李旭东 李柏成 仲亚山 周平 王若群 侯佳 安阳

国家管网集团西部管道塔里木输油气分公司

摘要：本文介绍了国家管网集团西部管道公司某站RB211型机进气过滤系统的结构和组成，并对该系统存在的问题进行了深入分析，提出一项高效的系统改进方案。改造后过滤效果明显改善，在保证机组运行效率的同时取得了良好的经济效益。

关键词：燃气轮机；进气过滤系统；多级过滤；颗粒度；机组性能

在天然气输送站场，燃气发生器是一种常用的设备，用于为离心式压缩机提供动力。燃机工作中需要吸入大量空气参与燃烧，在此过程中空气中的各种污染物都有可能进入燃机中，影响机组运行的可靠性、经济性、安全性和使用寿命。燃机进气过滤系统的主要工作目标就是对空气进行有效清洁，从而满足燃气的使用要求。

1  RB211燃机进气过滤系统存在问题分析

1.1  机组进气系统概况

国家管网集团西部管道公司某站的燃气轮机进气系统采用康斐尔公司单级自洁脉冲气流反吹过滤器，过滤元件为刚性滤筒，圆筒式过滤器采用超细合成纤维配合植物纤维混合材料滤纸，具备防尘埃板结和抗湿性能，在干燥或潮湿环境下始终保持良好的性能，过滤效率达到EN779-2012 欧标F9级，设计使用寿命16000小时。

康斐尔过滤系统为单级过滤，共有240根滤芯（分为2组，其中196根用于燃烧，44根用于箱体通风）按15×16排列，水平安装在水平隔板上，隔板将脏空气与清洁空气隔开。滤材表面进行防水涂层处理，具备抗湿性能，并加工成百褶形状，单根滤芯的额定流量≥1800 m³/h[1]。过滤下来的颗粒物附着在滤芯外表面，会引起过滤差压升高，当过滤差压达到报警值时，脉冲反吹系统自动启动。脉冲气体为压力在0.76 MPa～0.83 MPa的无油、无水压缩空气，在反吹电磁阀控制下以0.1 s的时间进行脉冲，通过膜片阀从滤芯顶部将压缩气体喷出，形成一次瞬间冲击，将滤芯从内而外进行清吹，进而将滤芯吸附的颗粒物吹掉。当过滤差压回落达到某一设定值时，反吹自动停止[2]。

燃机进气过滤系统一旦出现问题，进气损失常会对机组产生下列影响。

（1）影响燃机输出功率和热功率。燃机进气系统出现压降过高时，要想实现出口压力保持不变，压气机的比功需要持续增加，因此在需要消耗更多的透平出功来带动压气机，进而导致燃机的功率和效率呈现出下降趋势。

（2）影响机组的使用效率。燃机在工作过程中，空气中的灰尘或颗粒物会进入到燃机内部，这些杂质会造成压气机叶片内部发生结垢现象，造成叶片形状发生改变，从而导致压气机压比下降，影响整个机组在工作过程中的输出功率。另外，压气机叶片发生结垢后会造成叶片本身的固有频率发生改变，导致机振频率的工作效率降低，甚至可能导致叶片发生断裂。因此在实际生产过程中必须重视叶片的结垢程度，需要及时清理掉燃气轮机叶片上的结垢。然而，清洗次数过多会增加机组的运行成本，同时会降低机组在工作过程中的使用效率。

（3）影响压气机喘振裕度。当空气中的污染物进入到燃机内部时，不仅会对压气机叶片造成严重的腐蚀现象，同时也会改变叶片表面的气体功角，导致压气机的喘振裕度发生明显改变，严重的情况下会影响机组的安全运行。

（4）影响燃机的级间密封。燃机压气机和涡轮级间的密封主要是依靠气封进行操作，由于气封之间的密封间隙非常小，而且相对速度较快，如果空气中的干净程度不足，会导致密封垫发生磨损，直接影响到燃气的整体工作效率。

（5）造成高温热部件烧蚀。燃机的所有高温热部件大多数是依靠压气机压缩之后的一部分冷空气进行冷却，并且冷却通道非常细长。如果冷却空气中的干净程度不足，会导致冷却孔道发生堵塞，造成高温部件发生超温状态，影响部件的使用寿命。

1.2  燃机进气系统问题及原因分析

进气系统出现的问题主要包括：单级的自清式滤芯的初始效率比较低，从而导致使用初期会有大量的颗粒进入燃机通流部件，造成部件冲击受损[3]；频繁的脉冲反吹，会造成滤材的内部过滤结构损坏。由于受沙尘、潮湿环境的影响，滤芯寿命缩短，导致滤芯失效，最终达不到预期的过滤等级，严重时造成燃机叶片受损；在线反吹清洁效果差，反吹系统无法有效清除粘性的细小颗粒，尤其到后期，反吹对恢复滤芯差压基本没有效果（图 1）；同压比下，燃气轮机出力、效率和经济性能下降等。

图 1 现场反吹效果

分析该站燃机进气系统出现的问题，主要是由以下三个方面的原因造成的。

（1）环境因素。该站位于沙漠边缘，环境干旱，沙尘较多，容易造成滤芯污染。滤芯污染物主要为沙尘颗粒，空气中的灰尘主要为5μm以上的微粒，这些大颗粒的灰尘容易聚集在滤芯表面，导致压降增长过快，而反吹装置无法完全清除滤芯内部的污染物，影响滤芯的使用寿命。

（2）灰尘粒径分布。根据对西部管道公司某站连续三个月平均天气的统计数据，约70%的时间处于沙尘天气。空气中的灰尘粒径主要集中在5μm范围内，而F9级滤芯主要过滤0.1μm～3μm范围内的灰尘。因此，滤芯表面容易聚集大颗粒灰尘，从而影响滤芯的寿命。

（3）未设置分级过滤。该机型滤芯为F9级滤芯，这种滤芯过滤0.1μm～5μm的初始效率是较低的，但随着使用时间的增加，容尘量的增加，过滤0.1μm～5μm的效率会逐步提高。由于该机型为单级过滤，F9级精滤直接用于过滤直径0.1μm以上的大颗粒物，当0.1μm～5μm段的效率还未提高到理想状态时，5μm以上段灰尘已经大量聚集在滤芯，而反吹系统又无法有效清除聚集的大颗粒灰尘，滤芯很快失效[3]。

2  进气过滤系统优化改造及效果评估

2.1  进气过滤系统优化改造

为了改善进气过滤系统的性能和稳定性，提出以下改造方案：

优化过滤模式为双重过滤模式，包括初级预过滤和末级过滤（精过滤）两个阶段。初级预过滤作为整个过滤系统的预过滤，用于在精滤前过滤1μm～5μm的大颗粒灰尘；末级过滤是采用精滤，用于继续吸附经初级预过滤后剩余的小颗粒灰尘，进一步提高进入压气机的洁净度[3]。

进气过滤系统的管线较多，并且伴有高压反吹管路平均布局于滤筒下方，高压反吹管路与滤筒间存在一定空间，但是空间有限，故安装粗滤可能存在困难。因此，综合研究考虑，将整个过滤墙安装于所有管路管线之下，安装完成后会将所有的管路管线覆盖住。因此，燃机进气过滤系统初级预过滤选用过滤等级为G4级的板式过滤器，围绕工字钢铺设初效过滤墙整体的滑轨导槽，采用铆接或者螺栓连接内设初效板式过滤器，以模块形式设计，整个采用滑轨设计，从左至右进行滑动铺设，最终整个进风面完全被初效板式过滤棉覆盖住（图 2）。这样可以提高系统的净化效果，截留粒径1μm～5μm的悬浮性颗粒。

图2 进气过滤系统改造后

2.2  改造效果

燃机进气过滤系统优化改造后，过滤效率得到显著提升。运行一年以后，对压气机进行孔探检查，发现压气机叶片光亮如新、无大颗粒物撞击痕迹。由此可见，燃机压气机能够长时间保持清洁、高效的状态运行，成功规避了水洗过程中水洗液对压气机叶片造成的冲击和温度剧变引发的热应力问题，从而延长了燃机部件的使用寿命。

同时通过改造延长了滤芯使用寿命，从原来的24个月延长到48个月，这样可以节约一个周期的滤芯费用约25万元。本次改造成本约为20万元，而每个周期更换粗滤的费用约为2万元。一台机组改造成本一个周期即可收回，且之后的每个周期可以节约23万元。

3  结论

通过对该站RB211型燃机进气过滤系统的改造，安装初效过滤墙和优化过滤模式，滤芯寿命延长，机组性能明显改善，取得了良好经济效益。

然而，需要注意的是，本文仅针对该站RB211型燃机进气过滤系统进行了分析和改造，具体的改造方案和经济效益可能因不同的系统和环境条件而有所差异。因此，在实际应用中，还需根据具体情况进行评估和调整。

参考文献：

[1]康斐尔过滤设备有限公司.燃气轮机空气进气过滤系统安装、操作和维护手册[R].上海：康斐尔过滤设备有限公司，2008.

[2]王树国，孙剑，侯力，等.9E型燃气轮机进气过滤系统改造[J].华电技术，2015，37(02)：30-33+77.

[3]冯湘斌.9F燃气轮机压气机进气过滤器改造[J].燃气轮机技术，2018，31(01)：60-65+72.

作者简介：李旭东，1997年生，本科，助理工程师，主要从事输气站场设备管理工作。联系方式：0996-8777444 ，lixd07@pipechina.com.cn。