馬福軍

(中海石油伊拉克有限公司，北京 100028)

1 項(xiàng)目背景

西門(mén)子公司生產(chǎn)的SGT-800是50 MW級(jí)工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)，20世紀(jì)90年代問(wèn)世于瑞典，目前銷(xiāo)往世界各地超過(guò)370臺(tái)，等效運(yùn)行時(shí)間超過(guò)700萬(wàn)h，總體運(yùn)行可靠性達(dá)到99.8%。西門(mén)子公司多年來(lái)不斷對(duì)這一機(jī)型進(jìn)行升級(jí)，根據(jù)客戶需要和使用環(huán)境，西門(mén)子公司現(xiàn)在可提供從43～62.5 MW的SGT-800機(jī)型。

SGT-800采用簡(jiǎn)單可靠的單軸設(shè)計(jì)，配有雙軸承轉(zhuǎn)子，以實(shí)現(xiàn)高可靠性和便捷性的維護(hù)；采用15級(jí)高效壓氣機(jī)，前三級(jí)采用可變導(dǎo)葉以實(shí)現(xiàn)最佳性能，適用于高溫氣候環(huán)境的選項(xiàng)方案；采用堅(jiān)固可靠的干式低排放燃料系統(tǒng)，避免了分級(jí)燃燒的復(fù)雜性，出色的燃料適應(yīng)性可以燃燒含有高含量惰性氣體、氫氣和重?zé)N物資的燃料，而不會(huì)對(duì)維修產(chǎn)生任何影響；獨(dú)特的燃燒室和燃燒器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)世界領(lǐng)先的排放性能。該機(jī)型采用極為高效的三級(jí)透平設(shè)計(jì)，高效的冷卻系統(tǒng)和隔熱熱障涂層可以確保其實(shí)現(xiàn)最佳的性能和使用壽命。透平末級(jí)葉片采用聯(lián)鎖式防護(hù)罩，確保葉片運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。SGT-800工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)將可靠的設(shè)計(jì)、卓越的運(yùn)行效率和優(yōu)秀的排放性能融于一體，這一型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī)在燃料適用性、運(yùn)行條件、維護(hù)理念、成套方案和額定功率上具有良好的靈活性，可以滿足不同的市場(chǎng)需求。

米桑油田群位于伊拉克東南部米桑省，屬于熱帶沙漠氣候，全年5—10月干旱少雨，氣候炎熱，最高溫度可達(dá)50℃以上。因戰(zhàn)亂等因素影響，伊拉克國(guó)家電網(wǎng)質(zhì)量非常差且不穩(wěn)定，電壓頻率忽高忽低且經(jīng)常關(guān)停，特別是夏季炎熱季節(jié)，電力缺口較大，故米桑油田群建有自己的自備電廠，現(xiàn)有2臺(tái)Siemens SGT-800機(jī)組，利用油田開(kāi)采的伴生天然氣發(fā)電，負(fù)責(zé)整個(gè)油田區(qū)域生產(chǎn)生活所需的電力供應(yīng)。

2SiemensSGT-800進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)

燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理為：壓氣機(jī)將從大氣中吸收的空氣壓縮，壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料氣混合后燃燒，產(chǎn)生的高溫燃?xì)怆S后進(jìn)入燃?xì)鉁u輪中膨脹做功，推動(dòng)渦輪葉輪和壓縮機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)，此過(guò)程中熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，可用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電等。經(jīng)多方面理論及實(shí)際應(yīng)用分析，影響燃?xì)廨啓C(jī)出力的主要因素是壓氣機(jī)吸收的大氣溫度和燃燒時(shí)的燃燒初溫，提高燃燒初溫對(duì)當(dāng)前透平葉片、葉輪材料及葉片冷卻技術(shù)都有很高的要求，除非葉輪葉片耐溫材料及冷卻技術(shù)有重大突破，否則，目前靠提高燃?xì)獬鯗貋?lái)提高機(jī)組出力的可能性比較小。另一個(gè)辦法就是降低燃機(jī)進(jìn)氣空氣溫度，按照Siemens實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)SGT-800機(jī)組進(jìn)氣溫度為25℃時(shí)，最高出力可達(dá)45 MW，40℃時(shí)為37 MW，50℃為29 MW，55℃為26 MW，燃?xì)馔钙匠隽﹄S著進(jìn)氣溫度升高而下降明顯，改善燃?xì)馔钙匠隽?，?shí)施進(jìn)氣冷卻是最快捷有效的措施。

伊拉克夏季高溫少雨，7、8月份天氣尤其炎熱，氣溫一般保持在40℃以上，最高可達(dá)55℃，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)出力的影響特別大?？紤]到這種因素，米桑油田自備電廠選配機(jī)組時(shí)，特意增加了進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)。Siemens目前推薦的有2種進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)：①進(jìn)氣入口安裝制冷機(jī)，通過(guò)布置在入口的大量?jī)?nèi)部裝有冷媒的散熱片冷卻進(jìn)氣。該技術(shù)缺點(diǎn)是投資大，設(shè)備復(fù)雜。②蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，通過(guò)在壓氣機(jī)入口噴射霧化水，當(dāng)空氣通過(guò)時(shí)，利用水在空氣中蒸發(fā)時(shí)需要吸熱來(lái)降低空氣溫度。比較而言，費(fèi)用低、效率高，特別適用于米桑油田夏季空氣溫度高、濕度小的氣候，故米桑油田SGT-800選配的是該冷卻系統(tǒng)。

圖1為SGT-800蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)示意圖。當(dāng)同時(shí)滿足以下4個(gè)條件時(shí)，蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)可以啟用：①SGT-800在帶載運(yùn)行中。②環(huán)境溫度大于12℃。③水箱液位正常。④水箱內(nèi)水的電導(dǎo)率低于950 μs/cm。系統(tǒng)啟動(dòng)后，水泵啟動(dòng)，由纖維素介質(zhì)材料組成的布水器(見(jiàn)圖2)被加濕，進(jìn)入的空氣通過(guò)布水器與水充分接觸，被加濕且通過(guò)水的蒸發(fā)降溫而冷卻，未蒸發(fā)的水通過(guò)回水管路回到儲(chǔ)水箱循環(huán)利用。在此過(guò)程中，當(dāng)水箱中的水低至低水位值時(shí)，供水閥打開(kāi)給水箱補(bǔ)水至高水位后停止；當(dāng)電導(dǎo)率高于750 μs/cm時(shí)，排水閥打開(kāi)排水，直至電導(dǎo)率恢復(fù)正常值500 μs/cm后，排水閥關(guān)閉。

圖1 SGT-800進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)示意圖

圖2 布水器

3 進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)投用效果

按照西門(mén)子公司提供的技術(shù)資料，機(jī)組出力基本性能如圖3所示。從圖3可以看出，當(dāng)環(huán)境溫度高于35℃時(shí)，投用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)后，機(jī)組出力將會(huì)得到顯著提升。圖4顯示的是2018年7月SGT-800未投入蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)圖，圖5顯示的是2019年5月SGT-800投入蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)圖。

圖3 SGT-800機(jī)組出力與機(jī)組入口空氣溫度的關(guān)系

圖4 SGT-800未投用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)圖 圖5 SGT-800投用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)圖

從圖4可以看出，大氣溫度53.2℃時(shí)，未投用進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，壓氣機(jī)入口溫度50.6℃，此時(shí)機(jī)組帶載至24.21 MW已接近極限。

從圖5可以看出，大氣溫度48.2℃時(shí)，投用進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)后，壓氣機(jī)入口溫度降至23.7℃，此時(shí)機(jī)組帶載高達(dá)40.12 MW并有預(yù)留空間。

本文收集了2018年夏季未投用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)及2019年、2020年夏季投用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)后的機(jī)組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較(見(jiàn)表1～3)。

表1 2018年8月21日至30日機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)(進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)未投用)

表2 2019年7月21日至30日機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)(進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)投用)

表3 2020年6月1日至10日機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)(進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)投用)

2018年未投用進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)時(shí)，壓氣機(jī)入口溫度和環(huán)境氣溫差不多，受環(huán)境溫度影響，機(jī)組在高溫氣候下，帶載能力受到較大影響。在投用蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)后，夏季炎熱季節(jié)，壓氣機(jī)入口溫度可降低20℃，機(jī)組帶載能力增加30%以上。

4 進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)常見(jiàn)運(yùn)行故障及穩(wěn)定性

在進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)投用初期，系統(tǒng)運(yùn)行極其不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)電導(dǎo)率高關(guān)停，多方查找原因，發(fā)現(xiàn)主要是由Siemens原配的隔離放大器耐溫差，在高溫天氣下易引起故障。隔離放大器電路圖如圖6所示。

圖6 隔離放大器電路圖

經(jīng)研究分析，從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)中國(guó)產(chǎn)直流信號(hào)隔離變送器進(jìn)行替換，替換后，該系統(tǒng)運(yùn)行兩年多以來(lái)，除因供水水質(zhì)問(wèn)題導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)2次關(guān)停外，其他一直運(yùn)行穩(wěn)定。根據(jù)氣溫環(huán)境變化、機(jī)組運(yùn)行參數(shù)及油田負(fù)荷情況，一般每年從5月初開(kāi)始投用該系統(tǒng)，11月初停運(yùn)。進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單易行，該系統(tǒng)運(yùn)行期間，每天注意觀察水箱液位、電導(dǎo)率情況，運(yùn)行期間不需要特別的保養(yǎng)維護(hù)；系統(tǒng)投運(yùn)前和停運(yùn)后，做好儲(chǔ)水箱的清潔及布水器的沖洗清潔，布水器可以運(yùn)行多年，不需要頻繁更換。

5 結(jié)語(yǔ)

米桑油田自備電廠西門(mén)子SGT-800透平機(jī)組進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)投用兩年多的實(shí)踐證明，進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：①在中東炎熱干燥氣溫高達(dá)50℃的環(huán)境下，投用進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)后，機(jī)組出力可大幅度提高，由26 MW左右提高到38 MW左右。②進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，故障率低。③進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)日常維護(hù)量少且簡(jiǎn)單易行。從該系統(tǒng)進(jìn)氣蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)投用后，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益及價(jià)值。