V94_2燃气轮机天然气增压系统调试中遇到的问题和解决方法

V94.2燃气轮机天然气增压系统调试中遇到的问题和解决方法

V94.2燃气轮机天然气增压系统调试中

遇到的问题和解决方法

范雪飞1,　钱　栋2,　励嗣晶2

(1.上海发电设备成套设计研究院,上海200240;　2.上海航天能源有限公司,上海201201)

摘　要:针对燃气轮机天然气供气系统的压力稳定性问题,提出在V94.2燃气轮机供气系统中配置离心式增压机。分析了调试过程中遇到的压力波动,主要原因是燃气轮机运行中耗气量变化在增压机的喘震区。通过控制方式的改进,以及加入防喘震控制,解决了供气压力的波动。

关键词:燃气轮机;增压站;压缩机;天然气压力波动

中图分类号:　TK477　　　文献标识码:A　　　文章编号:16712086X(2009)0220112203ProblemsEncounteredDuringCommissioningofNaturalGasBoostingSystemforV94.2GasTurbinesandtheRemedy

FANXue2fei,　QIANDong,　LISi2jin

1

2

2

(1.ShanghaiPowerEquipmentResearchInstitute,Shanghai200240,China;

2.ShanghaiAerospaceEnergyCo.Ltd.,Shanghai201201,China)

Abstract:Toimprovethepressurestabilityofnaturalgassupplysystemforgasturbines,acentrifugalpressureboosterwasaddedtothegassupplysystemofaV94.2gasturbine.Basedonanalysisofthepressurefluctuationoccurringinthecommissioningperiod,theproblemwasfoundtobecausedbythatthegasconsumptionvariedinthesurgeareaofthebooster.Bychangingthecontrolmethodandaddinganti2surgecontrol,thepressurefluctuationproblemwasfinallysolved.

Keywords:gasturbine;booster;compressor;naturalgaspressurefluctuation

　　华电(北京)热电有限公司新建的燃气轮机

发电厂采用了2台西门子公司的V94.2型燃气轮机,天然气燃料由北京市内高压管线提供。由于厂区选址在北京市四环附近,天然气输送距离较远,至厂区的天然气压力不能满足V94.2燃气轮机的进气压力要求,因此设置了1套增压系统用于天然气燃料增压。本文主要介绍在天然气增压站系统调试中遇到的问题和解决方法。

供锅炉系统;另一部分为燃气轮机供气模块,给燃气轮机提供燃料。燃气轮机供气模块由二部分组成:一部分为自力式调压模块,仅仅在上游压力高于燃气轮机运行压力时起到稳定压力作用;另一部分为增压模块。增压站系统流程见图1。

1　增压站系统的简单介绍

　　增压站内主要设置有全厂燃料气的火警切断模块、计量模块、过滤分离模块、压力控制模块等。其中,压力控制模块分成二部分:一部分

图1　增压站系统流程

收稿日期:2008210215

作者简介:范雪飞(1977),男,工程师,主要从事燃气轮机系统及工程的研究。

・112・

V94.2燃气轮机天然气增压系统调试中遇到的问题和解决方法

发电设备(2009No.2)

　　增压模块入口部分由三路(二用一备)的压力调节阀组组成,为下游2台离心式压缩机提供稳定的入口压力,将上游10～12MPa的天然气压力稳定在10MPa左右。2台压缩机分别对应2台燃气轮机,其作用是在单台燃气轮机全流量范围内提供稳定的供气压力,保证燃气轮机的安全稳定运行。也就是说,压力调节阀组模块与2台天然气压缩机入口采用的是母管制的连接方式,每台压缩机对应每台燃气轮机采用的是单元制的连接方式。增压模块系统流程见图2。

图2　增压模块系统流程

2　调试过程中增压站出现的问题

　　(1)在压缩机通气调试过程中压力波动较大,最大值接近0.4MPa,一般波动达0.2～0.3MPa。V94.2燃气轮机只有在燃料气压力高于1.927MPa时,才能投入预混燃烧模式运行。在

预混燃烧模式下燃料气压力低于1.876MPa时,自动切换到扩散燃烧模式;在预混燃烧模式下燃料气压力低于1.7425MPa时,燃气轮机保护跳

机。如果压缩机出口压力波动一直较大,则燃气轮机预混燃烧模式投不上,脱硝系统也无法正常工作,排放超标,机组无法投入商业运行。因此,压力波动问题是必须彻底解决的。

(2)2台压缩机间的压力干涉,表现在1号压缩机的启停对2号压缩机入口压力有较大影响,反之亦然。同时,1号燃气轮机运行甩负荷会造成2号压缩机的跳机,反之亦然。

(3)压缩机停机时,压缩机内放散阀连续多次放散。

3　原因分析和解决方法

3.1燃料气压力不稳定

　　(1)对于运行压力不稳定的分析,首先是从

设备精度上做排除。由于压缩机的运行压力主

要是通过入口调节阀的控制来调整的,因此校正了入口调节阀的执行器精度,但效果不佳。同时回流控制阀(喘震控制阀)在运行中流量的变化对压力的变化也会有影响,因此对其也做了校正,同样效果不佳。说明控制阀的精度不是导致压力波动的主要原因。

(2)在了解控制逻辑和控制方式过程中,发现压缩机只有防喘震控制,而缺少对压缩机在流量变化状态下的运行控制;同时观察燃气轮机的运行工况时,发现燃气轮机带上载荷后压缩机仍然在可能发生喘震的区域内运行,并且升负荷的过程必定会经过压缩机的喘震控制区域;观察还发现,压缩机的防喘震控制动作幅度较大,燃气轮机运行中的耗气量变化正好遇到喘震控制线时,往往就发生大的压力波动,甚至会跳机。因此可以确认,问题出在压缩机的控制过程中。

(3)分析燃气轮机的运行过程,可以看到,燃气消耗量的变化非常缓慢,而压缩机的控制系统在控制过程中通过压缩机入口阀门和回流控制阀,以及同时对增压系统的调节,造成系统的超调,反而增加了系统的不稳定性,造成运行压力曲线振荡。

(4)基于上述分析,在控制设计过程中增加了根据压力变化速率不同切换至2种不同的控制方式,来解决运行中压力波动的问题。在压力变化比较稳定的时候,解锁喘震控制模块,只对运行流量变化造成的压力变化进行控制;而在压力变化比较大时,不但进行压力控制,同时加入防喘震控制,做到既能保证压力变化的控制,又能对压缩机的运行做适当的保护。最终使压力波动控制在0.05MPa,基本解决了运行中压力波动的问题。

3.2压缩机间的压力干扰

　　(1)从压缩机的停机控制逻辑可以看到,离心式压缩机停机信号发出,回流控制阀全开,同时放散阀开启一段时间。2台压缩机的入口是连通的,回流压力到达入口时就直接导致了入口压力的升高。由于放散阀是一个气动球阀,开阀的时间较长(接近1s),而回流阀是速开型的,反应速度要比放散阀快,所以,停机时放散阀的动作跟不上回流压力的上升,导致了压缩机的跳机。

・113・

发电设备(2009No.2)

V94.2燃气轮机天然气增压系统调试中遇到的问题和解决方法

(2)工艺系统设计的问题。压缩机入口是

一根母管,单台压缩机的回流压力升高会导致2台压缩机入口的压力同时升高,这个过程的控制可以通过几种方法来解决:

①设置快速开启阀;②提前开启放散阀;③增加缓冲容积;

④分隔2台压缩机的入口管路,使其互不干扰。

最彻底的解决方法是分隔压缩机入口回路。在结构上只需改动出口总管,将两侧的2根自力式阀组管路作为2根工作回路,对应每台压缩机;将中间一路阀组作为备用路,在备用路的两侧设置单向阀,避免2根工作回路间的干扰;同时备用路又能对任一工作回路提供热备用。改造后增压模块系统流程见图3。跌(有现场试验记录为依据)。而压力下跌的速度较快,放散阀还未及时关闭,上游的自力式调节阀却已经感知了下游系统的压力超低了,自力式调节阀此时迅速打开,为下游系统迅速补充燃气,而此时,放散阀却已经逐渐关闭了。

放散阀的反复启闭,其实就是放散阀的动作速度慢,引起上游自力式阀门误开造成过度升压,这样反复循环,才导致了放散阀的反复动作。2个控制阀之间的干扰造成燃料气压力的振荡。

解决方法是:

(1)调整放散阀的开启设定值和关闭设定值,也就是改变了振荡频率;(2)调整放散阀的放散口,在阀口设置节流孔板,延迟放散时间。4　结　语　　(1)西门子公司的V94.2型燃气轮机,其预混燃烧模式有效地降低了机组的NOx排放,但对进燃气轮机的天然气燃料的压力要求也比较高。

(2)在压缩机前设置的压力稳定系统需设置足够的缓冲容积,或采用单元制的系统,以实现更稳定的控制,避免干扰。

(3)在压力系统中多次遇到控制阀相互干扰,因此建议对控制系统的设计要在出厂前做充分的逻辑分析,避免现场出现类似问题。

(4)离心式压缩机配合燃气轮机的运行模式完全不同于活塞式压缩机的压力控制模式,不能简单地套用。参考文献:

[1]陆行肃.V94燃气轮机发电机组[D].上海:中船总公司七󰂏

图3　改造后增压模块系统流程

3.3压缩机内放散阀反复启闭

　　压缩机内的放散阀是一套气动控制的开关阀,开启依据是系统压力高于设定值,关闭依据

是系统压力低于设定值。但该阀门动作速度较慢,同时开启后的泄放气量却不小,因此超压气体在瞬间就能放散完毕,往往会导致入口压力超　　

三研究所,1994.

《发电设备》2009年征订启事

《发电设备》是全国发电设备行业专业科技期刊,由全国发电设备行业的技术归口单位———上海发电设备成套设计研究院编辑出版。《发电设备》为双月刊,大16开,单月的15日出版。每期定价8元,全年60元(包括邮费)。邮发代号:4—622。

需订阅者可向全国各地邮局订阅;也可登录《发电设备》网站(http://fadi.chinajournal.net.cn)订阅;或将订款由银行汇入上海发电设备成套设计研究院财务处(银行帐号:中国工商银行上海市浦江支行:10012362090024079);或由邮局汇给上海发电设备成套设计研究院《发电设备》编辑部收,邮政编码:200240,并写明订购《发电设备》的份数。・114・