天然气调压站主要设备和技术参数介绍

根据以上天然气调压站的工作流程，天然气调压站一般包括以下单元：紧急关闭单元、流量计量单元、分离/过滤单元、燃气加热单元（减压站）、燃气压缩及冷却单元（升压站）、燃气轮机调压单元等。对应于天然气调压站的各个处理单元，主要设备有：应急关断（Emergency Shutdown Device，ESD）阀、超声波流量计、过滤/分离器、加热器（减压站）、压缩机（升压站）、调压阀等。

（一）ESD阀

ESD阀是入口紧急关闭单元的主要设备，其主要作用是在发生火灾等紧急时刻迅速关断进入调压站的天然气气源，以保障整个系统的安全。

ESD阀还用于保护其后天然气管道防止超压，当上游气源压力异常高，高于一定压力值后，ESD阀自动关闭。

惠州LNG电厂天然气入口紧急切断阀是一个带气液联动执行机构的隔断球阀，设计流量是224158Nm³/h，其开关操作是依靠气液联动执行机构来进行的，气源来源于其后天然气管路。

1.应急关断单元的主要部件及功能

1）绝缘接头：防静电保护。

2）ESD阀：隔离天然气。

3）气液联动执行机构：入口紧急切断阀的开关操作执行机构。

4）ESD旁路球阀和旁路截止阀：用于向系统缓慢地充入天然气。

5）放散球阀和放散截止阀：紧急关闭单元天然气的手动排放。

2.ESD阀的开关操作

ESD阀可在远方实现关闭，但只能在就地打开。ESD阀开启前，必须先通过开启旁路阀将ESD阀前后压差保持一致后，才能开启该阀。操作应注意如下几点：

1）ESD阀必须现场手动开启，开启时将开启机械按钮（OPEN）按下约5～8s，待ESD阀全开即可松手。关闭时，同样将关闭机械按钮（CLOSE）按下约5～8s，待ESD阀全关即可松手。

2）DCS调压站监视画面上可远程关闭ESD阀。

3）集控室监控墙上有远程关闭ESD阀按钮，按下约5～8s待ESD阀全关即可松手。

4）若无气源或电信号故障不能操作，可在就地利用ESD阀手轮进行开关操作。

（二）超声波流量计

天然气计量部分主要包括流量计量和色谱分析两大部分，色谱分析用以确定天然气的组分和热值，目前燃气轮机及其联合循环电厂调压站天然气的计量一般都采用超声波流量计。

超声波流量计将实际的流量、实际的天然气温度、压力一起传送给流量计算机，然后以Nm³/h的形式计算出天然气的消耗量。

计量管路一用一备，正常时将有超声波流量计支路（主）开启，将无流量计支路（备）关闭，待超声波流量计设备维修时切换到备用支路。

（三）过滤/分离器

天然气的过滤/分离器用于将天然气中的固体小颗粒和液体小液滴分离出来，以给燃气轮机提供清洁的天然气，并配有冷凝液收集罐，用于贮存分离出来的冷凝液。

过滤/分离单元一般设计为2×100%的形式，配有2台过滤/分离器，每台过滤/分离器能满足全流量需求。

惠州LNG电厂采用的过滤/分离器设计为两段的立式压力容器：第一段挡板分离；第二段经凝聚式过滤芯过滤，过滤/分离器共安装有15个凝聚式滤芯。气体从进口管进入过滤/分离器，在入口处，天然气与挡板撞击，较大的固体颗粒和液滴由于重力沉降作用被分离出来。天然气通过挡板后，进入带有凝聚式滤芯的过滤段，天然气从内侧向外侧通过滤芯，将较小的固体颗粒和液滴分离出来。

每个过滤/分离器设置有差压监控系统（差压变送器），用于现场指示过滤/分离器进、出口的差压。差压值表示过滤器内滤芯的肮脏程度。在正常的运行过程中，差压值应在150～500mbar^[1]，当该差压值大于500mbar时应该考虑更换滤芯。

过滤器分为上下两段，在每段内分离出的冷凝液将通过各自的排污系统排至冷凝液收集罐。当液位达到高液位时，自动排污阀打开将相应的冷凝液排出；当液位降至低液位时，自动排污阀关闭；当液位达到高高液位时，说明排污系统有故障，同时DCS系统产生报警。

过滤/分离出来的凝液可以通过自动或手动排放到收集罐。收集罐的液位通过磁浮子液位计现场监控，一旦收集罐内的液位达到液位开关设定的最大值，主控室内就会发生报警，发生这种情况时必须马上排放收集罐内的液体。

（四）燃气加热器

天然气经过减压后温度会降低，根据经验，一般天然气压力下降1.0MPa，其温度会下降6℃。对于降压幅度较大、或者是进站天然气温度较低的天然气调压站，需要设计燃气加热系统，以保证下游用户对天然气的温度要求。

燃气加热器布置形式各有不同，有采用表面式海水换热器的，也有采用水浴炉加热器的。惠州LNG厂采用了水浴炉加热器，设置了两台水浴炉，采用一用一备的布置方式。

水浴炉的作用是使-19～38℃的天然气温度保持在12℃以上，以保证下游温度要求（到启动锅炉及水浴炉燃烧器的燃料温度满足1～45℃，到燃气轮机的天然气温度满足6～45℃）。在水浴加热炉系统中，燃烧器通过调节燃料量来控制水浴炉内的水温。天然气流经炉内盘管后被加热，天然气的出口温度通过水浴炉出口调节蝶阀来控制——通过水浴炉出口测温元件将测得的温度信号发送给蝶阀控制器进而控制蝶阀的开度来实现。

（五）燃气压缩机

如果进入调压站的天然气压力偏低，为满足燃气轮机燃气压力要求，需要对天然气进行升压，则需要使用压缩机对天然气进行压缩做功。天然气经过压缩后温度会升高，防止天然气温度太高，还需要配套使用冷却系统。

北京京丰热电厂由于天然气调压站进站天然气压力偏低，其调压站属升压型，配置了燃气压缩机及后冷却器：

①在进站压力低于3.7MPa时，开启压缩机运行。在压缩机系统全面正常的情况下，启动压缩机机组运行，监视压缩机运转情况及出口压力变化，通过调整转速以达到所需出口压力值；并及时投入冷却器，防止压缩后的天然气温度过高。

②进站压力值在3.9MPa以上，站内系统正常时，切换至压缩机旁路运行。操作时需缓慢开启旁路阀，在15%范围内操作应更加缓慢，避免压力波动过大。

③压力变化呈下降趋势时应及时进行系统切换，将旁路切换为压缩机运行。

（六）燃气轮机调压单元

燃气轮机调压单元的作用是将天然气的压力降低到一个稳定的值，以给燃气轮机提供稳定压力的天然气。调压单元一般由快速关断阀（即进口安全阀（Surface Safety Valve，SSV））和调压阀组成：SSV的作用是异常时快速关断调压单元的天然气，保护调压阀以及其后管道；调压阀的作用为对天然气压力进行调整，以满足燃气轮机运行需求。

惠州LNG电厂天然气调压站为3台燃气轮机服务，燃气调压部分设计为4×100%的形式，100%流量为7500Nm³/h左右。在该调压系统中有3条调压线分别为3台燃气轮机供气，而另一条作为上述3条线的备用线。当其中一条调压线失效时，备用线将自动接替工作。当备用调压线正给一台燃气轮机供气时，应关闭其至另外两台手动门。该部分的入口压力约为4MPa，出口压力为3.4（1±1.5%）MPa。

每条调压线包括一个SSV、一个监控调压器和一个工作调压器。监控调压器监控调压线的出口压力，当出口压力高于SSV的设定值时，SSV将迅速关闭。监控调压器作为工作调压器的备用调压器，在正常的操作时，只有工作调压器在调节调压线的出口压力，而监控调压器为全开状态。监控调压器的设定值比工作调压器的设定值稍高一些，当工作调压器失效全开时，调压线的出口压力将上升，这时监控调压器将开始接替工作调压器进行调压，并将压力控制在一个稍高的压力值。

（七）运行及技术参数

惠州LNG电厂调压站主要运行及技术参数：

1）正常运行时调压站进口天然气压力约4.0MPa，温度约为-3～4℃。

2）对上游天然气供气末站供气要求：输送天然气温度为-19～38℃，压力不低于3.8MPa并且不高于4.4MPa。

3）正常运行时机组调压段出口天然气压力约3.45MPa，温度约-1～4℃。

4）机组调压段出口天然气设计要求为，温度不低于6℃且不高于45℃，压力范围3.4（1±1.5%）MPa。

5）供气设计流量为，每机组56683kg/h（燃料温度按15℃计算）。

6）水浴炉水温控制温度为45℃，最高不超过90℃。四、系统的运行维护

（一）调压站安全规范

天然气的主要成分是甲烷，具有很高的易燃易爆性（爆炸极限为5%～15%），进入调压站工作或进行各种操作时，必须严格遵守以下安全规范：

1）严格按照现场的要求、规定和程序执行任何操作。

2）只有专业的操作人员才能对天然气处理站进行相关操作。

3）一旦调压站已经充入天然气，在安装和维修期间，要时刻对甲烷进行检测，以随时监控爆炸性混合气体。

4）如果氧含量低于19%，就要进行强制通风并重复检测氧含量；当测得氧含量高于19%后，用天然气测爆仪对所有可疑的地方进行检测；如果测爆仪在其中任何地方显示浓度高于爆炸下限（Lower Explosion Level，LEL）10%，要继续通风，仅当浓度低于爆炸下限10%时，才可以进入工作。

5）任何时候现场不能有明火，进入天然气调压站需确认身上没有携带火种，移动电话已经关闭，劳动护具不会产生静电，并使用铜制工具，使用安全闪光灯和安全灯。

6）系统进气时要确保整个系统紧固、无泄漏；对所有可能泄漏的地方（法兰、接头及连接件）要进行气密性检查，如果发现泄漏，系统必须停下来并进行维修。系统运行过程中，也要按规定进行上述的泄漏检查。

7）为确保系统中的单独设备可靠运行，必须严格遵守相应设备的操作说明。

8）调压站某管路解体检修时，应隔离置换气体。

9）任何时候要遵守安全及环境规定，天然气冷凝物会污染水和土壤，因此绝不能直接排放到雨水或排水系统中。

（二）调压站操作注意事项

调压站内天然气的压力较高，为了避免由于操作原因导致天然气压力波动太大，甚至造成管道泄漏，对调压站进行运行操作时，需注意以下事项：

1）所有阀门的开关应缓慢操作以避免冲击，所有升压及减压操作必须缓慢操作，控制升压及减压的速度。

2）在开启主管道球阀之前，应根据压力表指示，确认前后是否存在压力差。若有则需要开启支管旁路，待压力平衡后，再开启主管路球阀，关闭旁路，注意球阀必须处于全开或全关的位置。

3）松动任何仪表连接或堵头时应先将隔离阀关闭。

4）设备停止使用时，应通过调压器下游排出管道内留存气体，不能在调压器前放气，不能出现气体倒流过调压器的现象。

5）调压站在使用时，必须保持安全阀前隔离阀处于开启状态。

（三）调压站投运操作

1.启动前的检查与准备

检查确认所有检修工作结束，所有管道、设备完好，并已完成气密性试验；确认系统有关的控制电源、仪表电源、动力电源正常，各种热控仪表及联锁保护正常；检查确认消防设施完备，调压站的防爆通信设施完备、可用，各管道接地良好，防止由于静电产生火花；确认过滤/分离器水位计中冷凝液液位不高，否则需联系相关人员进行排放。

2.启动操作——氮气置换空气

天然气的置换对于调压站运行来说，是较为经常性的工作，一般调压站的投运和检修工作都需要进行置换。天然气与空气不能直接混合，一般用氮气作为天然气与空气置换的中间气体。(www.xing528.com)

调压站充入天然气前，需要全面对调压站进行氮气置换空气的操作，使整个管线内氧气浓度低于1%。具体的置换工作可整体或者分单元进行，需要注意加强对某些不流动死角的排放。

常规的置换方法为边充边排，即在管线的一头充入氮气，在另外一头排放并检测，直到另外一头检测合格为止。此方法虽然简单有效，但对某些不流动的死角可能置换不彻底，而且容易造成置换气体的浪费。

下面以燃气轮机调压单元为例，介绍一种简单有效的置换方法：

1）将氮气瓶接至燃气轮机调压段进口手动阀后面的充氮接口。

2）打开燃气轮机调压段快速关断阀。

3）打开充氮接口隔断球阀，同时打开燃气轮机调压段压力表隔断球阀，观察压力表指示，当管线中的压力升至0.5MPa时，停止充氮。

4）打开燃气轮机调压段放散球阀和放散截止阀。

5）当管线中的压力降至0.02～0.05MPa后，关闭燃气轮机调压段放散截止阀。

6）在燃气轮机调压段靠近出口的压力表处对取样口螺钉进行取样，用便携式氧表检测氧含量，测完后拧紧检测取样螺钉，连续三次检验，间隔时间不少于5min。

7）重复“充氮→放散→检测”步骤，直到取样点的氧气浓度低于1%后为合格。

8）关闭燃气轮机调压段压力表放散球阀。

此方法的特点是充气和排气分开，在管道内剩余不多原始气体的情况下充入大量置换气体，稀释原始气体，然后排放到剩余较少混合气体后再充入置换气体稀释。一般进行三个充气和排气的过程，即可以使原始气体的体积浓度降低到1%。实践证明，此方法简单实用，而且事先能预测需要多少置换气体，也比边冲边排的置换方法节省置换气体。

3.启动操作——天然气置换氮气

还要进行天然气置换氮气的工作。此工作可整体或者分单元进行，需要注意加强对某些不流动死角的排放，当天然气体积浓度大于99%时为合格。

置换合格后对管线的天然气升压，应该缓慢进行，控制升压速率不超过0.3MPa/min。同时按照调压站的安全规范，应对升压管线进行气密检查，防止发生天然气泄漏。

以燃气轮机调压单元为例，天然气置换氮气的步骤如下：

1）确认燃气轮机调压单元前管道天然气充压正常。

2）确认燃气轮机调压段SSV在打开位置。

3）打开燃气轮机调压段入口旁路球阀。

4）缓慢打开燃气轮机调压段入口旁路截止阀，当管线中的压力升至0.5MPa时关闭该阀，停止充入天然气。

5）打开燃气轮机调压段放散球阀和截止阀。

6）当管线中的压力降至0.02～0.05MPa后关闭燃气轮机调压段放散截止阀。

7）松开燃气轮机调压段压力表取样口螺钉进行取样检测，用天然气体积浓度监测仪测量浓度，测完后拧紧检测取样螺钉。连续三次检测，间隔时间不小于5min。

8）重复“充天然气→放散→检测”步骤，当检测到天然气体积浓度大于99%时为合格。

9）关闭燃气轮机调压段放散球阀。

10）缓慢打开燃气轮机调压段入口旁路截止阀，观察燃气轮机调压段压力表指示压力，控制升压速率不超过0.3MPa/min。

11）当压力不再升高时，打开燃气轮机调压段进口球阀。

12）关闭燃气轮机调压段入口旁路截止阀和球阀。

（四）正常运行监视及操作

下面介绍惠州LNG电厂正常运行时监视及操作要点。

1.进口应急关断（ESD）单元

1）检查压力表读数，正常读数应为3.8～4.4MPa。

2）检查温度表读数，正常读数应为-19～38℃。

2.分离过滤单元

1）过滤/分离单元正常运行监视和检查

①检查压力表的读数，正常值为3.8～4.4MPa。

②过滤器进出口压差正常运行时应为15～50kPa，如果超过50kPa，DCS上会出现报警。此时，应更换滤芯，必须保证压差不超过800mbar，否则会造成滤芯损坏。

③检查确认过滤器上、下液位正常，自动排污阀动作正常。

④检查确认收集罐液位正常，当液位达高限值时，液位开关动作，DCS上发出报警。此时，应到现场将冷凝液排至指定容器，运走并作适当处理。

2）过滤器切换

①检查确认备用过滤器出口球阀在打开位置。

②打开备用过滤器入口隔断球阀，检查确认各热工仪表正常，检查自动排污阀已经投入工作。

③关闭需停运过滤器入口隔断球阀。如需检修隔离，则关闭出口隔断球阀。同时，在检修期间，禁止将过滤器进、出口隔断球阀，进口旁路隔断球阀打开。

3.水浴加热单元

1）检查确认水浴炉控制面板上无异常报警。

2）检查确认水浴炉燃烧机燃气进口压力为0.05～0.1MPa。燃气进口温度为1～45℃。

3）检查确认水浴炉水温正常，实际水温与设定温度相差不大（实际水温高于设定温度6℃后会自动停运），且最高温度不超过95℃。

4）检查确认水浴炉水位正常，自动补水正常。

5）检查确认水浴炉出口温度与温控蝶阀设定温度相差不大。

6）水浴炉的切换：

①检查确认备用水浴炉水位正常。

②检查确认打开备用水浴炉的燃料供应阀。

③检查确认备用水浴炉出口隔断球阀、排烟挡板在打开位置。

④停运工作水浴炉。

⑤在CRT上启动备用水浴炉。

⑥检查确认水浴炉进口气动球阀自动打开，待备用水浴炉启动正常后原工作水浴炉的进口气动球阀自动关闭。

⑦根据具体情况选择是否关闭原工作水浴炉燃料供应阀。

⑧检查确认系统各设备运行正常，切换成功。

4.燃气轮机调压单元

1）检查燃气轮机调压单元出口压力表读数为3.4（1±1.5%）MPa。

2）检查温度表读数为0～45℃。

（五）调压站停运操作

1.正常停运

1）检查确认调压站具备停运条件。

2）停运压缩机（升压站）或者水浴炉（减压站）。

3）根据具体情况选择是否关闭调压站各调压段出口隔断球阀和入口ESD阀。

2.检修停运

1）关闭需检修单元进、出口隔断球阀。

2）打开该单元的放散球阀、放散截止阀，将天然气泄压至表压为0。

3）用氮气置换天然气，在置换过程中，持续检测放空气体，当放空气体中的甲烷浓度低于1%时，置换结束。

4）做好隔离措施，通知检修进行相应处理。在检修过程中，必须持续对工作区域进行爆炸性气体检测，如果测得的天然气浓度超过10%的爆炸下限，必须停止一切检修工作。