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        M701F4型燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組調(diào)試問題及優(yōu)化措施

        2018-05-14 14:49:46朱放明
        工業(yè)設計 2018年2期
        關鍵詞:優(yōu)化措施

        朱放明

        摘要:機組在調(diào)試過程中出現(xiàn)問題,將增加調(diào)試周期,大幅提高調(diào)試成本。本文基于燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在調(diào)試過程中遇到的問題,對M701F4型燃氣輪機調(diào)試期間發(fā)生的如燃機震動噪音大、天然氣系統(tǒng)泄漏、臨時濾網(wǎng)堵塞等問題進行了總結(jié)分類,對問題原因進行了深入剖析,并提出優(yōu)化改進措施,為同類型燃氣蒸汽機組的調(diào)試提供了寶貴經(jīng)驗。

        關鍵詞:燃氣電廠;蒸汽循環(huán)機組;M701F4;“一拖一”;調(diào)試分析;優(yōu)化措施

        中圖分類號:TK26文獻標識碼:A

        文章編碼:1672-7053(2018)02-0140-02

        某電廠采用日本三菱生產(chǎn)的M701F4型燃氣輪機組建的“一拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)機組,主要設備包括M701F4型燃氣輪機、燃機發(fā)電機、余熱鍋爐、蒸汽輪機和汽機發(fā)電機等部分。在電廠設備調(diào)試過程中,出現(xiàn)了類似天然氣臨時濾網(wǎng)堵塞、燃機震動大、天然氣系統(tǒng)泄漏、TCA冷卻水流量低及BPT偏差大等問題,延長了設備調(diào)試運行周期,增加了調(diào)試成本。因此,對三菱M701F4燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在調(diào)試過程中產(chǎn)生的問題進行深入剖析,并針對相應問題提出優(yōu)化改進施,可為同類型機組調(diào)試提供寶貴的經(jīng)驗。

        1 M701F4型燃氣蒸汽機組生產(chǎn)工藝

        M701F4重型燃機本體結(jié)構主要可分為進氣系統(tǒng)、壓氣機、燃燒器、透平和排氣系統(tǒng)等部分,輔助系統(tǒng)主要由潤滑油系統(tǒng)、控制油系統(tǒng)和TCA系統(tǒng)等組成。燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組正常運行可分為燃氣發(fā)電和蒸汽發(fā)電兩部分。

        1.1 燃氣發(fā)電

        燃氣發(fā)電主要由經(jīng)過處理的燃氣和空氣在燃機燃燒器內(nèi)燃燒做功,并帶動燃機發(fā)電機旋轉(zhuǎn)來進行發(fā)電。天然氣先后經(jīng)過調(diào)壓站、燃料加熱和分配系統(tǒng)等,進行過濾、調(diào)壓、計量、加熱等處理,最后通過各噴嘴進入燃燒器中??諝鈩t通過燃機進氣系統(tǒng)過濾作用后,進入壓氣機中壓縮升壓,最后進入燃燒器與天然氣進行充分的混合燃燒。燃燒過程中產(chǎn)生的高溫高壓煙氣,在燃機透平中進行做功,推動透平轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),進而帶動壓氣機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。一般來說,壓氣機耗功約占透平輸出功率的2/3,另外的1/3輸出功率用于帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能。

        1.2 蒸汽發(fā)電

        在燃機透平做功后的煙氣排出至余熱鍋爐,加熱余熱鍋爐各受熱面中的給水、飽和蒸汽,產(chǎn)生符合要求的高溫高壓蒸汽,進入汽輪機中膨脹做功,帶動汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),最終帶動發(fā)電機做功產(chǎn)生電能輸出。

        1.3 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電

        汽輪機做功后的乏汽進入凝汽器中進行冷卻凝結(jié),然后通過給水系統(tǒng)重新進入余熱鍋爐中進行除氧、加熱、蒸發(fā)等,形成燃氣蒸汽循環(huán)發(fā)電。

        2“一拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)機組調(diào)試問題

        2.1 天然氣臨時濾網(wǎng)堵塞

        調(diào)試期間,天然氣管道中異物較多,為對燃機進行充分的保護,防止異物進入燃燒器中造成損傷,某電廠在燃氣終端過濾器后各燃料集管處增設了臨時濾網(wǎng)。但在調(diào)試期間,即使已對天然氣管道進行吹掃,仍會頻繁出現(xiàn)燃機剛開機不長時間后,臨時濾網(wǎng)的前后差壓就達到報警閾值的情況,導致機組無法繼續(xù)運行,只能停機將濾網(wǎng)清理干凈后再重新啟機,大大降低了調(diào)試效率,增加了燃機的調(diào)試時間。

        2.2 TCA冷卻水低流量保護動作

        TCA系統(tǒng)即燃機透平冷卻空氣系統(tǒng),其主要功能是為透平轉(zhuǎn)子提供合格的冷卻空氣。TCA冷卻空氣從燃兼壓缸中抽出,經(jīng)過水冷式冷卻器冷卻和濾網(wǎng)過濾后進入燃機轉(zhuǎn)子。TCA冷卻水取自給水系統(tǒng),為確保TCA的冷卻效果,機組配置了冷卻水低流量保護功能。在某電廠調(diào)試過程中,多次觸發(fā)TCA冷卻水低流量保護動作導致機組跳閘,使得調(diào)試工作無法順利開展,影響調(diào)試進程。

        2.3 BPT偏差大保護動作

        BPT即葉片通道溫度,M701F4型燃氣機組配制了20個熱電偶用于測定葉片通道溫度。當某個熱電偶測量值與BPT平均溫度(去除最大值和最小值后的平均值)相差大于保護設定值都會觸發(fā)BPT分布偏差大保護動作。M70IF4燃機規(guī)定,當某一點的BPT值與BPT平均溫度的差值大于20℃或小于-30℃,TCS將發(fā)生報警;若偏差大于25℃或小于-40℃,延時30秒自動停機;若偏差進一步擴大(大于30℃或小于-60℃)則觸發(fā)跳閘保護。某電廠調(diào)試過程中,多次因BPT偏差大而導致的跳閘,影響調(diào)試進度,且葉片通道溫度偏差大直接導致燃機葉片經(jīng)受的熱應力也大,降低了機組運行安全和可靠性。

        2.4 天然氣系統(tǒng)管道泄露

        天然氣易在充氮接頭、管路焊接和連接法蘭等地方出現(xiàn)泄漏,且天然氣管路上設置的充氮口多采用卡套連接,易導致泄漏隱患,存在安全隱患,一旦遇到火花,后果不堪設想。天然氣管道出現(xiàn)漏點,只能進行停機整頓處理,確保無任何泄漏后方可進行下一步工作,影響了機組的安全運行和調(diào)試進程。

        2.5 燃機振動

        某電廠在燃氣機組調(diào)試初期,啟動升速過程中軸承振動超過預警值。當燃機運轉(zhuǎn)正常后,振動值仍然很大,嚴重超過標準要求。燃機振動現(xiàn)象不僅大幅降低了燃機運行的安全性和可靠性,還嚴重影響軸承的密封性,且若振動大是由于壓氣機喘振而導致,還會使壓氣機出口進氣壓力降低,使燃機不能正常工作。燃機振動對設備的損害也是巨大的,會大幅縮短燃機的使用壽命。

        2.6 油系統(tǒng)滲油或漏油

        由于本電廠的設備采用的“一拖一”多軸聯(lián)合模式,因此整套機組采用單軸的布局方式。由于空間限制及成本考量,采用一套潤滑油箱和交流泵為燃機本體、汽機本體及發(fā)電機各油系統(tǒng)提供供給。在機組調(diào)試過程中,出現(xiàn)了潤滑油油質(zhì)不合格及濾油時間過程、由于燃機軸承漏油導致燃機進氣室進油、發(fā)電機進油(發(fā)電機氫氣置換過程中)等問題,嚴重影響了機組的安全運行和調(diào)試進度。

        3 問題原因分析及優(yōu)化措

        3.1 天然氣臨時濾網(wǎng)堵塞分析

        深入對比剖析臨時濾網(wǎng)堵塞的原因,可歸結(jié)為四種情況。(1)濾網(wǎng)與支架不緊密接觸,氣流沖擊導致間隙;(2)濾網(wǎng)間管道吹掃結(jié)束后,通氣時間間隔長,管道保護效果差;(3)上游供氣管網(wǎng)吹掃不徹底,或后期施工導致的金屬焊渣等雜物較多;(4)Y型濾網(wǎng)受熱效應影響變形,導致實際高度與設計值存在誤差,存在一定的間隙。

        采取的應對措施:(1)采用專用清洗劑及超聲清洗工藝對臨時濾網(wǎng)進行徹底清洗或更換新濾網(wǎng);(2)管道吹掃后要做好成品保護,碳鋼管道要充氮保養(yǎng);(3)Y型濾網(wǎng)加裝密封圈,確保密封良好的密封性;(4)可在上游過濾器處增加高溫磁棒,防止金屬雜質(zhì)進入下游。

        3.2 TCA冷卻水低流量保護分析

        TCA系統(tǒng)存在的問題可概況為以下幾類:(1)升降負荷時,TCA出口冷卻水到高壓汽包或凝汽器的切換過程中,由于流量擾動較大可能導致冷卻水流量過低;(2)冷卻水至汽包的調(diào)節(jié)門未形成閉環(huán)控制,存在較大隱患;(3)發(fā)生高壓旁路系統(tǒng)快關時,會導致TCA冷卻水進出口壓差降低,流量降低觸發(fā)保護機制。

        采取的應對措施:(1)調(diào)整TCA出口冷卻水回高壓汽包和凝汽器的特性曲線,改善開關速度,確保兩種模式間的切換不發(fā)生冷卻水流量大幅波動;(2)調(diào)整TCA流量跳閘保護曲線,設定好減溫水低流量報警值。同時,加強巡視監(jiān)管,確保減溫水流量不低于設定值。

        3.3 BPT偏差大保護分析

        BPT偏差大導致跳機的原因可能是熱電偶的正負極接反,或是未正確連接屏蔽線,最終導致無法實現(xiàn)溫度補償。另外,還可能存在TCS顯示與保護信號不一致的情況,導致保護效率低,保護誤動率高。針對BPT偏差大的原因,主要采取以下措施:(1)認真校正BPT熱電偶,測量根部標準信號是否正確,同時確保溫度顯示及變化正確。做好冷態(tài)信號相互對比工作,確保熱電偶的正確性和靈敏性。(2)改善BPT溫度顯示和保護系統(tǒng),實現(xiàn)可靠保護。

        3.4 天然氣系統(tǒng)管道泄露分析

        針對采樣管等測量點處易泄漏的問題,可將卡套連接方式轉(zhuǎn)換為焊接連接,消除安全隱患;同時,需要添加密封圈等密封裝置,降低天然氣泄漏率;對于已發(fā)現(xiàn)的因焊接工藝不過關或因管路損耗而導致的焊縫開裂等情況,要進行重新焊接或封焊。

        3.5 燃機振動分析

        燃機振動的主要原因有兩個:(1)燃機轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均衡,旋轉(zhuǎn)過程中由于轉(zhuǎn)子的不均衡性導致運轉(zhuǎn)不平衡,產(chǎn)生較大的振動;(2)燃機運轉(zhuǎn)過程中,存在壓氣機旋轉(zhuǎn)失速的現(xiàn)象。

        針對以上問題,主要采取以下措施:(1)在調(diào)試前,要求廠家對燃機轉(zhuǎn)子進行均衡性試驗,消除由于轉(zhuǎn)子的不均衡性導致經(jīng)的振動;(2)若存在壓氣機旋轉(zhuǎn)失速的現(xiàn)象,可對葉片進行重新的計算選型,更換新設計的葉片;(3)燃機啟動時,增大IGV開度,并緊固機構連桿螺栓,確保IGV系統(tǒng)正常;(4)修改燃機啟動時靜態(tài)變頻啟動裝置退出時間;(5)燃機啟動時,打開高壓防喘放氣閥,轉(zhuǎn)速達到一定值后關閉。

        3.6 油系統(tǒng)滲油或漏油分析

        通過對調(diào)試過程中出現(xiàn)的漏油滲油情況的分析,其主要原因可以總結(jié)為以下幾點:(1)在前期進行油管道清理時,由于清理不夠徹底導致油的循環(huán)時間過長。(2)燃機軸承端蓋未能完全密封,導致油流入進氣室。(3)在置換氫氣時,由于氫壓上升,排氫調(diào)節(jié)油箱旁路閥關閉,排氫調(diào)節(jié)油箱出油閥未打開,造成發(fā)電機內(nèi)進油。(4)用潤滑油對機組的軸承進行首次潤滑清洗過程中,由于潤滑油箱油煙風機未運轉(zhuǎn),軸承回油不暢,造成油進入發(fā)電機油煙風機。

        針對滲油、漏油的問題,在調(diào)試過程中一定要加強清洗力度,注重質(zhì)量驗收過程中的特別注意檢測系統(tǒng)管路、閥門等的密封、清洗情況。同時,機組的首次投入使用過程中,嚴格按照規(guī)范化、標準化的操作流程來進行。

        4 結(jié)語

        基于某M701F4型燃氣機組在調(diào)試過程中遇到的天然氣濾網(wǎng)堵塞、TCA冷卻水低流量保護及BPT偏差大等問題,對調(diào)試過程中問題進行深入剖析、總結(jié)分析,制定了相應的技術策略。一方面可為同行業(yè)同型號燃機機組提供借鑒和參考的價值,另一方面可大幅提高機組的使用壽命,產(chǎn)生更高的經(jīng)濟回報率。

        參考文獻

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        [2]楊占崗.燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠采暖季運行優(yōu)化分析[D].天津大學,2014

        [3]盧可.新型燃氣輪機再熱聯(lián)合循環(huán)發(fā)電關鍵技術研究[D].華北電力大學(北京),2017

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        [5]曾萬模.大型燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱電聯(lián)產(chǎn)可行性重點問題研究[D].華南理工大學,2011

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