860MW级多轴燃气蒸汽联合循环机组中燃气管道的爆破吹扫

 摘 要：分析了860MW级燃气蒸汽联合循环机组燃气管道可能采取的各种吹扫方案，采用了国内规程规范上未标明的爆破吹扫工艺，介绍了爆破吹扫的优点、具体实施过程及注意事项。
关键词：燃气管道、多轴、清洁度、爆破吹扫
Blasting Purge for Gas Pipeline of a 860MW Multiaxial Gas-steam Combined Cycle Unit
Hao Yunfeng Li Xiaoshun
Hydro Electric Power System Engineering Company, Wuhan Hubei 430074，China
Abstract：This paper analyzed various possible purging options for the gas pipeline of a 860MW multiaxial gas-steam combined cycle unit，including the blasting purge technique that has not been marked in domestic specifications and codes.Also introduced the advantages, specific implementations and notes.
Key words：gas pipeline、multiaxial 、cleanliness、blasting purge
0 引言
燃气管道的清洁度直接关系到燃机机组调试的时间长短、点火的顺利、安全稳定运行可靠性以及内部热部件的寿命，对于燃机的正常投运非常重要。因此燃气管道在施工安装完成之后，必须进行管道内部杂物的专项清扫工作，以保证燃气管道内部的清洁度。
1 系统简介
某项目新建1套世界单机容量最大的“二拖一”燃气蒸汽联合循环供热机组，即2台M701F4级燃气轮机、2台336.6MW燃气轮发电机、2台卧式三压余热锅炉、1台267.7MW供热蒸汽轮机和1台316.2MW汽轮发电机，性能保证工况下的发电出力为860.88MW，净供热能力531MW。
该工程燃气管道主要分为以下几个系统：1、从上游城市天然气管网来气至燃气调压站管道。规格φ426×20mm，材质20G。2、燃气调压站系统。由厂家模块化供货，分为入口单元、分离单元、过滤单元、计量单元、调压单元、增压机单元、启动锅炉加热单元、启动锅炉调压单元、冷凝液储罐单元、放散单元和仪表气单元等11个主要单元。3、燃气调压站至#1、#2燃气前置模块入口支管。规格分别为φ610×20mm、φ406×14mm，在燃机前置模块入口前变径为φ273×9mm，材质20G。4、燃气调压站至启动锅炉管道。规格φ219×7mm，材质20G。5、燃气调压站至放散塔两路排气管道。规格分别为φ168×6、φ60×4mm，材质20G。6、#1、#2燃机前置模块管道。由厂家模块化供货，现场组装。燃料加热器之前的管道规格φ273×9mm，材质20G；燃料加热器和终端过滤器之间的管道规格φ273×16mm，材质20G；终端过滤器之后的系统材质均为不锈钢（0Cr18Ni9），其中集管规格为φ273×15.1、φ219.1×12.7、168.3×11mm；去主燃料A线集管、主燃料B线集管、顶环燃料线集管规格168.3×11mm；去值班燃料线集管的规格φ88.9×5.5/φ60.3×3.9mm；主燃料A线、主燃料B线、顶环燃料线、值班燃料线至各喷嘴支管规格分别为φ42.3×3.6、φ48.3×3.7、φ42.2×3.6、φ33.4×3.4mm。
2 吹扫方案的选择
燃气调压站增压机前安装有一个双联过滤器，可将燃气中的固体小颗粒和液体小液滴分离出来，过滤效率为：5μm以上颗粒清除效率100%，3-5μm颗粒清除效率不小于99.9%，2-3μm颗粒清除效率不小于99.5%，0.5-2μm颗粒清除效率不小于95%。燃烧器进口燃气管上安装有终端过滤器，过滤效率为：大于10-12 μm的液体颗粒、大于2 μm的固体颗粒清除效率不小于99.5%。压差大于等于55KPa时，考虑更换滤芯，大于80KPa时，必须更换滤芯。从过滤器的过滤效率可看出燃机对燃气的品质要求非常苛刻，一旦燃气品质不合格，会造成过滤器的堵塞，燃机会因燃料供应不及时而降低出力，甚至停止运行。燃气具有易燃、易爆和有毒等特点，一旦出现泄漏，后果比较严重，过滤器滤芯的更换须采取专项安全措施，处理过程比较谨慎而漫长。如某燃机项目调试期间过滤器出现堵塞，解体检查发现约1kg的铁锈等异物，直接导致调试时间延误约2周，个别燃机项目甚至在过滤器中发现有木板、沙石等异物。因此燃气管道安装完毕后的吹扫方案选择须特别慎重。
《电力建设施工及验收技术规范(管道篇)》（DL5031—94）中规定了水冲洗、化学清洗、蒸汽吹洗三种管道清扫方案；《城镇燃气输配工程施工及验收规范》（CJJ33-2005）中规定了气体吹扫或清管球清扫两种吹扫方案；本工程厂家资料上推荐了陀螺清洁、空气吹扫和爆破吹扫三种推荐吹扫方案。现结合本工程的实际情况对各吹扫方案做一个简单分析。
2.1水冲洗和化学清洗法
水冲洗和化学清洗主要适用于液态介质管道，不适用于气体管道。
2.2蒸汽吹扫法
该工程为新建工程，无老厂提供蒸汽吹扫的汽源；设置了启动锅炉房，但启动锅炉房的燃烧系统只设计了燃气一种燃料，即必须等待燃气系统吹扫合格，正常投运后，启动锅炉才能提供合格的蒸汽；同时蒸汽吹扫一般只应用于汽、水、油系统，不用于气系统管道。
2.3清管球法（陀螺清洁法）
《城镇燃气输配工程施工及验收规范》（CJJ33-2005）中规定的清管球法与厂家推荐的陀螺清洁法原理上是一致的。清扫的效果较气体吹扫好，但需根据管径大小配备专用的清管器、临时清管器发送装置、临时清管器接收装置、清管器信号发射器等设备。工序复杂，且清扫过程中一旦出现清管器卡在管道内，要设法增压推动，如增压推动仍不能使清管器移动，就必须割管取出清管器，修补管道，重新进行清管工作。清管球法一般适用于管径一致，距离较长、弯头较少的野外输送管道，在管径变化大、阀门较多、弯头较多的市区、企业等区域由于清管器易卡塞、清洁时间较长等一系列的缺点而很少被采用。
2.4空气吹扫法
《城镇燃气输配工程施工及验收规范》（CJJ33-2005）中明确规定：“1、球墨铸铁管道、聚乙烯管道、钢骨架聚乙烯复合管道和公称直径小于100mm或长度小于100m的钢质管道，可采用气体吹扫。2、公称直径大于或等于100mm的钢质管道，宜采用清管球进行清扫”、“吹扫气体流速不宜小于20m/s”。该工程由于燃气管径较大，工程现场配备的空压机容量无法满足空气吹扫法的流速要求，且大流量空气吹扫的浪费也比较大，所以空气吹扫法这一方案可操作性不强。
2.5爆破吹扫法
《电力建设施工及验收技术规范(管道篇)》（DL5031—94）和《城镇燃气输配工程施工及验收规范》CJJ33-2005中均没有明确提出爆破吹扫这一工艺，电力系统也基本上很少采纳该工艺。但是爆破吹扫法由于具有操作简单、所需专用设备少、措施性材料少、成本低廉等一系列优点而实际应用于管道较短、管径不一致、支管较多的市区中低压燃气管网中。燃机厂家的说明书上也推荐了爆破吹扫这一工艺，根据工程的实际情况，决定采用爆破吹扫法来保证燃气管道的清洁度。
3 爆破吹扫法的优点
爆破吹扫法也叫气体增压爆炸法，其操作工序是在系统安装完毕后，将被吹扫管线的一端用一片比管线承受压力低得多的爆破片封闭，另一端用空压机向系统内逐步通入压缩空气加压，使管线内的压力逐渐升高，当管线内的压力达到一定值，即超过爆破片能承受的极限压力时，爆破片突然破裂，管线内的压缩空气瞬间迅速膨胀，从爆破口以极高的速度喷出，管线内的杂物在爆破引起的震动作用和高速气流的冲击下也随之排出。然后关闭进气阀，在爆破口重新布置爆破片，系统重新憋压到爆破压力，再次进行爆破吹扫。如此循环往复数次，直到管线内所有异物全部被清除干净。与其他管道清扫工艺相比较，爆破吹扫具有以下特点。
1、空气流速高，携带力强，吹扫质量高。爆破片突然破裂后，管线内的压缩空气瞬间迅速膨胀，以极高的流速从爆破口喷出，不仅能将系统内的焊渣、药皮、泥土、砂石、油脂、锈蚀物、粉尘等异物彻底吹扫干净，管线死角处的杂物还会在爆破吹扫时的振动力作用下，与管壁脱落，从而被急速膨胀的空气流带出，提高清除管内污垢的能力。其他传统工艺中很难被吹扫出来的低洼处残存积水等杂物也能被高速喷出的压缩空气带走。
2、吹扫效率高。同一规格、长度的管线，一般情况爆破吹扫4-6次即可达到清洁度要求，可缩短吹扫的时间，缩短系统整体调试时间，尽快投运系统。
3、可吹扫大口径管道。大口径管道进行常规空气吹扫，需要一个大容量的稳定气源点，现实中很难找到与之相配的大容量稳定气源点，吹扫质量不易得到保障，大型压缩机的价格也很高昂，经济上很不合算。
4、操作简单、省工、省料、成本低。爆破吹扫所需要的主要设备为一台普通空压机，吹扫气源为空气，而电厂均设计有仪用或杂用空压机，可以就地取材。与其他冲洗、吹扫等方法相比，爆破吹扫法需用的设备和措施性材料较少，技术要求低，易于推广应用。
4 爆破吹扫方案的采用
1、选择合适的爆破吹扫工艺流程。
爆破吹扫工艺流程的选择非常重要，直接关系到系统吹扫的洁净度和吹扫效率。应依据管道施工图并结合实际工艺流程按照由大及小、从上至下、先短后长、由近至远、先管线后设备的原则，制订好整个系统的爆破吹扫工艺流程。充分考虑由于爆破引起的作用力影响，尽可能减少临时加固点，便于联结进气管、安装压力表及更换爆破片。系统上游应具有足够的气容空间，以保证系统上游的吹扫质量。一次吹扫管道的长度不宜超过500m，管道长度超过500m时，宜分段吹扫。
根据现场情况，本工程燃气管线主要分为燃气调压站去启动锅炉燃气管道、燃气调压站去#1燃机前置模块燃气管道、燃气调压站去#2燃机前置模块燃气管道、燃气调压站去放散塔燃气管道、上游来气至调压站燃气管道、#1燃机前置模块到#1燃机燃料集管、#2燃机前置模块到#2燃机燃料集管等几路吹扫管线依次进行吹扫。
主燃料A线、主燃料A线、值班燃料线、顶环燃料线至各喷嘴支管管道口径较小，现场安装完成后不具备逐跟清扫条件，且均为不锈钢材质，管道内部清理干净后即不易再产生锈蚀物品，采取人工清理管道内壁。安装前由业主、监理和厂家代表逐根验收检查管道的清洁度，验收一根安装一根，未及时安装的管道做好密封工作，避免出现燃气管道不清洁，造成燃烧室喷嘴堵塞。
各采样阀、仪表引线阀、压力表隔离阀等阀门关闭，待主系统吹扫干净后，再吹扫上述小管线。
2、选择合适的爆破口
爆破吹扫工艺流程确定后，根据实际场地选择爆破口，爆破口须有足够的爆炸空间，有10m以上的空地，宜在管道的最低部位，尽可能选择管道的端头且便于防护的地点，应选择水平或向下方向，爆破口处有坚固的支架。厂内设备布置密集，部分爆破口无法保证有10m以上的空地，采取的专项措施为爆破口15m范围内严禁作业，拉警戒绳，警戒绳外专人监护，重要设备覆盖彩钢板等防护措施。图1为现场布置的一个爆破口 图1：爆破口现场布置图
3、完善系统临时措施
拆除过滤器滤芯、流量计、流量孔板、喷嘴、调节阀、安全阀等所有易堵易损件，并妥善保管，用临时管道短接，待爆破吹扫结束后重新恢复以上设备。为避免杂物进入增压机、燃料加热器等设备，将以上设备的进出口管道短接，待系统全部吹扫干净后再拆除进出口短接管道，恢复正式系统。
4、选择爆破吹扫压力
《城镇燃气输配工程施工及验收规范》（CJJ33-2005）中规定空气吹扫时“吹扫压力不得大于管道的设计压力，且不应大于0.3MPa”。本工程上游来气至调压站的燃气管道设计压力6.4MPa，运行压力2.8～4.0MPa；燃气调压站至燃机前置模块入口的燃气管道设计压力6.4MPa，运行压力3.8MPa；燃气调压站至公用取暖锅炉的燃气管道设计压力1.0MPa，运行压力0.03～0.05MPa；燃气调压站至放散塔的燃气管道设计压力1.0MPa。众所周知，爆破吹扫压力越大，吹扫效果越好，为兼顾吹扫过程中的安全性和吹扫质量，爆破吹扫的空气压力原则上控制在0.3MPa左右，对上游来气至调压站的燃气管道和燃气调压站至燃机前置模块入口的燃气管道可适当提高爆破吹扫压力，但应严格控制在0.6MPa以下。
5、选择合适的爆破片
根据选定的爆破吹扫压力，结合实际管道通径，通过现场试验，选择合适的爆破片，使之达到计划的爆破压力以上后自行破裂。爆破片使用厚度5mm左右的普通石棉板。对燃气管径较大，且爆破吹扫压力较高的上游来气至燃气调压站管道和燃气调压站至燃机前置模块入口管道，选用0.5mm的白铁皮制作爆破片以提高爆破片的爆破压力。当实际爆破压力大于选定压力时，可通过在石棉板或者白铁皮上划“十”或者“井”字来降低爆破压力。
6、爆破吹扫
在爆破吹扫总指挥的统一指挥下，根据事先制订的爆破吹扫工艺流程，将整个燃气系统逐条、分段进行吹扫，防止出现遗漏和空气跑串现象。吹扫不合格的管线要多次、重复的进行爆破吹扫，直至验收合格，保证每条管线的吹扫质量。
7、恢复系统
爆破吹扫验收结束后，拆除临时管道，恢复爆破吹扫之前被拆除的过滤器滤芯、流量表、流量孔板、喷嘴、调节阀、安全阀等设备，拆除为避免杂物进入设备的临时措施，恢复正式系统。
8、系统防护措施
爆破吹扫完毕后，立即进行管道封闭工作，并对爆破吹扫合格的管线进行冲氮保护，避免吹扫合格的管道内壁再次出现锈蚀。本工程调压站配备有2台制气量2.4Nm3/min、压力1.0MPa的制氮机，只需在安排工期计划前，预先考虑到项目的进度情况提前将制氮机安装调试正常，并安装少量的临时冲氮管道即可。
5 爆破吹扫的合格标准
目前国内并无爆破吹扫的工艺及相关合格标准要求，仅在《城镇燃气输配工程施工及验收规范》(CJJ33-2005)中提出气体吹扫的合格标准为“当目测排气无烟尘时，应在排气口设置白布或涂白漆木靶板检验，5min内靶上无铁锈、尘土等其它杂物为合格”。厂家提供的燃气管道吹扫判断标准见表1。
表1：燃气管道吹扫判断标准
清洁方法 判断方法 判断标准
陀螺清洁 目视检查 确认收集的陀螺上没有包括水分在内的任何异物存在；目视检查陀螺发射机和捕捉器处的管道内部的清洁度（若有需要，采用内窥镜进行检查）
空气吹扫 目视检查 确认管道内无异物，若有必要在所有法兰接口处用内窥镜检查；
清洗力＞1.0C.F.；
每段管路至少吹扫10次；
每次排气时放置一块布然后检查该布，确认该布颜色无变化，且布上无杂质。
爆破吹扫 靶板检查 1、靶板上无直径超过0.5mm的硬质颗粒和凹陷；
2、对靶板的所有区域进行判断；
3、重复吹扫过程和靶板检查。
经过和业主、监理、厂家等相关单位的共同协商，本次爆破吹扫的合格标准选择为“在排气口设置涂刷白色涂料的木制靶板进行检验，连续重复两次靶板上无直径超过0.5mm的硬质颗粒和凹陷为合格”。
6 小结
经过紧张的施工，该燃气热电联产项目燃气管道内部清洁工作得到了相关单位的一致认可，取得了圆满的成功，确保了管道清洁度，保证了燃气机组的正常运行。由于爆破吹扫在电力系统的应用尚不普遍，相关人员经验不足，部分工艺执行的不够严格，如埋地管道的水压试验和爆破吹扫分别在春节前、后进行，间隔时间较长，造成埋地管道爆破吹扫次数近百次，大大超过预期次数。根据本次爆破吹扫的经验，在日后的工作中有以下建议和注意事项。
1、燃气管道安装前务必将内部清理干净，缩短安装周期，可采取完工一个分系统，吹扫一个分系统，封闭一个分系统的方式来确保管道清洁度。
2、不要在雨天安装埋地管道，避免雨水、泥巴进入管道，造成管道生锈。
3、水压试验完毕后，立即放净余水，进行爆破吹扫，避免管道生锈。
4、天然气管道一般不设计排污点，因此管道的最低点，特别是埋地管道低部应设置临时放水点，便于水压试验后尽快放净余水，避免管道生锈，同时减少爆破吹扫次数。
5、爆破吹扫前确保系统全部安装完毕、焊口检验合格，避免爆破吹扫完毕后再次在系统上进行切割、焊接工作，使管道受到二次污染，系统的清洁度得不到保障。
6、爆破吹扫过程中，进气口端管道内气体流速比较小，沉积在此处的石块、铁块等体积小比重大的杂物往往不能被吹扫干净，因此进气口端的管道在施工前，需逐根清扫干净，验收合格，以提高吹扫效果。
7、吹扫过程中虽已短接设备的进出口，但仍需用堵板将设备的进出口封堵严实，防止异物进入设备。
8、调试期间过滤器滤网的清理工作是不可避免的，也容易被异物损坏，由于滤网为原装进口，采购周期较长，需多准备几个滤网。过滤器最好水平安装，缩短拆装滤网端盖和取装滤网的时间。

参考文献：
[1] 电力建设施工及验收技术规范(管道篇)（DL5031—94）
[2] 城镇燃气输配工程施工及验收规范（CJJ33-2005）