摘要：燃气轮机的燃烧配气系统对天然气品质和纯度有很高的要求，终端过滤器的强度、流量、过滤精度等性能参数都会对燃气轮机的性能以及工作稳定性带来直接的影响。文章针对燃气轮机天然气终端过滤器常见的故障以及失效原因展开分析，阐述导致燃气轮机失效的影响因素，并提出具有较高可行性的改进措施。
关键字：燃气轮机；天然气；终端过滤器
重型天然气燃气轮机设备是现阶段我国天然气发电厂的主力设备，通过天然气燃气轮机实现天然气燃烧能量-机械能-电能的能量转换过程。在天然气燃气轮机中，燃烧系统是燃气轮机重要的组成部分，通过燃烧系统，将天然气充分燃烧，释放其内在能量，产生高温高压的气体，推动活塞设备，并通过相应的机械结构转化为旋转动能，带动发电机旋转产生电能。目前燃气轮机发展迅速，设备机构的精密程度日渐提高，油气在燃气系统中，目前国多数燃气轮机的燃烧系统使用天然气喷嘴直径仅为1mm，这就对天然气的清洁品质有了更高得的要求。目前市面上常见的天然气燃气轮机设备均配备了天然气过滤装置，其中前置系统终端过滤器，过滤效果最佳。
1燃气轮机天然气系统的构成
燃气轮机使用的天然气首先经过天然气调压厂，对天然气的流量和热力值进行估算，并对天然气进行初步的过滤调压、调温。随后将压力、温度相对稳定的天然气输送到天然气燃气轮机的前置系统中，通过前置系统中的终端过滤设备进行第二次精密过滤，随后将二次过滤后的天然气送入配气系统，配系统对天然气的压力流量根据自身燃烧室需求进行精密控制后，输送到各个燃烧器中等待燃烧。
天然气终端过滤器位于前置系统的末端位置，终端过滤器是燃气轮机天然气的最终过滤系统，需要通过精密的二次过滤，让天然气的纯度达到燃烧需求。终端过滤器过滤级别高，同流能力强。目前Y型终端过滤器是使用最为广泛的终端过滤设备，该设备也是文章终点研究的终端过滤设备。Y型终端过滤设备一般安装在天然气管路上，气流通过天然气管进入终端过滤器入口，经过处理后由出口输入，天然气在终端过滤器内部通过滤芯设备完成过滤的过程，天然气终端过滤滤芯一般使用冲孔不锈钢筒体、不锈钢铁丝网和不锈钢圈。
2.天然气燃气轮机终端过滤器失效原因分析
天然气燃气轮机终端过滤器设备的整体结构与传统过滤器结构相似，外壳和过滤筒体多实用304不锈钢材料，滤材和滤筒部分使用薄壁不锈钢板冲孔工艺，在滤筒内部安装不同孔状密度的多层不锈钢过滤网，从结构角度，该过滤器设备理论过滤性能符合使用需求，但在实际应用过程中，天然气滤网后壁面为迎面风，天然气通过量最大，滤筒前部和下部区域为背面风，导致天然气流通不畅，形成死区，降低了过滤效果。
燃气轮机终端过滤系统使用的不锈钢过滤网一般采用四层结构，网孔密度分别为20木、80目、200目和100目四层。该结构中天然气实际的流通面积要远远小于管道的面积。根据相关数据显示，天然气在标准供应压力下，在管道中的流动速度约为24.91m/s，在经过过滤器网壁面时，流动速度会迅速上升，最大可以超过管道流速的7倍以上，滤网正前往需要长期承压。在燃气轮机负荷升高，较大流量运行中会因天然气冲击力度过大，冲孔薄板会发生弹性变形，滤芯的上中部产生向外凸起，滤芯轴向产生弹性弯曲变形，造成滤网实际孔径变大，滤网上部沿壳体定位面部分脱出，使大量的天然气未经过滤直接通过终端过滤器。增加了终端过滤器的过滤负担，造成过滤效果下降，导致大量没有达到纯度标准的天然气流经燃烧室，降低的燃烧效果，长期如此容易出现喷轨阻塞的故障。
3.终端过滤器失效带来的危害
天然气燃机轮机属于精密燃烧设备，对燃料的纯净标准有很高要求，长期使用纯度不达标的天然气，会直接影响天然气燃气轮机设备运行质量，并增加安装风向以及设备维修成本。使用不符合纯度标准的天然气首先会对配气阀门后的过滤网造成污染，形成大量的滤网杂物，随后会进一步阻塞燃烧器的内部喷嘴，从而降低了燃气轮机的运行稳定性，出现跳机事故。最后，天然气燃气轮机在经过长期不稳定运行后，其燃烧器的火焰筒以及相关金属部件会受到破坏，导致机组大修，增加了经济的损失以及不必要的成本。
天然气属于高风险气体之一，具有易燃易爆的物理特征，燃气轮机在进行大修施工前，需要对内部空气进行置换，工作复杂繁重，危险性也较高。
4终端过滤器改进方案
终端过滤器在不仅仅应用于天然气燃气轮机机组设备中，在许多其他工业领域均有应用。如在发电厂的给水系统中，滤器过滤精仅为60目，滤芯孔径较大，但由于过滤网设计强度低，导致滤芯变形，过滤器失效的故障时有发生。在天然气的终端过滤器中，一般使用四层不同孔网密度钢制滤网，但对于颗粒较小的天然气携带杂质，确没有很好的阻拦过滤作用，说明该设计方式存在设计缺陷，需要进行技术和工艺的改造。
文章基于上述问题提出一种全新的天然气终端过滤设备的设计方案，设计结构图如图1所示。在该设计模式下，进入终端过滤器的天然气会被管线引导在过滤器下部进行汇集，然后向上运动，通过滤网圆周的各个部分，在达到滤筒顶部后改为向下流动，最终流过过滤器设备，该种过滤器滤芯时，为四面式的进气结构，与普通终端过滤设备相比，该设计提高了滤网的使用率， 提高了滤网流动面积，同时四面进气让天然气的进气压力相互作用抵消，降低了对滤网壁面的冲击力，在天然气通过时，滤网不会出现偏移，从而提高天然气的过滤流量。
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图1新型天然气立式终端过滤器结构图
新型立式终端过滤设备可以提高燃气轮机运行的安全可靠性。天然
气过滤满足了燃气轮机要求， 燃气轮机配气系统、燃烧器系统运行正常， 基本上消除了轮间温差报警异常， 未再次发生因天然气品质原因造成的停机或限负荷运行事件。减少了燃气轮机滤网的清理工作量。终端过滤器改造后避免了临时滤网的频繁清扫， 终端过滤器清扫工作也呈现了明显的规律性。在春秋两季管线清扫期间， 天然气清洁品质较差， 终端过滤器压差升至 0． 05 MPa， 约需两天时间; 在天然气清洁品质较好时的清理周期一般在 10 天左右。终端过滤器压差到达堵塞设定值后， 切换为备用过滤器运行，对脏污过滤器进行清理， 不会造成机组停运和降负荷事件的发生，最终提高了天然气燃气轮机机组的运行效率和运行稳定性，提高能量转化效率，实现增产节能的降低运行成本的最终目的，同时该终端过滤设备噪音也相对较小，可以在夜间生产中使用，不会对周围环境带来噪音污染。
参考文献
[1]华浩磊， 范雪飞． 燃气轮机天然气系统配置方案的探讨［J］ ． 发电设备， 2010( 4) : 257-260．
[2]艾松， 陶健， 戴富林． 重型燃气轮机燃气过滤器设计［J］ ． 发电设备， 2012( 4) : 275-277．
[3]李奎． 大型天然气过滤器的现状与改进措施［J］ ． 石油矿场机械， 2004( 1) : 124-126．
[4]李昌忠， 李锐， 陈良． 天然气过滤器的净化效果分析和改进措施［J］ ． 城市燃气， 2009( 9) : 8-10
作者简介：赵志强，性别：男，民族：汉，籍贯：山东莱西，出生年月：1980年11月，文化程度：本科，现有职称：工程师，就业单位：哈尔滨电气股份有限公司，研究方向：燃气轮机.