李旭東 李柏成 仲亞山 周平 王若群 侯佳 安陽

國家管網集團西部管道塔里木輸油氣分公司

摘要：本文介紹了國家管網集團西部管道公司某站RB211型機進氣過濾系統的結構和組成，并對該系統存在的問題進行了深入分析，提出一項高效的系統改進方案。改造后過濾效果明顯改善，在保證機組運行效率的同時取得了良好的經濟效益。

關鍵詞：燃氣輪機；進氣過濾系統；多級過濾；顆粒度；機組性能

在天然氣輸送站場，燃氣發生器是一種常用的設備，用于為離心式壓縮機提供動力。燃機工作中需要吸入大量空氣參與燃燒，在此過程中空氣中的各種污染物都有可能進入燃機中，影響機組運行的可靠性、經濟性、安全性和使用壽命。燃機進氣過濾系統的主要工作目標就是對空氣進行有效清潔，從而滿足燃氣的使用要求。

1  RB211燃機進氣過濾系統存在問題分析

1.1  機組進氣系統概況

國家管網集團西部管道公司某站的燃氣輪機進氣系統采用康斐爾公司單級自潔脈沖氣流反吹過濾器，過濾元件為剛性濾筒，圓筒式過濾器采用超細合成纖維配合植物纖維混合材料濾紙，具備防塵埃板結和抗濕性能，在干燥或潮濕環境下始終保持良好的性能，過濾效率達到EN779-2012 歐標F9級，設計使用壽命16000小時。

康斐爾過濾系統為單級過濾，共有240根濾芯（分為2組，其中196根用于燃燒，44根用于箱體通風）按15×16排列，水平安裝在水平隔板上，隔板將臟空氣與清潔空氣隔開。濾材表面進行防水涂層處理，具備抗濕性能，并加工成百褶形狀，單根濾芯的額定流量≥1800 m³/h[1]。過濾下來的顆粒物附著在濾芯外表面，會引起過濾差壓升高，當過濾差壓達到報警值時，脈沖反吹系統自動啟動。脈沖氣體為壓力在0.76 MPa～0.83 MPa的無油、無水壓縮空氣，在反吹電磁閥控制下以0.1 s的時間進行脈沖，通過膜片閥從濾芯頂部將壓縮氣體噴出，形成一次瞬間沖擊，將濾芯從內而外進行清吹，進而將濾芯吸附的顆粒物吹掉。當過濾差壓回落達到某一設定值時，反吹自動停止[2]。

燃機進氣過濾系統一旦出現問題，進氣損失常會對機組產生下列影響。

（1）影響燃機輸出功率和熱功率。燃機進氣系統出現壓降過高時，要想實現出口壓力保持不變，壓氣機的比功需要持續增加，因此在需要消耗更多的透平出功來帶動壓氣機，進而導致燃機的功率和效率呈現出下降趨勢。

（2）影響機組的使用效率。燃機在工作過程中，空氣中的灰塵或顆粒物會進入到燃機內部，這些雜質會造成壓氣機葉片內部發生結垢現象，造成葉片形狀發生改變，從而導致壓氣機壓比下降，影響整個機組在工作過程中的輸出功率。另外，壓氣機葉片發生結垢后會造成葉片本身的固有頻率發生改變，導致機振頻率的工作效率降低，甚至可能導致葉片發生斷裂。因此在實際生產過程中必須重視葉片的結垢程度，需要及時清理掉燃氣輪機葉片上的結垢。然而，清洗次數過多會增加機組的運行成本，同時會降低機組在工作過程中的使用效率。

（3）影響壓氣機喘振裕度。當空氣中的污染物進入到燃機內部時，不僅會對壓氣機葉片造成嚴重的腐蝕現象，同時也會改變葉片表面的氣體功角，導致壓氣機的喘振裕度發生明顯改變，嚴重的情況下會影響機組的安全運行。

（4）影響燃機的級間密封。燃機壓氣機和渦輪級間的密封主要是依靠氣封進行操作，由于氣封之間的密封間隙非常小，而且相對速度較快，如果空氣中的干凈程度不足，會導致密封墊發生磨損，直接影響到燃氣的整體工作效率。

（5）造成高溫熱部件燒蝕。燃機的所有高溫熱部件大多數是依靠壓氣機壓縮之后的一部分冷空氣進行冷卻，并且冷卻通道非常細長。如果冷卻空氣中的干凈程度不足，會導致冷卻孔道發生堵塞，造成高溫部件發生超溫狀態，影響部件的使用壽命。

1.2  燃機進氣系統問題及原因分析

進氣系統出現的問題主要包括：單級的自清式濾芯的初始效率比較低，從而導致使用初期會有大量的顆粒進入燃機通流部件，造成部件沖擊受損[3]；頻繁的脈沖反吹，會造成濾材的內部過濾結構損壞。由于受沙塵、潮濕環境的影響，濾芯壽命縮短，導致濾芯失效，最終達不到預期的過濾等級，嚴重時造成燃機葉片受損；在線反吹清潔效果差，反吹系統無法有效清除粘性的細小顆粒，尤其到后期，反吹對恢復濾芯差壓基本沒有效果（圖 1）；同壓比下，燃氣輪機出力、效率和經濟性能下降等。

圖 1 現場反吹效果

分析該站燃機進氣系統出現的問題，主要是由以下三個方面的原因造成的。

（1）環境因素。該站位于沙漠邊緣，環境干旱，沙塵較多，容易造成濾芯污染。濾芯污染物主要為沙塵顆粒，空氣中的灰塵主要為5μm以上的微粒，這些大顆粒的灰塵容易聚集在濾芯表面，導致壓降增長過快，而反吹裝置無法完全清除濾芯內部的污染物，影響濾芯的使用壽命。

（2）灰塵粒徑分布。根據對西部管道公司某站連續三個月平均天氣的統計數據，約70%的時間處于沙塵天氣。空氣中的灰塵粒徑主要集中在5μm范圍內，而F9級濾芯主要過濾0.1μm～3μm范圍內的灰塵。因此，濾芯表面容易聚集大顆粒灰塵，從而影響濾芯的壽命。

（3）未設置分級過濾。該機型濾芯為F9級濾芯，這種濾芯過濾0.1μm～5μm的初始效率是較低的，但隨著使用時間的增加，容塵量的增加，過濾0.1μm～5μm的效率會逐步提高。由于該機型為單級過濾，F9級精濾直接用于過濾直徑0.1μm以上的大顆粒物，當0.1μm～5μm段的效率還未提高到理想狀態時，5μm以上段灰塵已經大量聚集在濾芯，而反吹系統又無法有效清除聚集的大顆粒灰塵，濾芯很快失效[3]。

2  進氣過濾系統優化改造及效果評估

2.1  進氣過濾系統優化改造

為了改善進氣過濾系統的性能和穩定性，提出以下改造方案：

優化過濾模式為雙重過濾模式，包括初級預過濾和末級過濾（精過濾）兩個階段。初級預過濾作為整個過濾系統的預過濾，用于在精濾前過濾1μm～5μm的大顆粒灰塵；末級過濾是采用精濾，用于繼續吸附經初級預過濾后剩余的小顆粒灰塵，進一步提高進入壓氣機的潔凈度[3]。

進氣過濾系統的管線較多，并且伴有高壓反吹管路平均布局于濾筒下方，高壓反吹管路與濾筒間存在一定空間，但是空間有限，故安裝粗濾可能存在困難。因此，綜合研究考慮，將整個過濾墻安裝于所有管路管線之下，安裝完成后會將所有的管路管線覆蓋住。因此，燃機進氣過濾系統初級預過濾選用過濾等級為G4級的板式過濾器，圍繞工字鋼鋪設初效過濾墻整體的滑軌導槽，采用鉚接或者螺栓連接內設初效板式過濾器，以模塊形式設計，整個采用滑軌設計，從左至右進行滑動鋪設，最終整個進風面完全被初效板式過濾棉覆蓋住（圖 2）。這樣可以提高系統的凈化效果，截留粒徑1μm～5μm的懸浮性顆粒。

圖2 進氣過濾系統改造后

2.2  改造效果

燃機進氣過濾系統優化改造后，過濾效率得到顯著提升。運行一年以后，對壓氣機進行孔探檢查，發現壓氣機葉片光亮如新、無大顆粒物撞擊痕跡。由此可見，燃機壓氣機能夠長時間保持清潔、高效的狀態運行，成功規避了水洗過程中水洗液對壓氣機葉片造成的沖擊和溫度劇變引發的熱應力問題，從而延長了燃機部件的使用壽命。

同時通過改造延長了濾芯使用壽命，從原來的24個月延長到48個月，這樣可以節約一個周期的濾芯費用約25萬元。本次改造成本約為20萬元，而每個周期更換粗濾的費用約為2萬元。一臺機組改造成本一個周期即可收回，且之后的每個周期可以節約23萬元。

3  結論

通過對該站RB211型燃機進氣過濾系統的改造，安裝初效過濾墻和優化過濾模式，濾芯壽命延長，機組性能明顯改善，取得了良好經濟效益。

然而，需要注意的是，本文僅針對該站RB211型燃機進氣過濾系統進行了分析和改造，具體的改造方案和經濟效益可能因不同的系統和環境條件而有所差異。因此，在實際應用中，還需根據具體情況進行評估和調整。

參考文獻：

[1]康斐爾過濾設備有限公司.燃氣輪機空氣進氣過濾系統安裝、操作和維護手冊[R].上海：康斐爾過濾設備有限公司，2008.

[2]王樹國，孫劍，侯力，等.9E型燃氣輪機進氣過濾系統改造[J].華電技術，2015，37(02)：30-33+77.

[3]馮湘斌.9F燃氣輪機壓氣機進氣過濾器改造[J].燃氣輪機技術，2018，31(01)：60-65+72.

作者簡介：李旭東，1997年生，本科，助理工程師，主要從事輸氣站場設備管理工作。聯系方式：0996-8777444 ，lixd07@pipechina.com.cn。