广东惠州天然气发电有限公司 贺 杰

1 引言

目前，多数燃气轮机电厂使用天然气作为基本燃料，上游天然气供应站或供气管道的天然气一般通过厂内天然气调压站送入燃气轮机。

天然气调压站的主要作用是接受、计量来自上游的天然气，同时对天然气进行过滤、调压、调温等处理，满足下游用户需求的燃气品质。

天然气调压站可分为升压站和降压站，燃气轮机电厂一般为降压站，天然气进入燃气轮机前依次流经紧急关闭单元、流量计量单元、分离/过滤单元、燃气加热单元、燃机调压单元、机组计量单元、机组温控单元等。

作为燃气轮机电厂的生命线，介质具有易燃、易爆的特性，天然气管路一旦断供或异常泄漏，就会引起主机跳闸、爆炸、窒息等事故，所以天然气调压段的维护管理工作是电厂的重中之重。

2 调压段系统流程

某三菱M701F4型燃气轮机电厂典型调压段设计流程如图1所示，调压段一用一备。每个管路配置一个切断阀一个监控调压器以及一个工作调压器。监控调压器作为工作调压器的备用调压器，正常工作时，监控调压器全开，工作调压器负责调压，当工作调压器失效时，监控调压器接替工作调压器负责调压，并将压力控制在一个稍高的压力值。

图1 典型调压段系统流程图[1]

主出口配置一个安全放散阀，当压力超过设定值时进行压力放散。

两路下游配置一个逆止阀，防止下游压力波动反传引发系统误动作。

初始压力设定为主监控调压器3.95MPa，工作调压器3.8MPa，快速切断阀4.25MPa。备用监控调压器3.95MPa，工作调压器3.65MPa，快速切断阀4.25MPa。

3 调压器及切断阀工作原理

此调压段为PS79型指挥器控制式FL型轴流式调压器的间接型调压，以图2为例分析调压器工作原理。

图2 间接式调压器示意图

原始设计时，调压器弹簧设定压力较大，指挥器弹簧压力较小，指挥器动作比较敏感，使用指挥器能避免直接调压时调压器频繁动作导致压力波动。

当下游用气需求增大，调压器出口压力（下游取样压力）降低时，指挥器皮膜下方压力将小于弹簧压力，导致指挥器阀杆整体向下移动，从而打开指挥器V型阀。此时，调压器进口压力（上游取样压力）通过指挥器阀口进入调压器皮膜下方加大负载压力，此时负载压力大于调压器弹簧压力，导致调压器阀杆整体向上移动，从而打开调压器V型阀。上游压力流入下游通道，增大出口压力。此时，指挥器皮膜下方压力将大于指挥器弹簧压力，从而关闭V型阀，负载压力不变，最后调压器达到一个新的平衡点以稳定压力[2]。

此调压段快速切断阀为FEQ型切断阀，其结构如图3所示，当由取压点传送至传感器薄膜一侧的压力失常，超过（超压）或低于（失压）切断设定值时，弯板或螺杆的位置就会发生变化，从而触动撞针A或B，使脱扣机构脱扣，释放主阀瓣，主阀瓣在关闭弹簧的作用下，迅速向下移动，并与阀口紧密贴合，截断管路中的气流。

图3 FEQ切断阀结构示意图

4 典型故障分析

4.1 调压段压力偏离设定值

4.1.1 故障实例

某次机组检修期间，对机组主、备用调压段进行压力整定，由于机组未投运，关闭调压段进出口球阀，使用氮气瓶分别对两个调压段进行压力整定，设定为主监控调压器3.95MPa，工作调压器3.8MPa，快速切断阀4.25MPa；备用监控调压器3.95MPa，工作调压器3.65MPa，快速切断阀4.25MPa。次日，在机组投运时发现出口压力较设定值低0.2MPa，停机在机组维持3000转时，对调压段压力重新进行整定，整定后出口压力正常。

4.1.2 故障分析

在机组未投运的情况下使用氮气瓶进行调压与机组实际运行时的气流流量差距较大，当调压器需要时间反应或持续大流量时，原本的调压情况与实际运行情况并不匹配。为了准确设定调压段出口压力，需在大流量的情况下对调压段进行调压。

此外，压力整定顺序错误也会造成压力偏离设定值，通常整定压力顺序为由高至低，即切断阀—监控调压器—工作调压器，指挥器压力通过顶部六角头旋钮进行调节，旋紧为出口压力增大，反之减小，具体整定方法如下：

一是关闭主、备用调压段进出口球阀，旋紧工作指挥器旋钮，使工作调压器全开；旋紧快速切断阀指挥器旋钮，使切断阀动作值达到最大；旋松监控指挥器旋钮，使监控调压器全关。

二是打开调压段进出口球阀，缓慢旋紧监控指挥器旋钮，观察出口压力表，使压力达到快速切断阀动作压力并待其稳定。随后缓慢松开切断阀指挥器旋钮，直至切断阀动作，锁紧切断阀指挥器旋钮，此时压力即为设定的切断阀动作压力。

三是轻微旋松监控指挥器旋钮，随后重新打开快速切断阀，观察出口压力待其稳定，随后慢慢旋松监控指挥器旋钮使出口压力下降，当出口压力达到监控调压器设定值后待其稳定，锁紧监控指挥器旋钮，此时压力即为设定的监控调压器压力。

四是缓慢旋松工作调压器指挥器旋钮使出口压力下降，当出口压力达到工作调压器设定值后待其稳定，锁紧工作指挥器旋钮，此时压力即为设定的工作调压器压力。

五是打开备用调压段进出口球阀，关闭主调压段进出口球阀，使用相同方法设定备用调压段压力。

4.2 工作调压器压力异常升高

4.2.1 故障实例

某日，某主工作调压器开度在机组转速1800的时候从0%忽然剧增到20%，压力迅速升高，主切断阀动作关闭，随后备用切断阀也动作关闭，导致机组跳机。

现场尝试进行恢复，关闭备用前后手动阀，重投主调压段，在机组转速2000转时，主调压段下游压力从3.9MPa上升到4.4MPa，切断阀动作（设定压力4.25），为防止跳机，手动拉开切断阀防止其动作，压力稍有下降后最高升至4.6MPa，同时迅速打开备用进出口手动阀，关闭主进出口手动阀，备用下游稳定在3.6MPa，可正常供机组使用。随后使用备用投运。

4.2.2 故障分析

通过解体主工作调压阀主阀，主阀皮膜有老化严重鼓包损坏现象。阀口垫也有老化损坏现象，直接导致调压失效。

分析可知，天然气在大流量供气过程中突然快速压力上涨及跳机的原因：一是正常调压主运行状态是，气流经过一个入口手动球阀—切断阀（动作值取至调压出口）—监控调压阀（全开状态）—工作调压阀（调压状态）—出口手动球阀—出口安全阀—母管逆止阀—母管手动球阀—机组。

二是工作调压阀主阀阀体内密封件有破损的情况下投入运行，在天然气流量增大时，主阀内部元件内漏，得不到有效前后压差平衡，导致调压失效，出口压力增大。

三是工作调压阀调压失效后，工作阀迅速打开，此时监控调压阀接到下游异常增大的信号后监控调压阀开始投入使用，开度增大。

四是工作调压阀突然全开，监控调压阀响应不及时，出口压力升高到入口器切断阀动作值导致其动作，切断气源。

五是主切断阀取样压力及备用切断阀取样压力为同一压力，导致主切断阀动作，而主下游压力无法迅速释放的情况下，备用同样会取到较高压力值而动作，导致备用关闭。

更换主工作调压阀备件，重新整定压力后，主调压段运行正常。

4.3 主调压段压力波动或无法投入运行。

4.3.1 故障实例

某日，机组停运后，主调压段出口压力无法稳定持续上涨，直至出口安全阀动作。次日，使用打气筒对主、备用调压器进行检查，发现动作正常无泄漏，判断为指挥器泄漏。随后对指挥器进行拆检，发现监控指挥器阀口垫正常，而工作指挥器阀口垫损坏严重。遂更换新指挥器用于主工作调压器并进行压力整定，启动机组过程中主调压段出口压力波动较大，关小主调压段出口球阀开度至75%后出口压力稳定。

4.3.2 故障分析

通过观察指挥器结构，结合上文调压器工作原理分析可知，调压器进口端的压力进入调压器负载侧需要通过指挥器入口，再流经阀垫，最后到达指挥器出口，而底部的调节螺母可以通过控制上方的阀口，从而控制进入阀垫的气流量，影响指挥器的调节速度。当调节螺母全紧时，天然气无法通过，指挥器失去调节作用。而当调节螺母过紧或过松时，会造成调压器反应缓慢或过速，从而造成调压器出口压力波动。

当更换新指挥器时，其调节螺母开度为出厂设置，不一定与生产现场匹配，须在使用前进行多次调整，使其达到与机组匹配的开度。

5 优化改进建议

通过分析机组常出现的实际缺陷案例及总结运行经验，结合调压工作原理和系统设计流程，针对目前常见的天然气调压段设计提出部分优化改进建议：一是当机组进出口压差较大时，宜使用多级调压，避免造成监控调压器和工作调压器工作条件恶劣，加剧密封件损坏。

二是可在调压器处负载侧增加加速放散阀，其作用为当事故引起负载侧超压时，加速负载释放，从而保证调压器快速关闭，保证调压段安全。

三是合理设计动作压力。对加速放散阀，出口安全阀，主、备用快速切断阀动作压力进行梯级设置。使其动作压力为加速放散阀＜出口安全阀＜主、备用快速切断阀；当调压管路异常压力升高时，可优先通过加速放散阀或出口安全阀动作泄压，不至于憋压后导致器切断阀动作，造成机组跳机，给监控调压阀、备用调压段有一定的响应时间。此外，主路和备用路的快速切断阀的动作压力也应该有一定的差别，避免到达动作压力后，两路同时切断，造成机组跳机。

四是根据上述分析可知，当主调压段设备发生故障而切断阀保护发动动作时，备用不能有效缓冲压力变化，安全阀也未能及时动作释放压力，从而导致备用失效，为杜绝此类现象发生，可在主及备用切断阀取样点后加装逆止门，如此，当主下游压力过大导致主切断阀动作时，下游高压力不会马上传至备用切断阀，此时，通过安全阀泄放及下游用户消耗，将会导致下游压力减小，备用能够平缓过渡，接替主进行调压。

五是当调压段发生故障时，由于主、备用共用一个安全放散阀且位于两路手动阀之后，无法实现主或备用单独进行天然气放散，进而进行氮气置换隔离，也就无法及时进行消缺，存在较大风险隐患。建议将主、备用出口手动阀前充氮口改造为天然气手动放散口，接入天然气放散管道，用于系统隔离。