浅论西气东输燃压机组的选型及改造

“燃气轮机机进气系统结霜分析及对策 ”
《热能动力工程 》 2005 年4期 陈仁责
“论天然气长输管道机组功率选择及配置 ”《热能动力工程》 2010 年4期 高顺华 陈仁贵
“再论喷雾蒸发冷却技术在西气东输工程上的应用 ” 2011 年石油学会储运专委会 陈仁贵
“喷雾蒸发冷却技术在西气东输燃压机组上应用的可行性研究 ” 《 热能动力工程》 2012 年第4期 郭刚 宋志刚 陈仁贵合著
这些文章是 :
“燃气轮机在天然气输气管道上的选用 ”
《中国能源》 2OO0 年第4期 陈仁贵
“输气管道压气站装机功率及备用系数的选择 ”《石油规划设计》 2000年第 6期 陈仁贵
“喷雾蒸发冷却器在燃气轮机上的应用 ” 《2001 年亚太地区燃机大会 (ASME) 特约征文》第一作者 陈仁贵
“论喷雾蒸发冷却技术在西气东输工程上的应用 ” 《 石油规划设计》 2002 年 陈仁贵
根据我们的理论和实践: 在具备一定条件的站场，如果采用国内已有的一系列 新技术、新设备，可以用不太多的投入，使西气东输某些已建燃压机组燃气消耗量 降低15%以上，这不仅完全有可能，而且用 3～4年的时间就可以收回全部投资。
我们可以通过以下4个方面的技术措施来实现上述目标。
1 选择功率合适的燃压机组
这也是笔者从2000年起就一直坚持推荐采用多台小机组组合或大 /小功率机组 兼容配置的主要原因。
由于燃机和压缩机的固有特性，只有多台小机组或大 /小功率机组组合才能满 足在各种输量条件下达到经济运行的目的。
1.1 离心式压缩机的固有特性，它的流量调范围和高效区范围都十分窄小。
图1是某站配置的某型燃驱压缩机的工作特性 图。它能满足输气量 10.48～17.5亿/年的设计要求， 共有六个设计工况点。从图 2看：1.2.3工况点是在 燃机的高效区，但在压缩机的低效区； 4.5.6工况 点是在燃机的低效区，但在压缩机的高效区。在比 较大的流量范围内，要同时满足都在高效区一般较 难。对该机型而言， 6号工况点的喘振余量已接近 设计极限值的10%。结合文字说明: 它的输量范围 仅为最大输量的40.1%。当输量从17.5～10.48亿/ 年变化时，由于机组在夏季出力受限制，这时机组 的总效率为22.81%～18.77%，十分低下。
m3/a XD170 XD150
KQH-170S KQH-170S KQH-170W KQH-170A KQH-150S-W
进气温度
℃ 22.0 22.0 14.0 18.0 24.0
单台燃机运行参数
环境温度
有效功率
℃
kW
40.0
19，950
浅论西气东输燃压机组的选型及改造
0 概述
据不完全统计，目前西气东输一线、二线已有各种型号的燃压机组 116台套， 并且还有快速增长的趋势。 提高燃压机组综合热效率是降低管输能耗的重要途径。
某公司一再宣称: 每提高燃机热效率1%，每台机组每年可以为用户节约运行成 本12.5万美元。但是，仅靠提高燃机热效率一项技术是远远不够的，因为燃机单循 环热效率每提高1% 不仅十分困难，而且代价十分高昂。
笔者也研究分析了西二线某燃机公司对洛宁 --南昌4个燃驱站的投标文件。 以南昌站为例:
看上表所示: 在21个设计工况中, 机组所需功率仅为燃机能够输出功率的 22.6～80%，其中有13个工况点的负荷率都不足 50%。这就是说，燃机在绝大部分 时间都是处于“大马拉小车”的工作状态，热效率将极低。
笔者于2012年9月8日从西部管道公司了解到 : 该公司燃压站燃气自耗量的费用 已占其总运营成本的90%以上，这引起公司领导们的高度重视。笔者初步认为 : 这 主要是机组功率配置不合理的原因所造成。
任何一条输气管线，从投产初期到满负荷运行都有一个时间过程 ; 即使在达到 设计能力后，每年不同时节的输气量也不尽相同。
图1 某压缩机工作特性图
1.2 燃机的负荷/效率特性对管输运营成本影响极大 从图2可以看到，在ISO状态，当燃机负荷为50%额定时，热耗将增加到125%; 实际上，在实际工况时，热耗增加为 130%。如果负荷再低,效率将更低。
图2 某燃机ISO状态负荷 /热耗曲线
表1 是孔雀河站设计计算的实际燃机负荷率。它即使在各工况满输时，机组 负荷率也仅为 44.1～85.7%。机组总效率仅为 26.57～31.18%。实际上它们至今 都没有达到过满负荷运行，燃气轮机的实际效率很低。
26.3
24，087
-8.5
30，662
11.6
27，166
28.3
22，867
负荷率 %
85．7 71.0 50.0 60.0 44.1
机组总效率
% 30.81 31.18 31.08 31.13 26.57
据调查: 盐池站的实际负荷率仅为27～80%，燃机的效率更低。西气东输管 道公司正在研讨解决方案，准备通过更换压缩机大流量机芯来提高燃气轮机的效 率，减少站场双机运行的时间，从而降低燃料气的消耗。
如果设备选型及配套不当，每台机组热效率损失近 10个百分是常常不为人们 所知道的。
对于这一重大课题，我们在 2000～2012年，曾在《石油规划设计》《中国能 源》《热能动力工程》等学术期刋，陆续发表了针对西气东输燃压机组设备选型、 新技术应用等方面的学术论文共 8篇。笔者的绝大多数观点、论点不仅被西气东输 的生产实践所证实，而且也被 SIEMENS等国际大公司所采用，为节能減排做出了 一定的贡献。
若此表负荷预测和功率计算都是正确的，笔者认为该站应配 3×(10～12) MW 机组，而不应配 3×30MW 机组。
虽然某些大机组在ISO工况下比某些小机组的热效率要高一些，但是如果设计 不当，将造成大机组长期运行在低负荷。这时大机组的实际热效率将比小机组接近 满负荷时的热效率要低许多。
另外，由于压缩机的特性所决定，为满足投产初期输量要求，在西一线沿线 共设计配套了16 种不同型号的压缩机机芯，巳更换了 14次，目前还有进一步更换 大机芯的计划。人们可能只是看到设备投资上所造成的浪费，没有看到“大马拉小 车”造成燃料气的更大的浪费。