输气站燃气轮机进气系统结冰结霜分析与改进

马建朝

（中石油管道联合有限公司西部分公司 乌鲁木齐）

一、简介

西气东输二线玛纳斯压气站自2009年投产以来，冬季由于受到冷空气的影响，加之周边地区空气潮湿雾大，造成玛纳斯压气站燃机空气过滤器滤芯内外经常结霜结冰。虽然GE公司根据要求配备了防冰系统，但西二线玛纳斯压气站几个冬季的运行表明，当雨雪天气或相对湿度≥90%RH时,燃压机组进气滤芯就会发生严重的冰霜堵塞，若不及时进行人工除冰除霜,机组就会发生进气压降高→报警→停机现象。虽然GE燃气轮机在空气过滤器里面自带了脉冲反吹系统进行吹扫，但是空气过滤器结冰结霜问题还是无法清除，因结冰结霜造成进气系统压损超高而被迫停机问题依然发生。

二、结冰结霜机理分析

玛纳斯压气站地处昌吉地区，位于亚欧大陆腹地，准噶尔盆地南缘远离海洋，属中温带大陆性干旱气候。冬季严寒漫长，夏季炎热，春季升温快且不稳，秋季降温迅速，冷空气活动频繁。每年二三月份空气湿度较大，加上昼夜温差较大，起雾几率大增，燃气轮机在这个季节结冰结霜经常发生。根据GB/T 13674-1992《燃气轮机辅助设备通用技术要求》、HB 7257-1995《轻型燃气轮机进气过滤器》和HB 7811-2006《燃气轮机进排气系统通用技术要求》，在高寒高湿地区，燃机进气过滤器滤芯前应设计滤芯进气加热装置，以防止滤芯结霜结冰。

根据热工学可知，滤芯进气系统由于空气流速的变化必然会造成空气温度的变化。空气流速越快，空气温降越大或进气压降越大，空气温降越大。当滤芯内外压差造成的温降使空气的干气温度Ta≤空气的露点温度Td时，空气中的水蒸气会冷凝成水，当Ta≤0℃时，凝结水就凝华成冰霜。这种凝成的冰霜会嵌在滤芯的内外部，因此靠脉冲反冲洗是不能清除掉这种冰霜的。

经过现场实际考察分析，GE等公司在进气道消声器加热进气的方法明显不符合高寒高湿地区，如果在滤芯前加热，既能防止滤芯结冰，又能防止消声器、进气喇叭口和一级可调导叶的结冰。

因此，燃气轮机进气过滤器本身带有自动和手动反吹系统，由于是由内而外进行反吹，不能根本消除滤芯结冰结霜问题，应该加以改进。图1所示为滤芯表明结霜时的现场照片。

三、改进方法

结合玛纳斯压气站机组已有防冰系统形式及环境条件，提出由外正吹进行加热的改造方法。在原燃机进气过滤器前增加一套进气加热装置，加热空气取自燃机压气机中间级防冰抽气系统（参考其机组资料，防冰加热抽气温度约为400℃），利用少量的高温抽气（高压空气）对过滤器前的冷空气进行掺混加热，使空气在进入过滤器前进气相对湿度下降，来避免滤芯表面结霜结冰。

利用少量的燃气轮机压气机中间级的抽气（350～427℃，1.3～2.01 MPa），通过控制调节阀的开度，把适量的高温气体喷在空气过滤器滤芯周围，对冷空气进行混合加热。保证高温高压气体喷出后不对过滤器滤芯造成任何不良影响。通过对喷嘴分布和喷射方向进行合理布置，确保滤芯表面温度≤20℃。

图1 滤芯表面结霜照片

在机组原有防结冰引气分配管上安装三通，通过三通分接一管路，在分流道网状布置的喷嘴上，为防止加热空气损伤滤纸表面，喷嘴高度距离滤芯底部约20 cm。

图2 网状布置的喷嘴

图3 玛纳斯压气站除霜后的效果图

四、改进后效果

根据测算，空气过滤器滤芯结冰结霜后，会降低燃气轮机循环热效率1.5～2个百分点。进气过滤器结霜结冰后，压损压差升高，燃机进气阻力损失增大，机组出力、热效率等性能指标就会随之下降。通常燃机进气损失每4 mm水柱，功率下降1.6%，热耗增加0.7%，以机组规定的高报警值130 mmH2O估算，机组出力约下降50%，热耗增加20%，可见过滤器压差值不仅影响机组出力，还提高热耗。

对玛纳斯机组进行测算，改进后与原来GE除霜加热装置相比，可以节约天然气331 000m3。系统建成后，将彻底改善玛纳斯压气站燃机进气过滤器滤芯结霜问题，保证机组正常的进气系统压力损失，消除了因燃气轮机结霜结冰而引起的报警、停机、更换滤芯等故障，对于维持燃机在高效率工况下运行起到了保障作用。改进后的系统具有结构简单、工作可靠、运行维护方便、节能环保等优点。