姚仲坤，安 超，劉振青
（中海石油（中國）有限公司蓬勃作業公司 天津 300459）
近年來，隨著海上油田的不斷開發和新平臺的陸續投入使用，用電量持續增大。渤海地區中心平臺 2 臺 GE PGT25＋SAC 航改型高效透平高負荷、長時間運轉。該透平機組進氣濾器初始設計為 2 級非標準定制濾器，一級除塵、二級除鹽和除水，而渤海地區夏季溫度平均23.9 ℃，相對濕度100%，大氣壓力1.010 8 bar，海洋特殊的工作環境導致二級濾器不能很好地降低進氣的水分和鹽度，進而導致透平機組效率無法達到設定效果，更換濾器、維修維保頻次增加。
本文以提高透平機組濾器使用效率為研究對象，查閱燃氣輪機濾器相關標準［1］，結合各類濾器除鹽、除水相關技術特點，通過對比標準化透平機組進氣濾器，提出從本質上提高透平機組可靠性、穩定性，以及減少機組大修成本、延長機組使用壽命的策略。
該設施2臺透平型號GE PGT25＋SAC，是由GE飛機發動機集團制造的LM 2500＋燃氣發生器與GE石油天然氣集團制造的高速動力透平匹配組成，如圖1所示。該透平機組對于空氣質量要求很高，相關技術參數見表1。
表1 透平參數Tab.1 Turbine parameters
圖1 燃氣輪機的進氣系統改造之前的結構Fig.1 Structure of gas turbine intake system before transformation
燃氣輪機的進氣系統改造之前的結構主要包括防雨罩、濾器前折流板、一級進氣濾器（M6）、二級進氣濾器（F9）、濾器后折流板、消音器、排水箱和進氣除冰系統。
原裝聚結式玻璃纖維盒式濾器過濾等級為：第一級粗過濾，過濾效率達 EN779 G3/G4；
第二級精過濾則需達到 EN779 F7/F8。但是在高鹽和高含水海洋環境中無法滿足機組進氣清潔度要求，從而縮短透平使用壽命，致使機組內部腐蝕，大修成本增加,見表2。
表2 進氣質量要求Tab.2 Quality requirement of air intake
結合2015—2018年該平臺維修人員更換濾器次數、更換濾器數目和洗車次數分析發現，2015年以來更換濾器次數和更換數目總體呈上升趨勢，直接導致洗車頻次增加，影響透平在線時率。從透平原進氣系統的使用情況出發，結合發動機的運行狀態，分析原裝濾器存在以下幾點問題：
①進氣系統除水效果較差，發動機進氣含水量高，透平發動機葉片剝蝕嚴重［2］；
②過濾器總體過濾精度較低，葉片臟得快，影響透平發動機的效率，從而需要頻繁地進行離線洗車；
③非標準尺寸需要定制且過濾器費用高，過濾器采購周期較長；
④更換濾器過于頻繁，更換過濾器的步驟較為復雜，所需維修的工時較長。
2.1 總體方案
針對燃氣輪機進氣系統的常規設計方法，結合科德寶過濾技術集團公司的產品，提出了2種解決方案進行分析、比較、選擇，見表3［3］。
表3 方案1、2對比Tab.3 Comparison of schemes 1 and 2
通過以上對比分析，最終確定采用方案2作為本次改造的實施方案。
2.2 濾器升級換型方案
為了將兩級過濾改為三級過濾，通過查找國內有資質的燃氣輪機進氣濾器制造廠家，發現科德寶（蘇州）分公司生產此類標準濾器，分別是HydroMAXX系列、HydroPack 系列、Maxipleat Cassette 系列、eMa**系列濾器。
通過查找透平進氣系統過濾器產品說明，并結合透平發動機進氣系統全面檢查，對透平進氣質量綜合分析：原進氣系統一級過濾器為過濾精度等級 M6的袋式過濾器，二級過濾器為過濾精度等級F9 的盒式過濾器，其終止過濾精度只達到中等過濾精度。利用當前工業上成熟的燃氣輪機空氣過濾器產品，采用技術革新手段可以實現去除透平發動機進氣水分的目標，并可實現透平發動機進氣過濾器精度提高到E11的目標。
根據主體的三級過濾方案，并結合標準的空氣過濾器尺寸對三級過濾器重新選型。進氣標框重新設計，以滿足過濾器的安裝和透平發動機進氣系統的使用。
2.3 濾器的重新選型
科德寶過濾技術公司的過濾器產品共有2 種用于除水的凝聚型過濾器可用作一級濾器，一種是HydroMa** 袋式過濾器，一種是HydroPack 盒式過濾器。通過對比2種過濾器的關鍵參數，HydroMa**袋式過濾器的初始壓降更小，容塵量更大，針對 PM10顆粒物的過濾效率更高，見圖2、3，表4。
圖2 HydroMa**袋式濾器Fig.2 Hydroma** bag filter
圖3 HydroMa**盒式濾器Fig.3 Hydroma** cassette filter
表4 2種凝聚型過濾器關鍵參數對比Tab.4 Comparison of two condensing filters
綜合以上參數比較，選擇 HydroMa** 過濾器作為一級過濾器。
二級濾器可選擇該公司 MX95 中等過濾精度的盒式過濾器。MX95 的初始壓降適中，容塵量適中，過濾級別適中，且針對PM1顆粒物的效率可以達到65%。考慮還有三級高效率過濾器，二級過濾器的過濾精度并不需要過高，MX95 過濾器完全可以滿足要求，見表5。
表5 Maxipleat Cassette系列過濾器關鍵參數對比Tab.5 Comparison of Maxipleat Cassette series filters
第三級濾器則選用該公司 eMa**-E11 亞高效過濾精度的盒式過濾器。此產品初始壓降適中，容塵量適中，過濾級別適中，過濾器攔截顆粒尺寸達到0.5μm，MPPS效率可以達到95%，針對PM1顆粒物的效率大于96%，見表6。且 eMa** 盒式過濾器采用經拒水處理的高強度超細玻纖濾料，過濾器整體不含任何金屬部件，采用不含鹵素的塑料外框及防護網，耐腐蝕。eMa** 盒式過濾器擁有優化的 3D 褶紙結構，保證過濾面積得以完全利用，捕集的灰塵在濾紙內均勻分布。該過濾器的厚度達到420 mm，容塵量大，使用壽命長。結構穩定的褶紙與防變形的塑料框注塑一體成型，保證了超高的抗破裂強度和安全性，防止了灰塵顆粒泄漏。可通過連接頭和預留在前置面板的孔位增加一級過濾器，而產品外觀無需做任何改變。
表6 eMa**系列過濾器關鍵參數對比Tab.6 Comparison of EMa** series filters
綜合考慮進氣系統總體過濾器壓降情況，結合3家過濾器的關鍵參數，最終確定濾器選型，選擇HydroMa**袋式過濾器為一級濾器，MX95為二級濾器，eMa**-E11作為三級過濾器。
根據現場實際情況和濾器選型結果，一級和二級濾器扣合安裝，三級濾器獨立安裝，結合原有框架外形尺寸大小、內部空間和濾器安裝方式，總結出2種設計方案，見表7。方案1：根據原有框架，保留風雨防護罩、一級濾器前部百葉窗的結構設計，三級濾器分別安裝，需要分別設計內部獨立固定框架。方案2：根據原有框架設計理念，保留風雨防護罩、一級濾器前部百葉窗的結構設計，一級和二級濾器扣合在一起安裝，三級濾器單獨安裝，故需將內部框架設計兩部分單獨框架安裝濾器。
表7 方案對比Tab.7 Scheme comparison
經過現場調查測量尺寸，如果按照第1種方案設計框架，內部將無空間更換濾器且維保困難，因而選擇第2種方案，見圖4。
圖4 濾器框架設計方案Fig.4 Filter frame design scheme
雜質和水跡、鹽漬殘留，可以證明經過改良后的空氣濾器水分和鹽分得到有效過濾；
對比升級前濾器后端檢查到水跡鹽漬，情況得到了很大改善。對濾器本體進行檢查，發現濾器狀態良好，濾芯無水跡、鹽漬殘留，而升級之前濾器濾芯中會殘留部分水、鹽，可以證明升級后濾器對水分、鹽分過濾效果好，對過濾的水分排放效果明顯優于原濾器。
在升級完成2 個月后，通過內窺鏡對壓氣機定子、轉子葉片狀態進行檢查，發現進氣濾器升級以后，附著在壓氣機葉片表面的雜質明顯減少，葉片尤其是15、16 級葉片的腐蝕速率明顯降低；
同時，洗車時壓氣機排放出的洗車水較濾器升級之前渾濁程度降低，洗車排放水清亮干凈，需要的水量降低，可以佐證壓氣機內部臟污程度得到很大改善。
濾器升級后，優化了濾器搭配，結合使用情況及廠家要求，一般每1.5年半更換一次，比原濾器更換周期延長6 個月；
同時，使用標準濾器后，整套濾器更換成本比原來非標準定制濾器節省65 520 元；
結合更換周期和單次更換成本，考慮濾器價格和人工費用，預計平均每年共節省費用10.5 萬元。