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浅谈煤层气发电预处理系统管道阀门选型和设计 　　摘 要：本文主要通过实践观察，针对目前煤层气预处理来气母管设计、阀门的选型中存在的部分缺陷，进行了研究探讨，并提出相应的更改方案；对现有煤层气发电中各种预处理工艺流程的设计优劣进行了对比和阐述。 　　关键词： 煤层气；管道；阀门；设计 　　 　　1、引言 　　 煤炭形成过程中，在高压和厌氧条件下产生大量气体吸附于媒体，其主要成分是甲烷，也称为煤层气。煤层气释放出来，严重威胁煤矿安全生产，并且甲烷是一种强温室效应气体，大量煤层气排入大气将影响全球环境，导致气候变暖。但同时，煤层气又是洁净的可燃烧能源，随着煤层气抽放技术日益完善，煤层气利用水平也逐步提高[1]。目前，煤层气在民用项目、煤层气锅炉、化工生产方面的都有广泛的应用。现阶段我国煤层气开发利用的发展方向是：坚持“以抽保用、以用促抽”，优先开发民用煤层气煤层气，适量改造和新建煤层气锅炉，主导发展煤层气发电。在国家新的能源政策引导下，越来越多的煤炭企业将煤层气发电项目列入发展规划 [2] 。煤层气发电技术是煤层气开发利用的一项新兴技术，该技术对煤矿的安全高效生产、环境保护、煤层气能源有效利用有着重要的现实意义,国外许多国家，例如澳大利亚等，在此领域处于世界领先水平，而煤层气发电在我国还处于起步阶段[3]。煤层气发电是利用成熟的内燃机技术，通过煤层气燃烧将其热能转换成电能，技术较为可靠，而且投资少，见效快，一般在3年内即可收回全部投资。煤层气发电技术正在成为煤矿煤层气利用的一种主要方式。 　　 煤层气除了可燃的甲烷外，还有氮气、氧气、水蒸汽以及少量的氨气等组成。其中水蒸汽是以饱和状态存在的，气体本身还携带有粉尘颗粒[4]。在煤层气内燃发电机系统中，煤层气被导入内燃机压缩点火，完成能量转化过程。煤层气中的各种杂质对系统有较大的危害，影响燃机的效率，缩减设备寿命和可用率，并增加运行费用。 　　 2、煤层气管道设计及选择 　　 煤层气预处理主要对进入发电机组之前的煤层气进行预处理，以满足发电机对燃气品质的要求。但由于煤层气发电处于起步阶段，煤层气预处理系统及输送管道设计及阀门选择上仍存在诸多问题。通过研究山西省大宁煤层气发电厂、寺河煤层气发电厂等五所煤层气电厂在实际运行中由于管道设计和阀门选型不当引起的操作不便和运行事故，总结其设计中存在的优势及缺陷，提出以下设计方案，以供其他煤层气发电厂参考。 　　煤层气预处理系统管道主要由气柜（或储气罐）、来气母管、设备管道以及出气管道组成，来完成煤层气预处理系统对压力控制、流量控制，并最终运输到达燃机进行发电，如图1所示。 　　 　　 　　 （1）气柜（或储气罐） 　　 煤层气通过抽采管道首先进入气柜。气柜是重要的气体储存和安全环保设施，它用来调节煤层气高低不均匀的供气负荷以及调节、稳定浓度。按储气压力大小可分为低压气柜和高压气柜两种。低压气柜按密封方式分类为：湿式和干式两种，湿式有直立式和螺旋式；干式气柜是利用弹性垫片及油封填充方法[5 ]，保持密封，目前使用很少。高压气柜通常称为高压储气罐。有圆筒形（立式或卧式）和球形。 　　 较干式气柜而言，湿式气柜在储存煤层气上有很多优势，最主要的是可作为煤层气预处理的第一道处理设备，过滤煤层气来气中的部分固体杂质。通过观察对比，湿式气柜投用时，预处理50μm粗过滤器的清理周期约为6个月，而干式气柜投用时，50μm粗过滤器约2个月就需清理一次。由此可以看出，湿式气柜对煤层气的过滤效果很显著。但由于湿式气柜用水进行密封，在北方，冬天室外温度很低，保温不好容易上冻，严重影响气柜的正常运行。故，一般气站多采用干式、湿式气柜一备一用的运行方式。（2）煤层气来气母管安装及阀门选择 　　 直接抽采出来的煤层气湿度很高，随温度压力的改变，部分凝结水会在气柜内析出并积存于气柜底部，而预处理的来气母管一般取自气柜的底部，则煤层气中就会携带大量的水（对于湿式气柜尤为严重），从而使输送管路中积累大量的液态水。为减少携水量，防止气体输送时大量液态水随之运输，来气母管设计中会设置管道爬升，利用重力作用，减少液态水的携带量。通常，爬升管道要高出气柜底部3米左右，并在来气母管的最低点设置排水顺畅的排水口。 　　 　　 　　 大宁煤层气发电厂来气母管仅爬升1米，当排水不及时时，大量液态水顺着气流经煤层气输送管道进入预处理设备，当用气量增大，气流会携带更过液态水流动，煤层气经预处理设备过滤、冷干、升压升温后，液态水仍不能完全去除，曾出现在升压风机后、精滤出口，甚至进入燃机进气管道，严重影响设备正常运行，损害设备性能，并减短设备使用寿命。寺河发电厂管道爬升2.5米，当排水不利时，也出现来气水分过高的现象。故为尽量减少来气携带水分量，除了设计中管道应爬升3米