形，皮带秤不可能进行正确计量，要及时消除这种现象。

（５）加强日常巡视工作，防止秤架上堆积煤块，这会影响皮带秤的零点，引起较大的测量误差。

４．４皮带称校验过程中注意事项
因为皮带秤的安装环境以及测量技术的不足，皮带秤的精度不可能象常规仪表和变送器一样得到保证，皮带秤的定期校验是保证皮带秤使用精度的一种有效手段。

在皮带秤校验过程中必须注意以下几点：（１）必须保证皮带整圈数时间的准确性。

皮带在修补、更换后，必须重新测量皮带整圈数运行时间，并将这一参数重新输入到仪表内。

这一参数对皮带秤的零点影响很大，如果不准确，皮带秤在空转时显示的皮带重量会出现反复变化，这就是平常所说的皮带秤的“零点飘移”。

（２）定期对上一级计量装置进行自校，保证上一级计量装置（自动循环链码或料斗秤）的准确性。

计量装置的准确性是一个量值逐渐传递的过程，上一级装置不准确，下一级装置的准确性无从谈起。

应该重视这些基础性的计量工作。

（３）如果在校验皮带秤的过程中出现了较大的误差，先不急于调整皮带秤的放大系数（有的厂商称为间隔），而要到现场检查称量秤架或测速装置是否出现故障，发现问题及时处理。

如果没有故障，再校验一次，并观察误差变化的趋势，再作相应的调整。

有时校验的偶然误差较大，通过多次的观察、分析才能将皮带秤调整好。

（４）阴雨天不适合于校验皮带秤。

阴雨天由于环境潮湿，皮带自重增加，煤也容易粘到皮带上增加误差。

（５）校验皮带秤的零位及量程时，使皮带空转１５ｍｉｎ左右后，再校验较好。

此时，皮带的张力基本均匀，可以有效减少皮带张力带来的误差。

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