海洋石油平臺燃?xì)馔钙竭M(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化改造

姚仲坤，安 超，劉振青

（中海石油（中國）有限公司蓬勃作業(yè)公司 天津 300459）

0 引 言

近年來，隨著海上油田的不斷開發(fā)和新平臺的陸續(xù)投入使用，用電量持續(xù)增大。渤海地區(qū)中心平臺 2 臺 GE PGT25＋SAC 航改型高效透平高負(fù)荷、長時間運(yùn)轉(zhuǎn)。該透平機(jī)組進(jìn)氣濾器初始設(shè)計(jì)為 2 級非標(biāo)準(zhǔn)定制濾器，一級除塵、二級除鹽和除水，而渤海地區(qū)夏季溫度平均23.9 ℃，相對濕度100%，大氣壓力1.010 8 bar，海洋特殊的工作環(huán)境導(dǎo)致二級濾器不能很好地降低進(jìn)氣的水分和鹽度，進(jìn)而導(dǎo)致透平機(jī)組效率無法達(dá)到設(shè)定效果，更換濾器、維修維保頻次增加。

本文以提高透平機(jī)組濾器使用效率為研究對象，查閱燃?xì)廨啓C(jī)濾器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)［1］，結(jié)合各類濾器除鹽、除水相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)，通過對比標(biāo)準(zhǔn)化透平機(jī)組進(jìn)氣濾器，提出從本質(zhì)上提高透平機(jī)組可靠性、穩(wěn)定性，以及減少機(jī)組大修成本、延長機(jī)組使用壽命的策略。

1 PGT25＋SAC 燃?xì)馔钙綖V器技術(shù)要求與運(yùn)行狀態(tài)分析

該設(shè)施2臺透平型號GE PGT25＋SAC，是由GE飛機(jī)發(fā)動機(jī)集團(tuán)制造的LM 2500＋燃?xì)獍l(fā)生器與GE石油天然氣集團(tuán)制造的高速動力透平匹配組成，如圖1所示。該透平機(jī)組對于空氣質(zhì)量要求很高，相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 透平參數(shù)Tab.1 Turbine parameters

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)改造之前的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of gas turbine intake system before transformation

燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)改造之前的結(jié)構(gòu)主要包括防雨罩、濾器前折流板、一級進(jìn)氣濾器（M6）、二級進(jìn)氣濾器（F9）、濾器后折流板、消音器、排水箱和進(jìn)氣除冰系統(tǒng)。

原裝聚結(jié)式玻璃纖維盒式濾器過濾等級為：第一級粗過濾，過濾效率達(dá) EN779 G3/G4；第二級精過濾則需達(dá)到 EN779 F7/F8。但是在高鹽和高含水海洋環(huán)境中無法滿足機(jī)組進(jìn)氣清潔度要求，從而縮短透平使用壽命，致使機(jī)組內(nèi)部腐蝕，大修成本增加,見表2。

表2 進(jìn)氣質(zhì)量要求Tab.2 Quality requirement of air intake

結(jié)合2015—2018年該平臺維修人員更換濾器次數(shù)、更換濾器數(shù)目和洗車次數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，2015年以來更換濾器次數(shù)和更換數(shù)目總體呈上升趨勢，直接導(dǎo)致洗車頻次增加，影響透平在線時率。從透平原進(jìn)氣系統(tǒng)的使用情況出發(fā)，結(jié)合發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，分析原裝濾器存在以下幾點(diǎn)問題：

①進(jìn)氣系統(tǒng)除水效果較差，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣含水量高，透平發(fā)動機(jī)葉片剝蝕嚴(yán)重［2］；

②過濾器總體過濾精度較低，葉片臟得快，影響透平發(fā)動機(jī)的效率，從而需要頻繁地進(jìn)行離線洗車；

③非標(biāo)準(zhǔn)尺寸需要定制且過濾器費(fèi)用高，過濾器采購周期較長；

④更換濾器過于頻繁，更換過濾器的步驟較為復(fù)雜，所需維修的工時較長。

2 濾器升級換型方案選擇

2.1 總體方案

針對燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的常規(guī)設(shè)計(jì)方法，結(jié)合科德寶過濾技術(shù)集團(tuán)公司的產(chǎn)品，提出了2種解決方案進(jìn)行分析、比較、選擇，見表3［3］。

表3 方案1、2對比Tab.3 Comparison of schemes 1 and 2

通過以上對比分析，最終確定采用方案2作為本次改造的實(shí)施方案。

2.2 濾器升級換型方案

為了將兩級過濾改為三級過濾，通過查找國內(nèi)有資質(zhì)的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣濾器制造廠家，發(fā)現(xiàn)科德寶（蘇州）分公司生產(chǎn)此類標(biāo)準(zhǔn)濾器，分別是HydroMAXX系列、HydroPack 系列、Maxipleat Cassette 系列、eMaxx系列濾器。

通過查找透平進(jìn)氣系統(tǒng)過濾器產(chǎn)品說明，并結(jié)合透平發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)全面檢查，對透平進(jìn)氣質(zhì)量綜合分析：原進(jìn)氣系統(tǒng)一級過濾器為過濾精度等級 M6的袋式過濾器，二級過濾器為過濾精度等級F9 的盒式過濾器，其終止過濾精度只達(dá)到中等過濾精度。利用當(dāng)前工業(yè)上成熟的燃?xì)廨啓C(jī)空氣過濾器產(chǎn)品，采用技術(shù)革新手段可以實(shí)現(xiàn)去除透平發(fā)動機(jī)進(jìn)氣水分的目標(biāo)，并可實(shí)現(xiàn)透平發(fā)動機(jī)進(jìn)氣過濾器精度提高到E11的目標(biāo)。

根據(jù)主體的三級過濾方案，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的空氣過濾器尺寸對三級過濾器重新選型。進(jìn)氣標(biāo)框重新設(shè)計(jì)，以滿足過濾器的安裝和透平發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的使用。

2.3 濾器的重新選型

科德寶過濾技術(shù)公司的過濾器產(chǎn)品共有2 種用于除水的凝聚型過濾器可用作一級濾器，一種是HydroMaxx 袋式過濾器，一種是HydroPack 盒式過濾器。通過對比2種過濾器的關(guān)鍵參數(shù)，HydroMaxx袋式過濾器的初始壓降更小，容塵量更大，針對 PM10顆粒物的過濾效率更高，見圖2、3，表4。

圖2 HydroMaxx袋式濾器Fig.2 Hydromaxx bag filter

圖3 HydroMaxx盒式濾器Fig.3 Hydromaxx cassette filter

表4 2種凝聚型過濾器關(guān)鍵參數(shù)對比Tab.4 Comparison of two condensing filters

綜合以上參數(shù)比較，選擇 HydroMaxx 過濾器作為一級過濾器。

二級濾器可選擇該公司 MX95 中等過濾精度的盒式過濾器。MX95 的初始壓降適中，容塵量適中，過濾級別適中，且針對PM1顆粒物的效率可以達(dá)到65%。考慮還有三級高效率過濾器，二級過濾器的過濾精度并不需要過高，MX95 過濾器完全可以滿足要求，見表5。

表5 Maxipleat Cassette系列過濾器關(guān)鍵參數(shù)對比Tab.5 Comparison of Maxipleat Cassette series filters

第三級濾器則選用該公司 eMaxx-E11 亞高效過濾精度的盒式過濾器。此產(chǎn)品初始壓降適中，容塵量適中，過濾級別適中，過濾器攔截顆粒尺寸達(dá)到0.5μm，MPPS效率可以達(dá)到95%，針對PM1顆粒物的效率大于96%，見表6。且 eMaxx 盒式過濾器采用經(jīng)拒水處理的高強(qiáng)度超細(xì)玻纖濾料，過濾器整體不含任何金屬部件，采用不含鹵素的塑料外框及防護(hù)網(wǎng)，耐腐蝕。eMaxx 盒式過濾器擁有優(yōu)化的 3D 褶紙結(jié)構(gòu)，保證過濾面積得以完全利用，捕集的灰塵在濾紙內(nèi)均勻分布。該過濾器的厚度達(dá)到420 mm，容塵量大，使用壽命長。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的褶紙與防變形的塑料框注塑一體成型，保證了超高的抗破裂強(qiáng)度和安全性，防止了灰塵顆粒泄漏。可通過連接頭和預(yù)留在前置面板的孔位增加一級過濾器，而產(chǎn)品外觀無需做任何改變。

表6 eMaxx系列過濾器關(guān)鍵參數(shù)對比Tab.6 Comparison of EMaxx series filters

綜合考慮進(jìn)氣系統(tǒng)總體過濾器壓降情況，結(jié)合3家過濾器的關(guān)鍵參數(shù)，最終確定濾器選型，選擇HydroMaxx袋式過濾器為一級濾器，MX95為二級濾器，eMaxx-E11作為三級過濾器。

3 標(biāo)準(zhǔn)框架設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和濾器選型結(jié)果，一級和二級濾器扣合安裝，三級濾器獨(dú)立安裝，結(jié)合原有框架外形尺寸大小、內(nèi)部空間和濾器安裝方式，總結(jié)出2種設(shè)計(jì)方案，見表7。方案1：根據(jù)原有框架，保留風(fēng)雨防護(hù)罩、一級濾器前部百葉窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，三級濾器分別安裝，需要分別設(shè)計(jì)內(nèi)部獨(dú)立固定框架。方案2：根據(jù)原有框架設(shè)計(jì)理念，保留風(fēng)雨防護(hù)罩、一級濾器前部百葉窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一級和二級濾器扣合在一起安裝，三級濾器單獨(dú)安裝，故需將內(nèi)部框架設(shè)計(jì)兩部分單獨(dú)框架安裝濾器。

表7 方案對比Tab.7 Scheme comparison

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查測量尺寸，如果按照第1種方案設(shè)計(jì)框架，內(nèi)部將無空間更換濾器且維保困難，因而選擇第2種方案，見圖4。

圖4 濾器框架設(shè)計(jì)方案Fig.4 Filter frame design scheme

4 結(jié) 論

雜質(zhì)和水跡、鹽漬殘留，可以證明經(jīng)過改良后的空氣濾器水分和鹽分得到有效過濾；對比升級前濾器后端檢查到水跡鹽漬，情況得到了很大改善。對濾器本體進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)濾器狀態(tài)良好，濾芯無水跡、鹽漬殘留，而升級之前濾器濾芯中會殘留部分水、鹽，可以證明升級后濾器對水分、鹽分過濾效果好，對過濾的水分排放效果明顯優(yōu)于原濾器。

在升級完成2 個月后，通過內(nèi)窺鏡對壓氣機(jī)定子、轉(zhuǎn)子葉片狀態(tài)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣濾器升級以后，附著在壓氣機(jī)葉片表面的雜質(zhì)明顯減少，葉片尤其是15、16 級葉片的腐蝕速率明顯降低；同時，洗車時壓氣機(jī)排放出的洗車水較濾器升級之前渾濁程度降低，洗車排放水清亮干凈，需要的水量降低，可以佐證壓氣機(jī)內(nèi)部臟污程度得到很大改善。

濾器升級后，優(yōu)化了濾器搭配，結(jié)合使用情況及廠家要求，一般每1.5年半更換一次，比原濾器更換周期延長6 個月；同時，使用標(biāo)準(zhǔn)濾器后，整套濾器更換成本比原來非標(biāo)準(zhǔn)定制濾器節(jié)省65 520 元；結(jié)合更換周期和單次更換成本，考慮濾器價格和人工費(fèi)用，預(yù)計(jì)平均每年共節(jié)省費(fèi)用10.5 萬元。