徐 明，耿海濤

(湖北華電武昌熱電有限公司，湖北 武漢 430062)

0 引言

燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠壓縮空氣系統(tǒng)比較復雜，除主廠房壓縮空氣處理系統(tǒng)外，燃氣輪機還自帶空氣處理站(模塊)，承擔其熱工控制、燃氣輪機進氣過濾器吹掃、機組檢修等所用壓縮空氣的供給工作。此外，對于帶有天然氣增壓站的燃氣輪機，還要為制氮機提供壓縮空氣，將分離出的氮氣用于增壓站壓縮機低壓側(cè)軸端密封。因此，對于這一類型的燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠，壓縮空氣系統(tǒng)的可靠性就顯得尤為重要。為提高機組安全水平，優(yōu)化壓縮空氣系統(tǒng)的運行方式，使其達到“設備無隱患、系統(tǒng)無阻塞、質(zhì)量零缺隱、安全零事故”的目的，對其系統(tǒng)進行了技術改造。

1 空氣壓縮系統(tǒng)及功能

1.1 主廠房壓縮空氣處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)為母管制，采用2臺同型式、同容量的空氣壓縮機(簡稱空壓機)，1臺運行、1臺備用?？諌簷C出口母管上一路壓縮空氣經(jīng)過濾器、干燥器凈化、干燥后，再通過儀用儲氣罐分別送至天然氣增壓站的熱工控制裝置作氣動執(zhí)行機構和儀表運行時的驅(qū)動用氣，以及作為制氮機制氮用的氣源；另一路壓縮空氣則由空壓機出口母管經(jīng)檢修儲氣罐送至全廠檢修壓縮空氣環(huán)管，作為機組檢修時的設備用氣。

1.2 燃氣輪機空氣處理站

燃氣輪機自帶1臺功率較小的空壓機，以滿足燃氣輪機在啟動過程中或停用期間以及空氣冷卻器發(fā)生故障的情況下，熱工控制裝置和進氣過濾器反吹用氣。

當燃氣輪機啟動并正常投運后，則從燃氣輪機壓氣機中抽出少量的溫度為289 ℃、壓力為0.8—1.0 MPa的壓縮空氣，并經(jīng)處理站的空氣冷卻器冷卻到高于現(xiàn)場環(huán)境溫度5 ℃后，送至燃氣輪機壓縮空氣系統(tǒng)中，以替代其空壓機功能。此時空壓機處于待機狀態(tài)。

2 壓縮空氣系統(tǒng)技術改造

在分析燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠壓縮空氣系統(tǒng)的組成和特點后不難看出，若通過技術改造將各自獨立運行的燃氣輪機空氣處理站的壓縮空氣系統(tǒng)與主廠房壓縮空氣系統(tǒng)并聯(lián)起來，就可實現(xiàn)燃氣輪機在運行狀態(tài)下利用其壓氣機的抽氣向全廠提供壓縮空氣。于是，2套壓縮空氣系統(tǒng)中的空壓機均可停運備用，從而有效提升了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.1 壓氣機抽氣管道輸氣能力核算

按規(guī)定，壓縮空氣系統(tǒng)的流量應按各用氣設備、用氣點的最大耗氣量計算。因此，若采用燃氣輪機壓氣機的抽氣承擔全廠壓縮空氣的供應，則需對其抽氣管道的輸氣能力進行校核。

(1)壓縮空氣在工作狀態(tài)下的體積流量Q：

式中：QS——壓縮空氣基準體積流量(在絕對壓力101.3 kPa，溫度20 ℃的狀態(tài)下)，m3/h；

tC——壓縮空氣的工作溫度，℃；

Py——壓縮空氣的工作壓力，MPa。

該廠S109E聯(lián)合循環(huán)機組壓縮空氣基準體積流量的設計值QS為395 Nm3/h(其中，燃氣輪儀表用氣20 Nm3/h，進氣過濾器吹掃用氣165—175 Nm3/h，天然氣增壓站儀表用氣20 Nm3/h，制氮機用氣100 Nm3/h)；壓縮空氣工作溫度tC取45 ℃；壓縮空氣的工作壓力Py為0.8 MPa。將已知數(shù)據(jù)代入式(1)，即得Q=54.64 m3/h。

壓氣機抽氣管道管徑Di計算：

式中：C——壓縮空氣管道介質(zhì)流速，m/s，取13 m/s(工作場所為主廠房、車間，其熱工控制用壓縮空氣流速為10—15 m/s；檢修用壓縮空氣流速為 8—15 m/s)。

將已知數(shù)據(jù)代入式(2)，計算得Di=38.5 mm。

S109E燃氣輪機壓氣機抽氣管Did(管道最大內(nèi)徑)∶Dic(管道最小內(nèi)徑)=50 mm∶40 mm的變徑管(大小頭變徑)。其Dic大于Di，故壓氣機抽氣管道輸氣能力完全能滿足全廠所需最大壓縮空氣耗量。

2.2 壓氣機抽氣管增設減壓裝置

壓縮空氣從燃氣輪機壓氣機中抽出來的壓力為0.8—1.0 MPa，而全廠壓縮空氣管網(wǎng)壓力為0.7—0.8 MPa，為此，應在壓氣機抽氣管上增設減壓閥。燃氣輪機正常運行后，將其稍高壓力的抽氣通過減壓閥降低至全廠壓縮空氣管網(wǎng)的壓力，替代空壓機向管網(wǎng)輸送壓縮空氣，空壓機則停運備用。燃機停運后，當壓力開關檢測到管網(wǎng)壓力下降至0.7 MPa及以下時，空壓機自動加載并投入使用，以保證全廠壓縮空氣系統(tǒng)連續(xù)、安全供氣。

2.3 壓縮氮氣儲氣罐增容

某廠燃氣輪機上游設置天然氣增壓站，其壓縮機低壓側(cè)軸端采用氮氣密封，密封用氣量為1.35 m3/h。

為保證在壓縮空氣系統(tǒng)故障情況下壓縮機有較大的安全裕度，將制氮機的氮氣儲氣罐的容積由原設計的1 m3增容至1.5 m3。這樣，即使出現(xiàn)全廠壓縮空氣停供“事件”，氮氣儲氣罐內(nèi)儲存的壓縮氮氣向壓縮機提供密封氣的持續(xù)時間可由原來的0.74 h延長至1.11 h。

3 技術經(jīng)濟效益

(1) 提高壓縮空氣系統(tǒng)的安全可靠性。壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化改造所收到的主要成效，就是系統(tǒng)及設備的安全可靠性明顯提高。一是增加了空壓機備用容量，可靠性提高；二是空壓機大部分時間處于待機狀態(tài)，有效避免了加載頻繁的弊端，不僅延長了設備使用壽命，還減少了維護工作量和維護費用。

(2) 改善環(huán)境條件。燃氣輪機運行期間，空壓機停用，無噪聲產(chǎn)生，車間及周邊環(huán)境得到改善。

(3) 節(jié)能。燃氣輪機運行正常后，用壓氣機抽氣替代空壓機向全廠壓縮空氣系統(tǒng)供氣。停運的空壓機軸功率為75 kW，以該廠1套S109E機組年平均運行4 500 h計，每年可節(jié)省33.8萬kWh電力；而從壓氣機抽出的壓縮空氣量相對其出力而言可忽略不計。

4 結束語

(1) 經(jīng)技術改造，將燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組所配置的2套壓縮空氣系統(tǒng)并聯(lián)起來，使壓縮空氣的供應方式得到優(yōu)化，既增加系統(tǒng)備用容量，延長設備使用壽命，提高安全水平；又節(jié)能降耗，有利于創(chuàng)建本質(zhì)安全型企業(yè)。

(2) 需要特別指出的是，在對系統(tǒng)改造前，須核算燃氣輪機壓氣機抽氣管道輸送壓縮空氣的能力，以滿足包括天然氣增壓站制氮機在內(nèi)的各用氣設備和用氣點的最大用氣量。此外，在系統(tǒng)改造中，須嚴格執(zhí)行相關規(guī)程的規(guī)定，如：儲氣罐容量應至少維持其系統(tǒng)5 min運行耗氣量，而增壓站制氮機儲氣罐容量則應至少滿足1 h向天然氣壓縮機供應密封用氮氣量；儲氣罐與空壓機之間的管道上應裝設止回閥；熱工控制用壓縮空氣系統(tǒng)的儲氣罐及其以后的輸氣管道宜采用不銹鋼材料制作等，以保證壓縮空氣系統(tǒng)可靠性和機組安全、經(jīng)濟運行。