天然氣西氣東輸沿線壓氣站余熱回收利用的探索

王彥普+趙茹男

摘 要 根據(jù)中石油西氣東輸二線壓氣站余熱回收的工程案例實踐，著重研究了余熱回收利用過程的幾個技術關鍵點，通過對這些技術點的把握優(yōu)化，保證了余熱利用的安全可靠，在西氣東輸沿線壓氣站具有很好的推廣實用價值，另一方面也將對俄羅斯向中國輸氣管線的設計起到指導作用。

關鍵詞 壓氣站；燃驅機；余熱發(fā)電；控制連鎖；空冷技術

中圖分類號：TK431 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0137-01

西氣東輸二線是我國第一條引進境外天然氣的大型管道工程，主供氣源為土庫曼斯坦、哈薩克斯坦等中亞國家的天然氣。氣源從霍爾果斯進入西氣東輸二線管道，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、湖南、廣東、廣西等10個省區(qū)市，干線全長4895千米，加上若干條支線，管道總長度超過9102千米。

由于西氣東輸二線管道輸送距離遠，沿途壓損大，需要進行沿程升壓，抵消壓力損耗，沿程約每200千米設置一座天然氣升壓站（以下簡稱壓氣站）。而在廣袤的西部地區(qū)，大多數(shù)壓氣站建在戈壁荒漠，其電網(wǎng)覆蓋率不足，因此，采用了燃機壓縮機升壓（以下簡稱燃驅機）。燃驅機正常運行時排出廢氣溫度在470～500℃之間，最高達到530℃。中石油設計院在設計壓氣站時，考慮壓氣站一般比較偏遠，采用燃驅機廢氣直接排放方案，不僅造成了空氣熱污染，更是一種熱量的浪費。在今天提倡“節(jié)能減排”的大環(huán)境下，有必要對這部分熱能進行回收利用。

1 壓氣站配置

西氣東輸二線從新疆霍爾果斯至寧夏中衛(wèi)段共有11個壓氣站，通過燃氣輪機拖動壓縮機做功。各壓氣站配置各不相同，常規(guī)配置為三臺燃驅機，正常運行兩臺，備用一臺。燃驅機供貨商主要為美國GE（通用）和英國Rolls-Royce（羅爾斯·羅伊斯），其中以GE公司燃機為主，燃驅機設計參數(shù)如下：

機型 PGT25+ 功率 31364 kW

廢氣流量 84.3 kg/s 廢氣溫 485℃

燃驅機做功后高溫乏氣通過煙道排至機房頂部，直接對空排放。

2 余熱利用建議

在余熱回收過程中，通過大口徑煙氣管道，將高溫廢氣引入余熱鍋爐，產生高品質蒸汽，引入汽輪機，推動汽輪機做功，帶動發(fā)電機將熱能轉化為電能。

我們在甘肅沿線壓氣站余熱回收工程的進行了有益嘗試，摸索出以下技術建議（分析時按常規(guī)的三臺燃驅機配置，正常運行兩運一備）。

1）機組配置。壓氣站燃驅機一般為多臺配置，一般在設置余熱機組時，一方面要考慮運行靈活性，同時還要考慮經(jīng)濟型。因此，綜合比較后按三臺燃機對應一臺余熱鍋爐和一套汽輪發(fā)電機組，在一臺燃驅機故障的情況，機組保持在50%負荷，能夠穩(wěn)定運行，同時也能有效控制投資成本。

2）參數(shù)選擇。因為燃驅機排氣溫度達到485℃（設計工況），對應余熱蒸汽有中溫中壓和次中壓參數(shù)供選擇。設計時，應優(yōu)先選用中壓參數(shù)，提高機組效率。同時天然氣已經(jīng)經(jīng)過處理，幾乎不含硫元素，因此，鍋爐設計時可以忽略酸露點對尾部受熱面的影響，根據(jù)在水泥余熱發(fā)電已經(jīng)成功應用的雙壓設計理念，可以完全應用在天然氣余熱上。因此，在機組按雙壓參數(shù)選擇，將排氣溫度控制在95℃左右。

3）汽輪機乏汽冷卻配置。因為壓氣站主要集中在西北荒漠地區(qū)，電廠又是耗水大戶，水資源成為困擾發(fā)電設計的主要因素。我們根據(jù)國家的產業(yè)政策，結合已有的成功應用案例，采用直接空冷散熱器，較水冷機組能有效降低50%以上的耗水量。在污水排放方面，因為壓氣站比較偏遠，都缺少相應的市政配套，污水需要自己消納處理，因此廢水排污量越大，工程投資越不可控，因此選用空冷機組也能有效控制成本。

4）系統(tǒng)連鎖控制。此條是設計過程中最重要的因素。通過增加余熱回收，在燃驅機出口設置三通，其中一個接口至余熱鍋爐，上面裝設調節(jié)擋板，在擋板前設置安全模板；另一接口直接排大氣，上部裝快開閥及消音器。采用上述設計方案，主要有以下考慮，當燃驅機排氣出口壓力達到一定數(shù)值就會連鎖燃驅機跳閘，進而影響廣大的天然氣用戶，無疑會成為政治事件，因此此部分設計必須安全可靠。在余熱鍋爐側故障的情況下，必須要求排大氣的快關閥迅速打開，且可靠，一般要求開啟時間控制在0.5 s左右，對于直徑4200 mm的大管道，要做到這么短的關閉時間，必須采用氣動或液動執(zhí)行器，建議采用進口閥門，此是第一道保護；在通向余熱鍋爐的調節(jié)擋板前設計安全模板或特制重力式防爆門，在快關閥打不開或開啟時間過長的情況，管道壓力達到一定數(shù)值（低于燃驅機跳閘值），安全防爆裝置自動打開，保證燃驅機排氣口壓力值不超標，這個是第二道保護措施。在余熱機組恢復啟動情況下，因為鍋爐需要緩慢升壓，則要求燃驅機排大氣口快關閥緩慢關閉，實現(xiàn)余熱鍋爐高溫廢氣的進氣量的穩(wěn)步增加。因此，排大氣出口快開慢關閥是整個連鎖設計的重中之重，也是檢驗整個工程成敗的關鍵因素，必須引起足夠重視。

5）風機備用。按常規(guī)火力發(fā)電機組設置，風機不設備用。對于余熱發(fā)電，建議不設備用，因為風機入口調節(jié)擋板密閉性不嚴，在一臺風機運行的情況下，備用風機也會成為煙氣通道，同時因為備用側煙氣量少，煙氣中的水蒸汽會在葉片凝結，進而加速風機的腐蝕速度。

6）規(guī)范使用。因為壓氣站已經(jīng)投運，余熱電站必須在壓氣站外另選廠址建設，因此工程性質雖然為燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)，實際上余熱電站側沒有任何可燃物的存在，因此不必要生搬硬套《燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠設計規(guī)定》，可以借鑒余熱發(fā)電方面的技術規(guī)定，避免將消防等安全設計標準提的過高。

3 結束語

2014年5月，中俄簽訂天然氣供應協(xié)議，供氣管線途徑人煙稀少的西伯利亞地區(qū)，因此，其升壓站采用燃驅機的可能性較大，這就為壓氣站的余熱利用創(chuàng)造了條件。因此，在中俄輸氣管道設計開展階段，希望借鑒國內壓氣站余熱的成功嘗試，在壓氣站設計階段做好余熱利用同步建設或條件預留，實現(xiàn)能源利用的最大化。

參考文獻

[1]美國GE技術資料.PGT25+SAC Performance Maps.2002.

[2]中國石油集團工程設計有限責任公司.甘肅各壓氣站設計文件.2010.

[3]李笑樂.工程熱力學[M].北京：水利電力出版社，1993.

[4]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].北京：水利電力出版社，1992.

[5]溫高.發(fā)電廠空冷技術[M].北京：中國電力出版社，2008.endprint

摘 要 根據(jù)中石油西氣東輸二線壓氣站余熱回收的工程案例實踐，著重研究了余熱回收利用過程的幾個技術關鍵點，通過對這些技術點的把握優(yōu)化，保證了余熱利用的安全可靠，在西氣東輸沿線壓氣站具有很好的推廣實用價值，另一方面也將對俄羅斯向中國輸氣管線的設計起到指導作用。

關鍵詞 壓氣站；燃驅機；余熱發(fā)電；控制連鎖；空冷技術

中圖分類號：TK431 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0137-01

西氣東輸二線是我國第一條引進境外天然氣的大型管道工程，主供氣源為土庫曼斯坦、哈薩克斯坦等中亞國家的天然氣。氣源從霍爾果斯進入西氣東輸二線管道，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、湖南、廣東、廣西等10個省區(qū)市，干線全長4895千米，加上若干條支線，管道總長度超過9102千米。

由于西氣東輸二線管道輸送距離遠，沿途壓損大，需要進行沿程升壓，抵消壓力損耗，沿程約每200千米設置一座天然氣升壓站（以下簡稱壓氣站）。而在廣袤的西部地區(qū)，大多數(shù)壓氣站建在戈壁荒漠，其電網(wǎng)覆蓋率不足，因此，采用了燃機壓縮機升壓（以下簡稱燃驅機）。燃驅機正常運行時排出廢氣溫度在470～500℃之間，最高達到530℃。中石油設計院在設計壓氣站時，考慮壓氣站一般比較偏遠，采用燃驅機廢氣直接排放方案，不僅造成了空氣熱污染，更是一種熱量的浪費。在今天提倡“節(jié)能減排”的大環(huán)境下，有必要對這部分熱能進行回收利用。

1 壓氣站配置

西氣東輸二線從新疆霍爾果斯至寧夏中衛(wèi)段共有11個壓氣站，通過燃氣輪機拖動壓縮機做功。各壓氣站配置各不相同，常規(guī)配置為三臺燃驅機，正常運行兩臺，備用一臺。燃驅機供貨商主要為美國GE（通用）和英國Rolls-Royce（羅爾斯·羅伊斯），其中以GE公司燃機為主，燃驅機設計參數(shù)如下：

機型 PGT25+ 功率 31364 kW

廢氣流量 84.3 kg/s 廢氣溫 485℃

燃驅機做功后高溫乏氣通過煙道排至機房頂部，直接對空排放。

2 余熱利用建議

在余熱回收過程中，通過大口徑煙氣管道，將高溫廢氣引入余熱鍋爐，產生高品質蒸汽，引入汽輪機，推動汽輪機做功，帶動發(fā)電機將熱能轉化為電能。

我們在甘肅沿線壓氣站余熱回收工程的進行了有益嘗試，摸索出以下技術建議（分析時按常規(guī)的三臺燃驅機配置，正常運行兩運一備）。

1）機組配置。壓氣站燃驅機一般為多臺配置，一般在設置余熱機組時，一方面要考慮運行靈活性，同時還要考慮經(jīng)濟型。因此，綜合比較后按三臺燃機對應一臺余熱鍋爐和一套汽輪發(fā)電機組，在一臺燃驅機故障的情況，機組保持在50%負荷，能夠穩(wěn)定運行，同時也能有效控制投資成本。

2）參數(shù)選擇。因為燃驅機排氣溫度達到485℃（設計工況），對應余熱蒸汽有中溫中壓和次中壓參數(shù)供選擇。設計時，應優(yōu)先選用中壓參數(shù)，提高機組效率。同時天然氣已經(jīng)經(jīng)過處理，幾乎不含硫元素，因此，鍋爐設計時可以忽略酸露點對尾部受熱面的影響，根據(jù)在水泥余熱發(fā)電已經(jīng)成功應用的雙壓設計理念，可以完全應用在天然氣余熱上。因此，在機組按雙壓參數(shù)選擇，將排氣溫度控制在95℃左右。

3）汽輪機乏汽冷卻配置。因為壓氣站主要集中在西北荒漠地區(qū)，電廠又是耗水大戶，水資源成為困擾發(fā)電設計的主要因素。我們根據(jù)國家的產業(yè)政策，結合已有的成功應用案例，采用直接空冷散熱器，較水冷機組能有效降低50%以上的耗水量。在污水排放方面，因為壓氣站比較偏遠，都缺少相應的市政配套，污水需要自己消納處理，因此廢水排污量越大，工程投資越不可控，因此選用空冷機組也能有效控制成本。

4）系統(tǒng)連鎖控制。此條是設計過程中最重要的因素。通過增加余熱回收，在燃驅機出口設置三通，其中一個接口至余熱鍋爐，上面裝設調節(jié)擋板，在擋板前設置安全模板；另一接口直接排大氣，上部裝快開閥及消音器。采用上述設計方案，主要有以下考慮，當燃驅機排氣出口壓力達到一定數(shù)值就會連鎖燃驅機跳閘，進而影響廣大的天然氣用戶，無疑會成為政治事件，因此此部分設計必須安全可靠。在余熱鍋爐側故障的情況下，必須要求排大氣的快關閥迅速打開，且可靠，一般要求開啟時間控制在0.5 s左右，對于直徑4200 mm的大管道，要做到這么短的關閉時間，必須采用氣動或液動執(zhí)行器，建議采用進口閥門，此是第一道保護；在通向余熱鍋爐的調節(jié)擋板前設計安全模板或特制重力式防爆門，在快關閥打不開或開啟時間過長的情況，管道壓力達到一定數(shù)值（低于燃驅機跳閘值），安全防爆裝置自動打開，保證燃驅機排氣口壓力值不超標，這個是第二道保護措施。在余熱機組恢復啟動情況下，因為鍋爐需要緩慢升壓，則要求燃驅機排大氣口快關閥緩慢關閉，實現(xiàn)余熱鍋爐高溫廢氣的進氣量的穩(wěn)步增加。因此，排大氣出口快開慢關閥是整個連鎖設計的重中之重，也是檢驗整個工程成敗的關鍵因素，必須引起足夠重視。

5）風機備用。按常規(guī)火力發(fā)電機組設置，風機不設備用。對于余熱發(fā)電，建議不設備用，因為風機入口調節(jié)擋板密閉性不嚴，在一臺風機運行的情況下，備用風機也會成為煙氣通道，同時因為備用側煙氣量少，煙氣中的水蒸汽會在葉片凝結，進而加速風機的腐蝕速度。

6）規(guī)范使用。因為壓氣站已經(jīng)投運，余熱電站必須在壓氣站外另選廠址建設，因此工程性質雖然為燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)，實際上余熱電站側沒有任何可燃物的存在，因此不必要生搬硬套《燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠設計規(guī)定》，可以借鑒余熱發(fā)電方面的技術規(guī)定，避免將消防等安全設計標準提的過高。

3 結束語

2014年5月，中俄簽訂天然氣供應協(xié)議，供氣管線途徑人煙稀少的西伯利亞地區(qū)，因此，其升壓站采用燃驅機的可能性較大，這就為壓氣站的余熱利用創(chuàng)造了條件。因此，在中俄輸氣管道設計開展階段，希望借鑒國內壓氣站余熱的成功嘗試，在壓氣站設計階段做好余熱利用同步建設或條件預留，實現(xiàn)能源利用的最大化。

參考文獻

[1]美國GE技術資料.PGT25+SAC Performance Maps.2002.

[2]中國石油集團工程設計有限責任公司.甘肅各壓氣站設計文件.2010.

[3]李笑樂.工程熱力學[M].北京：水利電力出版社，1993.

[4]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].北京：水利電力出版社，1992.

[5]溫高.發(fā)電廠空冷技術[M].北京：中國電力出版社，2008.endprint

摘 要 根據(jù)中石油西氣東輸二線壓氣站余熱回收的工程案例實踐，著重研究了余熱回收利用過程的幾個技術關鍵點，通過對這些技術點的把握優(yōu)化，保證了余熱利用的安全可靠，在西氣東輸沿線壓氣站具有很好的推廣實用價值，另一方面也將對俄羅斯向中國輸氣管線的設計起到指導作用。

關鍵詞 壓氣站；燃驅機；余熱發(fā)電；控制連鎖；空冷技術

中圖分類號：TK431 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0137-01

西氣東輸二線是我國第一條引進境外天然氣的大型管道工程，主供氣源為土庫曼斯坦、哈薩克斯坦等中亞國家的天然氣。氣源從霍爾果斯進入西氣東輸二線管道，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、湖南、廣東、廣西等10個省區(qū)市，干線全長4895千米，加上若干條支線，管道總長度超過9102千米。

由于西氣東輸二線管道輸送距離遠，沿途壓損大，需要進行沿程升壓，抵消壓力損耗，沿程約每200千米設置一座天然氣升壓站（以下簡稱壓氣站）。而在廣袤的西部地區(qū)，大多數(shù)壓氣站建在戈壁荒漠，其電網(wǎng)覆蓋率不足，因此，采用了燃機壓縮機升壓（以下簡稱燃驅機）。燃驅機正常運行時排出廢氣溫度在470～500℃之間，最高達到530℃。中石油設計院在設計壓氣站時，考慮壓氣站一般比較偏遠，采用燃驅機廢氣直接排放方案，不僅造成了空氣熱污染，更是一種熱量的浪費。在今天提倡“節(jié)能減排”的大環(huán)境下，有必要對這部分熱能進行回收利用。

1 壓氣站配置

西氣東輸二線從新疆霍爾果斯至寧夏中衛(wèi)段共有11個壓氣站，通過燃氣輪機拖動壓縮機做功。各壓氣站配置各不相同，常規(guī)配置為三臺燃驅機，正常運行兩臺，備用一臺。燃驅機供貨商主要為美國GE（通用）和英國Rolls-Royce（羅爾斯·羅伊斯），其中以GE公司燃機為主，燃驅機設計參數(shù)如下：

機型 PGT25+ 功率 31364 kW

廢氣流量 84.3 kg/s 廢氣溫 485℃

燃驅機做功后高溫乏氣通過煙道排至機房頂部，直接對空排放。

2 余熱利用建議

在余熱回收過程中，通過大口徑煙氣管道，將高溫廢氣引入余熱鍋爐，產生高品質蒸汽，引入汽輪機，推動汽輪機做功，帶動發(fā)電機將熱能轉化為電能。

我們在甘肅沿線壓氣站余熱回收工程的進行了有益嘗試，摸索出以下技術建議（分析時按常規(guī)的三臺燃驅機配置，正常運行兩運一備）。

1）機組配置。壓氣站燃驅機一般為多臺配置，一般在設置余熱機組時，一方面要考慮運行靈活性，同時還要考慮經(jīng)濟型。因此，綜合比較后按三臺燃機對應一臺余熱鍋爐和一套汽輪發(fā)電機組，在一臺燃驅機故障的情況，機組保持在50%負荷，能夠穩(wěn)定運行，同時也能有效控制投資成本。

2）參數(shù)選擇。因為燃驅機排氣溫度達到485℃（設計工況），對應余熱蒸汽有中溫中壓和次中壓參數(shù)供選擇。設計時，應優(yōu)先選用中壓參數(shù)，提高機組效率。同時天然氣已經(jīng)經(jīng)過處理，幾乎不含硫元素，因此，鍋爐設計時可以忽略酸露點對尾部受熱面的影響，根據(jù)在水泥余熱發(fā)電已經(jīng)成功應用的雙壓設計理念，可以完全應用在天然氣余熱上。因此，在機組按雙壓參數(shù)選擇，將排氣溫度控制在95℃左右。

3）汽輪機乏汽冷卻配置。因為壓氣站主要集中在西北荒漠地區(qū)，電廠又是耗水大戶，水資源成為困擾發(fā)電設計的主要因素。我們根據(jù)國家的產業(yè)政策，結合已有的成功應用案例，采用直接空冷散熱器，較水冷機組能有效降低50%以上的耗水量。在污水排放方面，因為壓氣站比較偏遠，都缺少相應的市政配套，污水需要自己消納處理，因此廢水排污量越大，工程投資越不可控，因此選用空冷機組也能有效控制成本。

4）系統(tǒng)連鎖控制。此條是設計過程中最重要的因素。通過增加余熱回收，在燃驅機出口設置三通，其中一個接口至余熱鍋爐，上面裝設調節(jié)擋板，在擋板前設置安全模板；另一接口直接排大氣，上部裝快開閥及消音器。采用上述設計方案，主要有以下考慮，當燃驅機排氣出口壓力達到一定數(shù)值就會連鎖燃驅機跳閘，進而影響廣大的天然氣用戶，無疑會成為政治事件，因此此部分設計必須安全可靠。在余熱鍋爐側故障的情況下，必須要求排大氣的快關閥迅速打開，且可靠，一般要求開啟時間控制在0.5 s左右，對于直徑4200 mm的大管道，要做到這么短的關閉時間，必須采用氣動或液動執(zhí)行器，建議采用進口閥門，此是第一道保護；在通向余熱鍋爐的調節(jié)擋板前設計安全模板或特制重力式防爆門，在快關閥打不開或開啟時間過長的情況，管道壓力達到一定數(shù)值（低于燃驅機跳閘值），安全防爆裝置自動打開，保證燃驅機排氣口壓力值不超標，這個是第二道保護措施。在余熱機組恢復啟動情況下，因為鍋爐需要緩慢升壓，則要求燃驅機排大氣口快關閥緩慢關閉，實現(xiàn)余熱鍋爐高溫廢氣的進氣量的穩(wěn)步增加。因此，排大氣出口快開慢關閥是整個連鎖設計的重中之重，也是檢驗整個工程成敗的關鍵因素，必須引起足夠重視。

5）風機備用。按常規(guī)火力發(fā)電機組設置，風機不設備用。對于余熱發(fā)電，建議不設備用，因為風機入口調節(jié)擋板密閉性不嚴，在一臺風機運行的情況下，備用風機也會成為煙氣通道，同時因為備用側煙氣量少，煙氣中的水蒸汽會在葉片凝結，進而加速風機的腐蝕速度。

6）規(guī)范使用。因為壓氣站已經(jīng)投運，余熱電站必須在壓氣站外另選廠址建設，因此工程性質雖然為燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)，實際上余熱電站側沒有任何可燃物的存在，因此不必要生搬硬套《燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠設計規(guī)定》，可以借鑒余熱發(fā)電方面的技術規(guī)定，避免將消防等安全設計標準提的過高。

3 結束語

2014年5月，中俄簽訂天然氣供應協(xié)議，供氣管線途徑人煙稀少的西伯利亞地區(qū)，因此，其升壓站采用燃驅機的可能性較大，這就為壓氣站的余熱利用創(chuàng)造了條件。因此，在中俄輸氣管道設計開展階段，希望借鑒國內壓氣站余熱的成功嘗試，在壓氣站設計階段做好余熱利用同步建設或條件預留，實現(xiàn)能源利用的最大化。

參考文獻

[1]美國GE技術資料.PGT25+SAC Performance Maps.2002.

[2]中國石油集團工程設計有限責任公司.甘肅各壓氣站設計文件.2010.

[3]李笑樂.工程熱力學[M].北京：水利電力出版社，1993.

[4]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].北京：水利電力出版社，1992.

[5]溫高.發(fā)電廠空冷技術[M].北京：中國電力出版社，2008.endprint