輸氣站燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)冰結(jié)霜分析與改進(jìn)

馬建朝

（中石油管道聯(lián)合有限公司西部分公司 烏魯木齊）

一、簡(jiǎn)介

西氣東輸二線瑪納斯壓氣站自2009年投產(chǎn)以來，冬季由于受到冷空氣的影響，加之周邊地區(qū)空氣潮濕霧大，造成瑪納斯壓氣站燃機(jī)空氣過濾器濾芯內(nèi)外經(jīng)常結(jié)霜結(jié)冰。雖然GE公司根據(jù)要求配備了防冰系統(tǒng)，但西二線瑪納斯壓氣站幾個(gè)冬季的運(yùn)行表明，當(dāng)雨雪天氣或相對(duì)濕度≥90%RH時(shí),燃?jí)簷C(jī)組進(jìn)氣濾芯就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的冰霜堵塞，若不及時(shí)進(jìn)行人工除冰除霜,機(jī)組就會(huì)發(fā)生進(jìn)氣壓降高→報(bào)警→停機(jī)現(xiàn)象。雖然GE燃?xì)廨啓C(jī)在空氣過濾器里面自帶了脈沖反吹系統(tǒng)進(jìn)行吹掃，但是空氣過濾器結(jié)冰結(jié)霜問題還是無法清除，因結(jié)冰結(jié)霜造成進(jìn)氣系統(tǒng)壓損超高而被迫停機(jī)問題依然發(fā)生。

二、結(jié)冰結(jié)霜機(jī)理分析

瑪納斯壓氣站地處昌吉地區(qū)，位于亞歐大陸腹地，準(zhǔn)噶爾盆地南緣遠(yuǎn)離海洋，屬中溫帶大陸性干旱氣候。冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，夏季炎熱，春季升溫快且不穩(wěn)，秋季降溫迅速，冷空氣活動(dòng)頻繁。每年二三月份空氣濕度較大，加上晝夜溫差較大，起霧幾率大增，燃?xì)廨啓C(jī)在這個(gè)季節(jié)結(jié)冰結(jié)霜經(jīng)常發(fā)生。根據(jù)GB/T 13674-1992《燃?xì)廨啓C(jī)輔助設(shè)備通用技術(shù)要求》、HB 7257-1995《輕型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾器》和HB 7811-2006《燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)通用技術(shù)要求》，在高寒高濕地區(qū)，燃機(jī)進(jìn)氣過濾器濾芯前應(yīng)設(shè)計(jì)濾芯進(jìn)氣加熱裝置，以防止濾芯結(jié)霜結(jié)冰。

根據(jù)熱工學(xué)可知，濾芯進(jìn)氣系統(tǒng)由于空氣流速的變化必然會(huì)造成空氣溫度的變化?？諝饬魉僭娇欤諝鉁亟翟酱蠡蜻M(jìn)氣壓降越大，空氣溫降越大。當(dāng)濾芯內(nèi)外壓差造成的溫降使空氣的干氣溫度Ta≤空氣的露點(diǎn)溫度Td時(shí)，空氣中的水蒸氣會(huì)冷凝成水，當(dāng)Ta≤0℃時(shí)，凝結(jié)水就凝華成冰霜。這種凝成的冰霜會(huì)嵌在濾芯的內(nèi)外部，因此靠脈沖反沖洗是不能清除掉這種冰霜的。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察分析，GE等公司在進(jìn)氣道消聲器加熱進(jìn)氣的方法明顯不符合高寒高濕地區(qū)，如果在濾芯前加熱，既能防止濾芯結(jié)冰，又能防止消聲器、進(jìn)氣喇叭口和一級(jí)可調(diào)導(dǎo)葉的結(jié)冰。

因此，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過濾器本身帶有自動(dòng)和手動(dòng)反吹系統(tǒng)，由于是由內(nèi)而外進(jìn)行反吹，不能根本消除濾芯結(jié)冰結(jié)霜問題，應(yīng)該加以改進(jìn)。圖1所示為濾芯表明結(jié)霜時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)照片。

三、改進(jìn)方法

結(jié)合瑪納斯壓氣站機(jī)組已有防冰系統(tǒng)形式及環(huán)境條件，提出由外正吹進(jìn)行加熱的改造方法。在原燃機(jī)進(jìn)氣過濾器前增加一套進(jìn)氣加熱裝置，加熱空氣取自燃機(jī)壓氣機(jī)中間級(jí)防冰抽氣系統(tǒng)（參考其機(jī)組資料，防冰加熱抽氣溫度約為400℃），利用少量的高溫抽氣（高壓空氣）對(duì)過濾器前的冷空氣進(jìn)行摻混加熱，使空氣在進(jìn)入過濾器前進(jìn)氣相對(duì)濕度下降，來避免濾芯表面結(jié)霜結(jié)冰。

利用少量的燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)中間級(jí)的抽氣（350～427℃，1.3～2.01 MPa），通過控制調(diào)節(jié)閥的開度，把適量的高溫氣體噴在空氣過濾器濾芯周圍，對(duì)冷空氣進(jìn)行混合加熱。保證高溫高壓氣體噴出后不對(duì)過濾器濾芯造成任何不良影響。通過對(duì)噴嘴分布和噴射方向進(jìn)行合理布置，確保濾芯表面溫度≤20℃。

圖1 濾芯表面結(jié)霜照片

在機(jī)組原有防結(jié)冰引氣分配管上安裝三通，通過三通分接一管路，在分流道網(wǎng)狀布置的噴嘴上，為防止加熱空氣損傷濾紙表面，噴嘴高度距離濾芯底部約20 cm。

圖2 網(wǎng)狀布置的噴嘴

圖3 瑪納斯壓氣站除霜后的效果圖

四、改進(jìn)后效果

根據(jù)測(cè)算，空氣過濾器濾芯結(jié)冰結(jié)霜后，會(huì)降低燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)熱效率1.5～2個(gè)百分點(diǎn)。進(jìn)氣過濾器結(jié)霜結(jié)冰后，壓損壓差升高，燃機(jī)進(jìn)氣阻力損失增大，機(jī)組出力、熱效率等性能指標(biāo)就會(huì)隨之下降。通常燃機(jī)進(jìn)氣損失每4 mm水柱，功率下降1.6%，熱耗增加0.7%，以機(jī)組規(guī)定的高報(bào)警值130 mmH2O估算，機(jī)組出力約下降50%，熱耗增加20%，可見過濾器壓差值不僅影響機(jī)組出力，還提高熱耗。

對(duì)瑪納斯機(jī)組進(jìn)行測(cè)算，改進(jìn)后與原來GE除霜加熱裝置相比，可以節(jié)約天然氣331 000m3。系統(tǒng)建成后，將徹底改善瑪納斯壓氣站燃機(jī)進(jìn)氣過濾器濾芯結(jié)霜問題，保證機(jī)組正常的進(jìn)氣系統(tǒng)壓力損失，消除了因燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)霜結(jié)冰而引起的報(bào)警、停機(jī)、更換濾芯等故障，對(duì)于維持燃機(jī)在高效率工況下運(yùn)行起到了保障作用。改進(jìn)后的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、運(yùn)行維護(hù)方便、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。