【壓縮機(jī)網(wǎng)】摘要：西氣東輸二線X壓氣站是管網(wǎng)互聯(lián)互通的重要樞紐站場，在反輸保供初期發(fā)生了壓縮機(jī)入口過濾器壓差和干氣密封過濾器壓差迅速上升而造成機(jī)組停機(jī)的現(xiàn)象。為了保證其壓縮機(jī)組的正常運(yùn)行，緩解用氣緊張局面，通過對過濾器堵塞顆粒物和反輸氣質(zhì)來源進(jìn)行研究，結(jié)果表明省級管網(wǎng)管道內(nèi)的雜質(zhì)是造成X壓氣站壓縮機(jī)組停機(jī)的主要原因。在結(jié)合X壓氣站站內(nèi)流程及設(shè)備的基礎(chǔ)上，提出了提高過濾分離器濾芯更換頻次、放大壓縮機(jī)入口過濾器濾網(wǎng)精度、增加干氣密封氣源預(yù)處理系統(tǒng)等對策。采用上述對策，X壓氣站壓縮機(jī)順利啟動(dòng)，反輸期間未再發(fā)生停機(jī)現(xiàn)象。另外，通過研制新型過濾分離器濾芯和對省級管網(wǎng)進(jìn)行反輸流程改造從長遠(yuǎn)看也是解決此類問題的有效方法。所形成的技術(shù)對策也給其他壓氣站在互聯(lián)互通輸氣過程中發(fā)生類似情況提供了借鑒。

 

　　文/薛雨   

　　1 引言

　　天然氣管道互聯(lián)互通是實(shí)現(xiàn)“全國一張網(wǎng)”格局、加大管道輸送能力、最大限度的發(fā)揮天然氣調(diào)峰水平、保障民生用氣的基礎(chǔ)性工程。X壓氣站為西氣東輸二線干線的樞紐站場，配備有2臺18MW的全國產(chǎn)電驅(qū)壓縮機(jī)組。該壓氣站經(jīng)過互聯(lián)互通反輸流程改造后，冬季保供期間可接收下游省級管網(wǎng)來氣，向西二線干線供氣。當(dāng)輸氣量超過1200×104m3/d時(shí)，該站需啟動(dòng)壓縮機(jī)組進(jìn)行增壓輸送，機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行對緩解冬季用氣緊張的局面具有重要意義。X壓氣站壓縮機(jī)組在互聯(lián)互通反輸初期由于入口過濾器壓差和干氣密封過濾器壓差超過高報(bào)警值而發(fā)生了停機(jī)現(xiàn)象。本文通過對造成該站壓縮機(jī)組停機(jī)的原因進(jìn)行分析，并提出了相關(guān)對策，來保證壓縮機(jī)組的正常運(yùn)行，也給其他壓氣站在互聯(lián)互通輸氣過程中發(fā)生類似情況提供了借鑒。

 

　　2 故障現(xiàn)象

　　根據(jù)用戶在不同季節(jié)對天然氣的需求^[1]，X壓氣站一般在春、夏、秋季接收西二線上游站場來氣，向下游省級管網(wǎng)及兩條支干線供氣。為打通“南氣北送”輸氣通道，切實(shí)提高管網(wǎng)冬季保供能力，X壓氣站于2018年完成了壓縮機(jī)項(xiàng)目及互聯(lián)互通反輸流程的改造，改造后該站在冬季可通過省級管網(wǎng)接收中海油氣源來氣，向西二線干線和兩條支干線供氣，見圖1。

　　互聯(lián)互通反輸期間，省級管網(wǎng)來氣經(jīng)過該壓氣站的組合式過濾分離器和計(jì)量后進(jìn)入西二線干線或支干線。根據(jù)輸氣量大小，該壓氣站可選擇采用正常反輸或者增壓反輸模式，站內(nèi)反輸流程見圖2。該壓氣站2臺壓縮機(jī)組通常采用一用一備模式。

　　反輸當(dāng)日供氣量達(dá)到1500×104m3/d后，X壓氣站啟動(dòng)了壓縮機(jī)組進(jìn)行增壓輸送。壓縮機(jī)組在達(dá)到最小工作轉(zhuǎn)速（3120 r/min）后，出現(xiàn)入口過濾器差壓逐漸上升，并越來越快的情況，在12min內(nèi)達(dá)到停機(jī)值0.15MPa，見圖3，觸發(fā)機(jī)組停機(jī)。切換備用壓縮機(jī)組，暖機(jī)（1000r/min）結(jié)束后，隨著轉(zhuǎn)速上升同時(shí)干氣密封過濾器差壓開始上升，迅速超過高報(bào)警值80kPa，并持續(xù)升高，站場通過切換及更換濾芯8次后，仍快速上升，在3min內(nèi)達(dá)到150kPa以上，見圖4，觸發(fā)機(jī)組停機(jī)。壓縮機(jī)組停機(jī)后，只能靠管線自身壓差進(jìn)行輸氣，嚴(yán)重影響了正常的輸氣計(jì)劃，此問題亟需分析和解決。

　　3 原因分析

　　通過拆卸壓縮機(jī)組入口過濾器，檢查發(fā)現(xiàn)過濾網(wǎng)存在嚴(yán)重堵塞，附著大量海綿狀碎屑及黑色顆粒物，見圖5。拆卸干氣密封過濾器濾芯，內(nèi)部同樣有較多干燥黑色顆粒物。這些黑色顆粒物堵塞了過濾器，影響了壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。對組合式過濾分離器濾芯進(jìn)行拆檢，在濾芯上亦截獲大量黑色粉塵。通過對黑色顆粒物進(jìn)行檢測，顆粒物85%以上為三氧化二鐵，另有少部分氧化鋁、二氧化硅、三氧化硫、氧化亞錳，見表1。

 

　　對該壓氣站反輸氣質(zhì)來源進(jìn)行分析，該站接收的省級管網(wǎng)來氣主要來自2個(gè)方向，一個(gè)是中海油X氣田和LNG，經(jīng)中海油分輸站過濾后進(jìn)入省級管網(wǎng)管道；另一個(gè)方向是另一路LNG來氣，過濾后進(jìn)入省級管網(wǎng)。2個(gè)方向來氣途中均未經(jīng)過過濾處理，且該省級管網(wǎng)管道內(nèi)部無內(nèi)涂層。由此可判斷造成X壓氣站壓縮機(jī)停機(jī)的這些黑色顆粒物為省級管網(wǎng)管道內(nèi)的雜質(zhì)。

 

　　4 采取對策研究

　　國內(nèi)多條天然氣長輸管道內(nèi)都附有黑色粉末^[2-3]，這些黑色粉末在管道中堆積，減小氣體流通面積，影響輸氣效率；若在分離器中堆積，維檢修作業(yè)時(shí)容易自然，引起事故；同時(shí)會(huì)造成站場的工藝設(shè)備故障或者損壞，嚴(yán)重影響管線運(yùn)行和站場安全生產(chǎn)^[4-5]。為降低互聯(lián)互通過程中省級管網(wǎng)來氣中黑色粉末影響，保障X壓氣站壓縮機(jī)組正常運(yùn)行，本文針對站內(nèi)反輸工藝流程及現(xiàn)場設(shè)備，提出了相應(yīng)對策，并對可行性進(jìn)行了分析。

　　4.1 提高過濾分離器濾芯更換頻次

　　X壓氣站采用的組合式過濾分離器為多管旋風(fēng)聚結(jié)器，通過旋風(fēng)管和聚結(jié)濾芯可除去0.3μm及以上液滴和固體顆粒，作為反輸流程中唯一一級過濾，其過濾能力直接影響著進(jìn)入壓縮機(jī)氣體的清潔程度。當(dāng)濾芯截獲的黑色粉末過多后，過濾能力降低，濾芯失效，需及時(shí)更換。同時(shí)，在安裝濾芯時(shí)，應(yīng)減小縫隙，防止黑色粉末從縫隙中通過。

　　但過濾器快開盲板不是作為頻繁開啟操作設(shè)備來設(shè)計(jì)的，大量的操作會(huì)對密封面造成損害，不利于設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，冬季保供高峰輸量時(shí)，濾芯的消耗速度將加快，庫存的濾芯可能無法滿足同時(shí)投用兩臺以上過濾器。

　　雖然提高濾芯更換頻次會(huì)對設(shè)備密封產(chǎn)生不利影響，但通過更換濾芯可有效過濾掉絕大部分的黑色顆粒物，且濾芯本身為低值易耗品，成本較低，因此提高濾芯更換頻次是直接有效的方法之一，可行性較高。

　　4.2 放大壓縮機(jī)入口過濾器濾網(wǎng)精度

　　壓縮機(jī)入口過濾器具有粗細(xì)兩級濾網(wǎng)，通過拆除入口過濾器內(nèi)的細(xì)濾網(wǎng)，保留粗濾網(wǎng)，可消除壓差快速增大的現(xiàn)象，但氣體中的黑色粉末也會(huì)對壓縮機(jī)內(nèi)部設(shè)備產(chǎn)生磨損、腐蝕和結(jié)垢，影響壓縮機(jī)使用壽命，造成設(shè)備動(dòng)平衡的破壞^[6]。正常情況下不推薦使用此方法。

　　4.3 氮?dú)獗９└蓺饷芊庀到y(tǒng)

　　由于反輸來氣中含大量管道雜質(zhì)，導(dǎo)致壓縮機(jī)干氣密封過濾器發(fā)生堵塞，可選用氮?dú)庾鳛閴嚎s機(jī)組干氣密封的氣源。但此方法是一種非常規(guī)的手段，通常在壓縮機(jī)組剛投產(chǎn)，首次開車時(shí)使用。并且壓縮機(jī)組現(xiàn)場一般不具備氮?dú)鈿庠礂l件，采用槽車運(yùn)輸液氮到現(xiàn)場，液氮消耗量大，按照每天40t氮?dú)庥?jì)算，每天費(fèi)用超過10萬。同時(shí)，干氣密封氣必須保持穩(wěn)定的壓力和流量，目前的熱泵車和氮?dú)庠炊紱]有長時(shí)間穩(wěn)定供給的先例。一旦出現(xiàn)問題，可能造成干氣密封損壞，維修的周期在15天以上。高壓氮?dú)馔ㄟ^現(xiàn)場臨時(shí)配置的管路進(jìn)入壓縮機(jī)組，也存在較大的安全隱患。因此選擇氮?dú)鈦肀９└蓺饷芊庀到y(tǒng)，可靠性無法保證，且費(fèi)用昂貴，可行性較低。

　　4.4 增加干氣密封氣源預(yù)處理系統(tǒng)

　　干氣密封氣源預(yù)處理系統(tǒng)是針對天然氣管道壓縮機(jī)首次開車階段，機(jī)組出口段尚未產(chǎn)出清潔、穩(wěn)定的工藝氣作為密封氣源而專門研發(fā)的裝置，它可以實(shí)現(xiàn)為干氣密封提供干燥、清潔的氣源[7]。壓縮機(jī)反輸運(yùn)行時(shí)由于氣體中雜質(zhì)較多，若采用該系統(tǒng)，壓縮機(jī)出口處的天然氣經(jīng)過干氣密封源預(yù)處理系統(tǒng)三級過濾后可有效去除氣體中的雜質(zhì)[8]，再進(jìn)入干氣密封系統(tǒng)，可解決干氣密封過濾器差壓迅速上升的情況。同時(shí)，干氣密封源預(yù)處理系統(tǒng)采用整體式撬裝設(shè)計(jì)，所有元件撬裝在一個(gè)開放的支架上，便于吊裝和運(yùn)輸。系統(tǒng)對外接口也采用法蘭與耐壓軟管連接的方式，可在現(xiàn)場方便的進(jìn)行連接和拆卸。因此該措施可行性較高。

　　4.5 研制新型過濾分離器濾芯

　　X壓氣站組合式過濾分離器目前使用的聚結(jié)濾芯由內(nèi)至外由三層組成，第一層為不銹鋼管支撐，中間層為親水基聚酯纖維材料聚結(jié)層，最外層為液體排出層，見圖6。中間層為折疊結(jié)構(gòu)，極大地增加了聚結(jié)材料與氣體的接觸面積，以利于氣體中的小液滴聚結(jié)長大為大液滴。液體排出層由很細(xì)的玻璃絲布纏繞而成，可以存留及排放液體，同時(shí)還阻止聚結(jié)下來的液體再進(jìn)入氣體。

　　針對目前的情況，是否可進(jìn)行一種新型的濾芯研制，最外層采用雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部采用玻璃絲布纏繞存留液體，濾芯外部采用光滑的結(jié)構(gòu)，將過濾到的雜質(zhì)及時(shí)滑落到濾芯最底部，這樣可過濾更多的雜質(zhì)，延長濾芯使用壽命。目前市場并無此類濾芯，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行研發(fā)制作，且濾芯的研發(fā)也需要一定時(shí)間，短期內(nèi)可行性不高，但可以一試。

　　4.6 對省級管網(wǎng)反輸流程改造

　　在省級管網(wǎng)反輸首站增加一套過濾分離器，使其具備過濾功能。在反輸來氣進(jìn)入壓氣站之前，通過多一級過濾的方式，可降低該壓氣站濾芯更換頻率。若管網(wǎng)反輸首站在設(shè)計(jì)初期未考慮預(yù)留用地，則后續(xù)征地問題繁瑣，且加裝的設(shè)備昂貴，耗時(shí)也較長，該方法短期內(nèi)可行性較低。但該措施通過增加過濾可有效改善反輸氣質(zhì)，從長遠(yuǎn)看切實(shí)可行。

 

　　5 應(yīng)用效果

　　在壓縮機(jī)組停機(jī)后，X壓氣站通過及時(shí)更換組合式過濾分離器濾芯，拆除壓縮機(jī)入口過濾器細(xì)濾網(wǎng)，并使用干氣密封氣源預(yù)處理器系統(tǒng)保證了壓縮機(jī)組的順利啟動(dòng)。同時(shí)在每次壓縮機(jī)組啟動(dòng)前，待升壓至1 MPa時(shí)利用低點(diǎn)排水管線，對壓縮機(jī)組出入口管線進(jìn)行排污作業(yè)，將管線中的凝結(jié)水及污物排放干凈。并且對壓縮機(jī)本體排污管線進(jìn)行排污，排除壓縮機(jī)本體內(nèi)含有的污物。

　　壓縮機(jī)運(yùn)行期間，干氣密封撬按照一小時(shí)排污一次的周期進(jìn)行排污，并根據(jù)干氣密封濾芯差壓情況適當(dāng)加密。初期采用進(jìn)口干氣密封濾芯，每個(gè)濾芯單價(jià)在1萬元左右，成本較高，后期采用國產(chǎn)干氣密封濾芯大幅降低了成本。空壓機(jī)系統(tǒng)按照每天一次排污的周期進(jìn)行排污作業(yè)。站內(nèi)四路組合式過濾分離器采用3用1備方式，每周切換一路，按照每周一次的周期進(jìn)行排污，并打開頂部快開盲板查看濾芯情況，當(dāng)組合式過濾器濾芯壓差達(dá)到150kPa后及時(shí)更換臟污的濾芯。在反輸保供期間，共拆卸并清理壓縮機(jī)入口過濾器4次，更換干氣密封濾芯13個(gè)，更換組合式過濾分離器濾芯744根，清理除黑色粉塵2.48t。

　　綜合采用以上措施后，整個(gè)反輸期間，共啟動(dòng)壓縮機(jī)13次，未再發(fā)生類似停機(jī)情況，共輸送天然氣5×108m3，圓滿完成了反輸保供任務(wù)。

 

　　6 結(jié)論

　　(1) 省級天然氣管網(wǎng)未做內(nèi)涂層，反輸來氣中存在大量的管道黑色粉末雜質(zhì)是引起壓縮機(jī)停機(jī)的主要原因。

　　(2) 通過及時(shí)更換過濾器濾芯、拆除壓縮機(jī)入口過濾器細(xì)濾網(wǎng)、增加干氣密封源預(yù)處理系統(tǒng)等措施，能夠有效解決入口過濾器壓差和干氣密封過濾器壓差迅速上升的狀況。

　　(3) 研制新型的過濾分離器濾芯和在省級管網(wǎng)反輸首站增加一級過濾流程這兩項(xiàng)對策短期內(nèi)無法完成，從長遠(yuǎn)看可以有效改善進(jìn)入壓縮機(jī)前的反輸氣質(zhì)狀況，可行性較高。

　　(4) 壓縮機(jī)組的順利啟動(dòng)，證明制定的技術(shù)對策可行，能夠保證壓縮機(jī)組在互聯(lián)互通反輸過程中安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

 

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