管道天然气与 LNG并列运行的可行性研究与应用

李伟

华电福新江门能源有限公司 广东江门 529000

摘要：华电福新江门公司天然气有两路气源，分别为管道天然气和液化天然气（LNG）。投产以来一直采用一路运行一路备用的运行方式，这种运行方式存在诸多缺点，对机组安全稳定运行造成很大的威胁。通过改变运行方式，采用双路气源并列燃烧的方式使得机组的安全稳定性得到很大提高。

关键词：燃气轮机；管道天然气；LNG；嗡鸣

引言：华电福新江门公司通过投产以来的运行经验，发现机组天然气两路气源采用一用一备的运行方式时，有诸多缺点。通过分析和实践，将运行方式改变为两路气源并列运行，减少了机组的气源切换次数，实现了更高的安全性和经济性。

（一）管道天然气与LNG一用一备运行方式缺点

华电福新江门能源有限公司的燃机为安萨尔多AE64.3A型机组，有两路气源供气，分别是管道天然气和LNG。供气流程如下：广东省天然气管网→管道气→厂内天然气计量站→燃机；LNG槽罐车→LNG站→厂内天然气计量站→燃机。投产以来这两路气源一直采用一路运行一路备用的运行方式。通过长时间的运行观察及分析，发现这种运行方式存在诸多问题，汇总如下：

1、管道天然气单独供气时缺点

a.用气量受天然气管网调度安排，在特殊时期无法提供充足的天然气用量。例如冬季北方用气量增加，管网调度严格控制我厂天然气用气总量，有时无法满足厂内用气需求，严重时被迫停机。b.可能因管道气设备故障引起非停。例如当天然气管网因施工原因被挖断或严重泄漏时，可能造成厂内供气中断，引起机组非停。

2. 管道天然气单独供气时缺点

a.液化天然气（LNG）采用热水为热源进行加热气化后，送至厂内供燃机使用。热水的来源是厂内余热锅炉的热水加热器。当热水温度和流量变化时，会导致气化量不稳定，影响机组安全稳定运行。b.LNG槽罐车运输受恶劣天气影响，当遇到特殊天气比如台风天气时，可能导致槽罐车无法及时运达，造成机组供气中断，从而引起机组非停。c.可能因气化站设备故障引起非停。例如，当LNG气化站内气化装置故障时，或供气管道发生泄漏时，可能引起机组供气中断，从而导致机组非停。

2. 两路气源切换时的安全风险

a.两路气源切换时，热水用量发生变化，从而引起热水温度变化：热水温度过高可能会造成余热锅炉热水加热器汽化，威胁设备安全；热水温度过低影响溴冷机制冷效果。b.气源切换太快，引起燃机嗡鸣增加，严重时造成机组非停。c.切换过程控制不当，导致NOx排放超标。d.频繁操作容易导致天然气管道总关断阀内漏。

2. 两路气源并列运行可行性分析

1. 查阅资料

1. 通过查阅资料得知，国内其他类型燃机有采用双气源长期并列燃烧的先例，例如协鑫能源中山民众电厂b.可以将燃气并列运行类比煤机的掺混燃烧，火电厂的燃煤掺烧是将不同热值、不同特性的煤种掺混后进行燃烧，可以达到更高的经济性。燃机采用不同气源并列燃烧，理论上类似于燃煤电厂的燃煤掺混。

2. 基于成熟的天然气在线切换经验

机组采用一用一备运行方式时，需定期切换气源。2019年全年切换26次，在线切换过程中可视为短期天然气双气源并列燃烧。

3. 两路气源成分对比

LNG成分：

管道气成分：

通过对两路气源成分进行比对，我们得知两路气源的各个组分含量均符合设备要求，两路气源混合后气体的各组分含量也在设备要求范围内。

2. 两路气源并列运行的应用

1、双气源并列燃烧试验

江门公司于2020年06月24日对#2机组进行双气源并列燃烧试验。09:15分开始由分输站管道供气切换为双气源并列供气。16:00~20:00 观察燃机负荷波动时对双气源的影响，考验调压阀和值班、预混阀自动调节能力。23:05分关闭管道天然气进气门,由双气源并列供气转为气化站单独供气。运行时长共计14h，当日燃机排气压力、温度及分散度、燃机各部分温度和振动、燃烧室压力、嗡鸣、污染物排放等参数均正常，热值、天然气成分等均在燃机设计范围。

2. 双气源并列燃烧试验后续实施的四个跟踪

采用双气源长期并列运行时，需要对机组关键参数进行跟踪：a.持续监视天然气参数（热值、甲烷含量、压力、温度等)b.气源参数发生变化时对燃机运行工况监视、分析（燃烧室嗡鸣、NOx排放、排气压力、排气温度等）c.双气源长期并列燃烧，定期评估燃机运行工况d.双气源长期并列燃烧，定期评估经济效益。

2. 两路气源并列运行的效果

1. 安全效益

a.避免切换过程控制不当引起的机组非停，例如机组嗡鸣异常增大引起的非停b.避免单一气源中断引起的非停，例如单一气源供气时气源中断引起的非停。

2、经济效益

a.减少机组非停，减少了机组启停次数，达到延长机组寿命的效果b.结合两路气源气价进行气量调整，提高采购灵活性和经济性。

3、社会效益

a.提高热水温度稳定性，保障供冷参数及燃机进气冷却装置工作稳定b.降低机组污染物排放，避免了气源切换过程控制不当引起的机组污染物排放超标c.保障LNG供应伙伴可持续运行，避免了LNG站设备长期备用时的对空排放损失。

参考文献：

[1]付中广,张辉.电厂燃气轮机概论[M],北京:机械工业出版社,2014.

[2]华北电力科学研究院有限责任公司.燃气轮机及联合循环机组标准化调试技术[M],北京:中国电力出版社,2020.

[3]张会生,周登极.燃气轮机可靠性维护理论及应用[M],上海:上海交通大学出版社,2016.