李旭東 李柏成 仲亞山 周平 王若群 侯佳 安陽(yáng)

國家管網(wǎng)集團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)集團西部管道公司某站RB211型機進(jìn)氣過(guò)濾系統的結構和組成，并對該系統存在的問(wèn)題進(jìn)行了深入分析，提出一項高效的系統改進(jìn)方案。改造后過(guò)濾效果明顯改善，在保證機組運行效率的同時(shí)取得了良好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機；進(jìn)氣過(guò)濾系統；多級過(guò)濾；顆粒度；機組性能

在天然氣輸送站場(chǎng)，燃氣發(fā)生器是一種常用的設備，用于為離心式壓縮機提供動(dòng)力。燃機工作中需要吸入大量空氣參與燃燒，在此過(guò)程中空氣中的各種污染物都有可能進(jìn)入燃機中，影響機組運行的可靠性、經(jīng)濟性、安全性和使用壽命。燃機進(jìn)氣過(guò)濾系統的主要工作目標就是對空氣進(jìn)行有效清潔，從而滿(mǎn)足燃氣的使用要求。

1  RB211燃機進(jìn)氣過(guò)濾系統存在問(wèn)題分析

1.1  機組進(jìn)氣系統概況

國家管網(wǎng)集團西部管道公司某站的燃氣輪機進(jìn)氣系統采用康斐爾公司單級自潔脈沖氣流反吹過(guò)濾器，過(guò)濾元件為剛性濾筒，圓筒式過(guò)濾器采用超細合成纖維配合植物纖維混合材料濾紙，具備防塵埃板結和抗濕性能，在干燥或潮濕環(huán)境下始終保持良好的性能，過(guò)濾效率達到EN779-2012 歐標F9級，設計使用壽命16000小時(shí)。

康斐爾過(guò)濾系統為單級過(guò)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(kāi)。濾材表面進(jìn)行防水涂層處理，具備抗濕性能，并加工成百褶形狀，單根濾芯的額定流量≥1800 m³/h[1]。過(guò)濾下來(lái)的顆粒物附著(zhù)在濾芯外表面，會(huì )引起過(guò)濾差壓升高，當過(guò)濾差壓達到報警值時(shí)，脈沖反吹系統自動(dòng)啟動(dòng)。脈沖氣體為壓力在0.76 MPa～0.83 MPa的無(wú)油、無(wú)水壓縮空氣，在反吹電磁閥控制下以0.1 s的時(shí)間進(jìn)行脈沖，通過(guò)膜片閥從濾芯頂部將壓縮氣體噴出，形成一次瞬間沖擊，將濾芯從內而外進(jìn)行清吹，進(jìn)而將濾芯吸附的顆粒物吹掉。當過(guò)濾差壓回落達到某一設定值時(shí)，反吹自動(dòng)停止[2]。

燃機進(jìn)氣過(guò)濾系統一旦出現問(wèn)題，進(jìn)氣損失常會(huì )對機組產(chǎn)生下列影響。

（1）影響燃機輸出功率和熱功率。燃機進(jìn)氣系統出現壓降過(guò)高時(shí)，要想實(shí)現出口壓力保持不變，壓氣機的比功需要持續增加，因此在需要消耗更多的透平出功來(lái)帶動(dòng)壓氣機，進(jìn)而導致燃機的功率和效率呈現出下降趨勢。

（2）影響機組的使用效率。燃機在工作過(guò)程中，空氣中的灰塵或顆粒物會(huì )進(jìn)入到燃機內部，這些雜質(zhì)會(huì )造成壓氣機葉片內部發(fā)生結垢現象，造成葉片形狀發(fā)生改變，從而導致壓氣機壓比下降，影響整個(gè)機組在工作過(guò)程中的輸出功率。另外，壓氣機葉片發(fā)生結垢后會(huì )造成葉片本身的固有頻率發(fā)生改變，導致機振頻率的工作效率降低，甚至可能導致葉片發(fā)生斷裂。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中必須重視葉片的結垢程度，需要及時(shí)清理掉燃氣輪機葉片上的結垢。然而，清洗次數過(guò)多會(huì )增加機組的運行成本，同時(shí)會(huì )降低機組在工作過(guò)程中的使用效率。

（3）影響壓氣機喘振裕度。當空氣中的污染物進(jìn)入到燃機內部時(shí)，不僅會(huì )對壓氣機葉片造成嚴重的腐蝕現象，同時(shí)也會(huì )改變葉片表面的氣體功角，導致壓氣機的喘振裕度發(fā)生明顯改變，嚴重的情況下會(huì )影響機組的安全運行。

（4）影響燃機的級間密封。燃機壓氣機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(huì )導致密封墊發(fā)生磨損，直接影響到燃氣的整體工作效率。

（5）造成高溫熱部件燒蝕。燃機的所有高溫熱部件大多數是依靠壓氣機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長(cháng)。如果冷卻空氣中的干凈程度不足，會(huì )導致冷卻孔道發(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  燃機進(jìn)氣系統問(wèn)題及原因分析

進(jìn)氣系統出現的問(wèn)題主要包括：?jiǎn)渭壍淖郧迨綖V芯的初始效率比較低，從而導致使用初期會(huì )有大量的顆粒進(jìn)入燃機通流部件，造成部件沖擊受損[3]；頻繁的脈沖反吹，會(huì )造成濾材的內部過(guò)濾結構損壞。由于受沙塵、潮濕環(huán)境的影響，濾芯壽命縮短，導致濾芯失效，最終達不到預期的過(guò)濾等級，嚴重時(shí)造成燃機葉片受損；在線(xiàn)反吹清潔效果差，反吹系統無(wú)法有效清除粘性的細小顆粒，尤其到后期，反吹對恢復濾芯差壓基本沒(méi)有效果（圖 1）；同壓比下，燃氣輪機出力、效率和經(jīng)濟性能下降等。

圖 1 現場(chǎng)反吹效果

分析該站燃機進(jìn)氣系統出現的問(wèn)題，主要是由以下三個(gè)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，導致壓降增長(cháng)過(guò)快，而反吹裝置無(wú)法完全清除濾芯內部的污染物，影響濾芯的使用壽命。

（2）灰塵粒徑分布。根據對西部管道公司某站連續三個(gè)月平均天氣的統計數據，約70%的時(shí)間處于沙塵天氣�？諝庵械幕覊m粒徑主要集中在5μm范圍內，而F9級濾芯主要過(guò)濾0.1μm～3μm范圍內的灰塵。因此，濾芯表面容易聚集大顆�；覊m，從而影響濾芯的壽命。

（3）未設置分級過(guò)濾。該機型濾芯為F9級濾芯，這種濾芯過(guò)濾0.1μm～5μm的初始效率是較低的，但隨著(zhù)使用時(shí)間的增加，容塵量的增加，過(guò)濾0.1μm～5μm的效率會(huì )逐步提高。由于該機型為單級過(guò)濾，F9級精濾直接用于過(guò)濾直徑0.1μm以上的大顆粒物，當0.1μm～5μm段的效率還未提高到理想狀態(tài)時(shí)，5μm以上段灰塵已經(jīng)大量聚集在濾芯，而反吹系統又無(wú)法有效清除聚集的大顆�；覊m，濾芯很快失效[3]。

2  進(jìn)氣過(guò)濾系統優(yōu)化改造及效果評估

2.1  進(jìn)氣過(guò)濾系統優(yōu)化改造

為了改善進(jìn)氣過(guò)濾系統的性能和穩定性，提出以下改造方案：

優(yōu)化過(guò)濾模式為雙重過(guò)濾模式，包括初級預過(guò)濾和末級過(guò)濾（精過(guò)濾）兩個(gè)階段。初級預過(guò)濾作為整個(gè)過(guò)濾系統的預過(guò)濾，用于在精濾前過(guò)濾1μm～5μm的大顆�；覊m；末級過(guò)濾是采用精濾，用于繼續吸附經(jīng)初級預過(guò)濾后剩余的小顆�；覊m，進(jìn)一步提高進(jìn)入壓氣機的潔凈度[3]。

進(jìn)氣過(guò)濾系統的管線(xiàn)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(gè)過(guò)濾墻安裝于所有管路管線(xiàn)之下，安裝完成后會(huì )將所有的管路管線(xiàn)覆蓋住。因此，燃機進(jìn)氣過(guò)濾系統初級預過(guò)濾選用過(guò)濾等級為G4級的板式過(guò)濾器，圍繞工字鋼鋪設初效過(guò)濾墻整體的滑軌導槽，采用鉚接或者螺栓連接內設初效板式過(guò)濾器，以模塊形式設計，整個(gè)采用滑軌設計，從左至右進(jìn)行滑動(dòng)鋪設，最終整個(gè)進(jìn)風(fēng)面完全被初效板式過(guò)濾棉覆蓋�。▓D 2）。這樣可以提高系統的凈化效果，截留粒徑1μm～5μm的懸浮性顆粒。

圖2 進(jìn)氣過(guò)濾系統改造后

2.2  改造效果

燃機進(jìn)氣過(guò)濾系統優(yōu)化改造后，過(guò)濾效率得到顯著(zhù)提升。運行一年以后，對壓氣機進(jìn)行孔探檢查，發(fā)現壓氣機葉片光亮如新、無(wú)大顆粒物撞擊痕跡。由此可見(jiàn)，燃機壓氣機能夠長(cháng)時(shí)間保持清潔、高效的狀態(tài)運行，成功規避了水洗過(guò)程中水洗液對壓氣機葉片造成的沖擊和溫度劇變引發(fā)的熱應力問(wèn)題，從而延長(cháng)了燃機部件的使用壽命。

同時(shí)通過(guò)改造延長(cháng)了濾芯使用壽命，從原來(lái)的24個(gè)月延長(cháng)到48個(gè)月，這樣可以節約一個(gè)周期的濾芯費用約25萬(wàn)元。本次改造成本約為20萬(wàn)元，而每個(gè)周期更換粗濾的費用約為2萬(wàn)元。一臺機組改造成本一個(gè)周期即可收回，且之后的每個(gè)周期可以節約23萬(wàn)元。

3  結論

通過(guò)對該站RB211型燃機進(jìn)氣過(guò)濾系統的改造，安裝初效過(guò)濾墻和優(yōu)化過(guò)濾模式，濾芯壽命延長(cháng)，機組性能明顯改善，取得了良好經(jīng)濟效益。

然而，需要注意的是，本文僅針對該站RB211型燃機進(jìn)氣過(guò)濾系統進(jìn)行了分析和改造，具體的改造方案和經(jīng)濟效益可能因不同的系統和環(huán)境條件而有所差異。因此，在實(shí)際應用中，還需根據具體情況進(jìn)行評估和調整。

參考文獻：

[1]康斐爾過(guò)濾設備有限公司.燃氣輪機空氣進(jìn)氣過(guò)濾系統安裝、操作和維護手冊[R].上海：康斐爾過(guò)濾設備有限公司，2008.

[2]王樹(shù)國，孫劍，侯力，等.9E型燃氣輪機進(jìn)氣過(guò)濾系統改造[J].華電技術(shù)，2015，37(02)：30-33+77.

[3]馮湘斌.9F燃氣輪機壓氣機進(jìn)氣過(guò)濾器改造[J].燃氣輪機技術(shù)，2018，31(01)：60-65+72.

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