燃?xì)廨啓C(jī)燃料供應(yīng)中增壓機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性范文

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摘要：針對(duì)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組天然氣供應(yīng)系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中增壓機(jī)出口壓力波動(dòng)的問(wèn)題，分析增壓機(jī)出口壓力降低主要原因是由于回流閥誤開(kāi)引起，進(jìn)而威脅燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行。提出了調(diào)整增壓機(jī)回流閥控制方式，同時(shí)在增壓機(jī)出口設(shè)置緩沖罐的方法來(lái)提高增壓機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同樣在燃機(jī)或者增壓機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題的情況下提供一定的時(shí)間裕度，同時(shí)可以降低正常運(yùn)行過(guò)程中調(diào)壓模塊切換的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)；增壓機(jī)；運(yùn)行穩(wěn)定性

1引言

1997年，北京天然氣用量只有1.8億立方米，居民用戶20萬(wàn)戶，氣化率不足5%；2015年，北京市的天然氣用量增至140億立方米，城市居民天然氣氣化率達(dá)到73%以上。近十年北京市的天然氣用量年均增長(zhǎng)約4億立方米，年均增長(zhǎng)率達(dá)到20%以上，城市天然氣用量和居民用氣戶數(shù)雙雙躍居全國(guó)各大城市之首。以北京東北熱電中心京能高安屯燃?xì)鉄犭娪邢挢?zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱京安熱電）機(jī)組為例。全廠配置為：2臺(tái)9F級(jí)型號(hào)V94.3A型燃?xì)廨啓C(jī)；3臺(tái)型發(fā)電機(jī)；2臺(tái)臥式余熱鍋爐；1臺(tái)蒸汽輪機(jī)。燃機(jī)發(fā)電機(jī)和蒸汽發(fā)電機(jī)組為分軸布置。額定發(fā)電出力為845MW。燃料為陜甘寧供北京的天然氣，通過(guò)北京內(nèi)高壓線路輸送至電廠，由電廠內(nèi)天然氣調(diào)壓站系統(tǒng)和天然氣前置模塊向機(jī)組供應(yīng)。采暖季天然氣壓力低對(duì)我廠影響：（1）用氣高峰來(lái)臨時(shí)限制燃機(jī)出力;（2）威脅燃機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；（3）影響我廠對(duì)外供電、供熱能力。

2燃料供應(yīng)系統(tǒng)概況

京安熱電燃料供應(yīng)系統(tǒng)向兩臺(tái)燃機(jī)組成的1套“二拖一”燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電供熱機(jī)組及1臺(tái)啟動(dòng)鍋爐提供持續(xù)穩(wěn)定的天然氣。安裝1套天然氣場(chǎng)站系統(tǒng)，包括2套粗精一體分離過(guò)濾器、3套貿(mào)易計(jì)量單元和3套比對(duì)計(jì)量單元、2臺(tái)增壓機(jī)、3套調(diào)壓?jiǎn)卧?運(yùn)1備）、一套啟動(dòng)鍋爐用撬裝式天然氣調(diào)壓站及其加熱器、配套天然氣充氮及放散系統(tǒng)。天然氣增壓機(jī)系統(tǒng)是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠燃料供應(yīng)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，當(dāng)外界天然氣供氣壓力不能滿足燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行要求時(shí)，通過(guò)啟動(dòng)增壓機(jī)來(lái)維持燃?xì)廨啓C(jī)入口所需的燃?xì)鈮毫?，同時(shí)增壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行增強(qiáng)了機(jī)組應(yīng)對(duì)燃料供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的能力。

3調(diào)試過(guò)程中增壓機(jī)出現(xiàn)的問(wèn)題

正常情況京安熱電天然氣通過(guò)流量計(jì)后經(jīng)過(guò)調(diào)壓模塊控制出口壓力為3.1MPa，向燃?xì)廨啓C(jī)入口提供穩(wěn)定的天然氣。一般調(diào)壓前壓力通常在3.7MPa左右。燃?xì)廨啓C(jī)入口有天然氣壓力低保護(hù)，當(dāng)天然氣壓力低于限制值時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)跳閘。如果由于其他原因使得燃?xì)鈮毫Σ蛔愕脑捑托枰獑?dòng)增壓機(jī)維持燃?xì)鈮毫?，增壓機(jī)出口一般設(shè)置壓力為3.1MPa。增壓機(jī)設(shè)置兩臺(tái)，正常運(yùn)行為一對(duì)一，在出口管道上設(shè)置聯(lián)絡(luò)管互相備用。增壓機(jī)主要的由電機(jī)和壓氣機(jī)組成，壓氣機(jī)進(jìn)口有ITV（進(jìn)口節(jié)流閥），IGV（進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉），RCV（回流閥），BOV（放散閥），出口閥門(mén)。增壓機(jī)啟動(dòng)前IGV一般維持25%的開(kāi)度RCV全開(kāi)，ITV全開(kāi)后IGV逐漸打開(kāi)，RCV回流閥逐漸關(guān)閉，這些閥門(mén)的狀態(tài)隨燃機(jī)的負(fù)荷變化。RCV主要為了增壓機(jī)的防喘振設(shè)置，如果增壓機(jī)有喘振的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，RCV打開(kāi)將增壓機(jī)出口的天然氣通過(guò)管道排放到增壓機(jī)入口，破壞當(dāng)時(shí)引起喘振的流場(chǎng)，避免造成設(shè)備的損壞。從圖1可以看出由于RCV（回流閥）快速開(kāi)啟，使得增壓機(jī)出口壓力迅速降低，最終導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)由于燃料壓力低跳機(jī)。

3原因分析和解決辦法

3.1誤判增壓機(jī)處于喘振區(qū)域

（1）從圖2看出RCV逐漸開(kāi)大，增壓機(jī)一直維持較低的出口壓力，實(shí)際上此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)入口天然氣壓力已經(jīng)逐漸逼近跳閘值，直到回流閥突然全開(kāi)后，燃機(jī)延時(shí)后跳閘?；亓鏖y打開(kāi)的主要原因是因?yàn)樵鰤簷C(jī)控制系統(tǒng)誤判增壓機(jī)喘振，導(dǎo)致回流閥直接全開(kāi)。喘振表現(xiàn)為壓氣機(jī)出現(xiàn)劇烈的氣流波動(dòng)，并伴有很大的吼叫聲，氣流以周期性的、強(qiáng)烈的脈沖形式表現(xiàn)出來(lái)，即氣流的壓力、速度和流量的急劇的變化。從當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)增壓機(jī)運(yùn)行實(shí)際情況判斷并未發(fā)生喘振，從圖2也可以看出壓力波動(dòng)實(shí)際并不劇烈。

(2)阿特拉斯增壓機(jī)判斷是否喘振主要通過(guò)防喘振線來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過(guò)喘振斜度值來(lái)輔助判斷，如圖3所示。圖3增壓機(jī)防喘振線當(dāng)時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷130MW，實(shí)際增壓機(jī)早已跳出喘振區(qū)域，在安全區(qū)域運(yùn)行，從現(xiàn)場(chǎng)的情況來(lái)看，也并沒(méi)有喘振的明顯特征，可以排除增壓機(jī)喘振。但是喘振斜度值也影響增壓機(jī)判斷喘振，主要表征的是增壓機(jī)出口壓力波動(dòng)時(shí)喘振斜度值也隨之波動(dòng)，波動(dòng)超過(guò)限制值則判斷為喘振的趨勢(shì)。壓力表現(xiàn)為在一個(gè)給定的時(shí)間周期內(nèi)迅速下降，然后上升，然后再次下降，回流閥也直接打開(kāi)。圖4為增壓機(jī)調(diào)試期間電機(jī)電流、震動(dòng)和斜度值關(guān)系曲線?？梢源_定的是喘振斜度值的設(shè)置是可以優(yōu)化的一個(gè)參數(shù)，防喘振線是固定的不可改變的。京安熱電1號(hào)增壓機(jī)喘振斜度值設(shè)置為上線：85，下線：-75。在以后的調(diào)試過(guò)程中我們建議擴(kuò)大這個(gè)斜度值范圍，根據(jù)實(shí)際情況擴(kuò)大，擴(kuò)大的比例建議8%，15%，20%的比例。

3.2燃料系統(tǒng)整體容積小

（1）工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，增壓機(jī)入口是一根母管。當(dāng)增壓機(jī)入口壓力由于其他情況如入廠燃?xì)鈮毫Σ▌?dòng)；調(diào)壓模塊堵塞發(fā)生時(shí)，會(huì)導(dǎo)致增壓機(jī)運(yùn)行的不穩(wěn)定，直接威脅燃?xì)廨啓C(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。主要原因是系統(tǒng)容積小，抗壓力波動(dòng)能力弱。從圖5不難看出在燃?xì)廨啓C(jī)低負(fù)荷階段燃料的用量增加并不明顯，在燃機(jī)負(fù)荷80MW以上時(shí)燃料增量顯著增大。建議在燃料系統(tǒng)中增加緩沖罐。緩沖罐的作用就在于燃機(jī)高負(fù)荷是提高增壓機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，如果需要切換管線時(shí)提高安全性，同時(shí)在燃?xì)夤?yīng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)提供反應(yīng)時(shí)間。

（2）緩沖罐的選?。壕彌_罐容積計(jì)算公式：V=Qs×t×P0/(P1-P2)V：儲(chǔ)罐容積，m3Qs：供氣設(shè)計(jì)容量，Nm3/minP1：正常操作壓力，kPa(A)P2：最低送出壓力，kPa(A)P0：大氣壓力，P0=101.33kPa(A)t：保持時(shí)間，分鐘min從計(jì)算結(jié)果可以看出燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷在120MW及以下時(shí)，將緩沖罐的容積設(shè)置在30m3，保守預(yù)計(jì)緩沖時(shí)間均能達(dá)到17s以上。燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷越低緩沖時(shí)間越長(zhǎng)。大大降低了倒換氣源的風(fēng)險(xiǎn)，提高了增壓機(jī)在面對(duì)負(fù)荷變動(dòng)和氣源切換復(fù)雜情況的適應(yīng)能力。同時(shí)某文章中提出某型號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)在輕載的情況下，當(dāng)天然氣增壓機(jī)跳閘時(shí)，如在1min內(nèi)馬上選擇停機(jī)，由于有天然氣緩沖罐（42m3）、管道等的蓄存，燃?xì)廨啓C(jī)可以正常停機(jī)。這樣，就可以避免燃?xì)廨啓C(jī)跳閘熄火對(duì)設(shè)備的熱沖擊及壽命的影響。即使京安熱電緩沖罐容積不能滿足最低負(fù)荷正常停機(jī)，那么在極端情況下使燃?xì)廨啓C(jī)在盡可能的低負(fù)荷

4結(jié)論

通過(guò)分析調(diào)試過(guò)程中增壓機(jī)出口壓力波動(dòng)的情況，確定是由于增壓機(jī)回流閥誤開(kāi)導(dǎo)致增壓機(jī)出口壓力降低，影響主機(jī)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。分析得出喘振斜度值的設(shè)置存在問(wèn)題，給出增壓機(jī)調(diào)試的方法，提高運(yùn)行人員對(duì)增壓機(jī)運(yùn)行的理解。同時(shí)考慮由于燃料系統(tǒng)容積較小，增壓機(jī)投入運(yùn)行時(shí)存在跳機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。為了讓整個(gè)燃料系統(tǒng)更具備抗風(fēng)險(xiǎn)、抗干擾的能力。通過(guò)理論計(jì)算建議在出口管道處加裝天然氣緩沖罐，計(jì)算結(jié)果表明設(shè)置30m3的緩沖罐對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)和增壓機(jī)的安全運(yùn)行起到良好作用，同時(shí)在設(shè)備維修需要倒換氣源的情況下大大降低“斷氣”的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)兩種方式均能提高燃料供應(yīng)系統(tǒng)中增壓機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，與此同時(shí)保障了主機(jī)設(shè)備的安全運(yùn)行。

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作者：吳明浩 閆乃欣 劉旭生 李偉 單位：北京京能高安屯燃?xì)鉄犭娪邢挢?zé)任公司