胡信韜，陳雨歡，王 操，彭義林

(湖北省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430000)

在天然氣壓氣站燃機(jī)余熱利用發(fā)電項(xiàng)目[1-5]中，由于業(yè)主方并不是中石油，項(xiàng)目屬于在中石油西氣東輸場站內(nèi)外的改造，因此中石油方面對余熱利用電廠的設(shè)計(jì)尤為關(guān)注。其核心訴求是燃機(jī)余熱利用電廠，不能夠給天然氣壓氣站的運(yùn)行帶來負(fù)面影響。

1 項(xiàng)目概況

某壓氣站原有三臺羅爾斯-羅伊斯RB211-G62 PhII燃?xì)廨啓C(jī)，用于驅(qū)動(dòng)三臺天然氣壓縮機(jī)。燃機(jī)頂部排氣通過三根排氣管穿出壓縮機(jī)房頂部，直排大氣，燃機(jī)兩運(yùn)一備。該燃機(jī)余熱發(fā)電工程，將燃?xì)廨啓C(jī)排氣通過三根f×5 mm的煙道支管，匯集至一根f4 420×5 mm的煙道母管，每根煙道支管上設(shè)有一臺三通擋板閥，發(fā)電廠區(qū)域出現(xiàn)故障時(shí)通過三通擋板閥將煙氣排入大氣。煙道母管進(jìn)入電廠區(qū)域的一臺余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)生的中溫中壓蒸汽進(jìn)入一臺13 MW級別的汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。余熱鍋爐位于電廠區(qū)域圍墻邊，把原有中石油壓氣站內(nèi)的單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)改為聯(lián)合循環(huán)。煙道平面布置圖見圖1。余熱鍋爐后設(shè)置有引風(fēng)機(jī)、煙囪，其中引風(fēng)機(jī)用于克服燃機(jī)出口至煙囪段所有阻力。

2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)及其解決辦法

2.1 余熱鍋爐后設(shè)置引風(fēng)機(jī)

常規(guī)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠中，燃機(jī)排氣擴(kuò)散段對接余熱鍋爐入口，在余熱鍋爐出口設(shè)有煙囪。由于中石油與項(xiàng)目業(yè)主并非同一單位，若余熱鍋爐后不設(shè)置引風(fēng)機(jī)，將會顯著增加燃機(jī)排氣背壓，燃機(jī)效率將下降，消耗的燃?xì)饬繒仙?。為了新建電廠完全不影響燃機(jī)本體效率，在新建電廠余熱鍋爐出口增設(shè)引風(fēng)機(jī)，用于克服燃機(jī)排氣口至煙囪段阻力。

根據(jù)布置情況，核算引風(fēng)機(jī)出力，結(jié)果如表1所示。

當(dāng)余熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在設(shè)計(jì)工況下，某余熱發(fā)電系統(tǒng)在余熱鍋爐與余熱鍋爐煙囪之間增設(shè)一臺全壓3 830 Pa的引風(fēng)機(jī)用于克服煙道阻力。根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)余熱發(fā)電系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，煙道總阻力為3 288 Pa，小于引風(fēng)機(jī)全壓。所以此工況下余熱發(fā)電系統(tǒng)對燃機(jī)性能沒有影響。在極端工況下，煙道系統(tǒng)的總阻力為3 806 Pa，小于引風(fēng)機(jī)全壓。綜上所述，在所有工況下，煙道系統(tǒng)不會給燃機(jī)造成背壓。

引風(fēng)機(jī)未出現(xiàn)故障時(shí)，在任何工況下，均不應(yīng)停運(yùn)引風(fēng)機(jī)。

當(dāng)出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)故障時(shí)，可快速啟動(dòng)兩臺燃機(jī)的三通擋板閥和余熱鍋爐旁路煙道擋板門，保證兩臺燃機(jī)的煙氣快速排出，不對壓氣站造成任何影響。

2.2 煙道支架的設(shè)計(jì)

由于中石油方面提出煙道不能有任何荷載作用于現(xiàn)有燃機(jī)房頂部，施工期間不得破壞燃機(jī)房頂?shù)囊?。這使得煙道支架的設(shè)計(jì)難度顯著提高。

在設(shè)計(jì)煙道支架前，工程組參觀某余熱電站。該余熱電站采用了三排柱，橫跨壓縮機(jī)房的雙層簡支桁架，桁架跨度大，鋼柱及基礎(chǔ)多，煙道布置于桁架中間，其布置圖如圖2所示。

圖2 煙道支架設(shè)計(jì)

鋼煙道支架跨度大，雙層桁架高度較高，設(shè)計(jì)鋼柱及基礎(chǔ)較多，雖然結(jié)構(gòu)扎實(shí)，但不經(jīng)濟(jì)，根據(jù)洛寧余熱電站提供的結(jié)構(gòu)圖紙及工程量資料，其用鋼量為307 t(不含平臺和支座)，基礎(chǔ)砼量為132 m3。

針對工藝煙道需求，土建組經(jīng)過討論，本項(xiàng)目考慮采用單側(cè)懸挑桁架的方案，煙道布置于桁架頂部，如圖3所示。

此方案減少一排鋼柱、鋼梁，且懸挑跨度為洛寧簡支跨度的一半不到，初步判定必然節(jié)省大量鋼材。根據(jù)鍋爐專業(yè)提資，結(jié)構(gòu)專業(yè)經(jīng)過三輪優(yōu)化和局部構(gòu)件布置調(diào)整，最終算的采用雙側(cè)懸挑桁架用鋼量為128 t(不含頂層平臺和支座)，基礎(chǔ)砼量76 m3。相比余熱電站煙道節(jié)省鋼材約179 t，基礎(chǔ)砼量56 m3，直接費(fèi)用節(jié)省175萬元。同樣達(dá)到了無任何荷載落在已有燃機(jī)廠房頂部的效果。

對于余熱鍋爐后設(shè)置引風(fēng)機(jī)及煙道支架的設(shè)計(jì)，由于計(jì)算書翔實(shí)可靠，采用兩種結(jié)構(gòu)建模軟件對大跨度懸挑結(jié)構(gòu)進(jìn)行核算，出具計(jì)算書，方案順利通過了中石油上海管理處的審查。

圖3 某壓氣站煙道支架設(shè)計(jì)

2.3 火炬的放空管線及電纜遷改

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，本工程廠區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀放散管包括四條管線和兩根電纜：f219自動(dòng)放空管、f406手動(dòng)放空管、f34氣撬放空管、f34傳火管，統(tǒng)稱為“放散管”，火炬控制電纜兩根：81#FK-1WP(ZR-YJV22-0.6/1 kV 3×4 mm2)、82#FK-1WC(ZR-KYJV22-0.5 kV 12×1.5 mm2)。放散管目前均從廠區(qū)現(xiàn)狀圍墻西北角穿入廠區(qū)，后從廠區(qū)東側(cè)現(xiàn)狀圍墻北部區(qū)域穿出廠區(qū)，向東與壓氣站放散塔連接。

現(xiàn)擬拆除本工程廠區(qū)影響范圍內(nèi)的放散管及電纜，并在廠區(qū)北側(cè)及東側(cè)還建。還建后的放散管與廠區(qū)實(shí)際建成后的圍墻應(yīng)保持11.5 m凈距。還建后的放散管與現(xiàn)狀放散管、壓氣站圍墻的接口位置，由還建實(shí)施方根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

此外，還有另一根現(xiàn)狀電纜與現(xiàn)狀放散管路徑相同，穿過廠區(qū)與壓氣站放散塔連接。此次擬與放散管一并拆除還建，還建路徑與還建后的放散管相同。管線還建路徑規(guī)劃詳見圖4。

圖4 火炬的放空管線及電纜遷改

通過動(dòng)火改建部分天然氣放散管道，改建火炬控制電纜。放散管道所在隔離管段需要放空，進(jìn)行氮?dú)庵脫Q合格后實(shí)施動(dòng)火作業(yè)，且空間、環(huán)境允許動(dòng)火作業(yè)。根據(jù)《中國石油西氣東輸管道公司動(dòng)火作業(yè)指導(dǎo)書》規(guī)定，此次動(dòng)火為二級動(dòng)火。

根據(jù)中石油武漢管理處會議紀(jì)要，遷改原有放空管線及電纜的改遷設(shè)計(jì)需由有GA長輸管道設(shè)計(jì)資質(zhì)的單位承擔(dān)。改線涉及的管材型號、承壓級別、防腐形式應(yīng)與站場原有管線設(shè)計(jì)規(guī)格相符。方案中涉及的管道打壓試驗(yàn)要求、電纜鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等要按照國家和石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

該項(xiàng)工作以EPC形式分包給了中石油系統(tǒng)內(nèi)某具有壓力管道GA資質(zhì)單位執(zhí)行，通過了中石油武漢管理處設(shè)計(jì)評審，并在工程完成時(shí)進(jìn)行了火炬點(diǎn)火試驗(yàn)及工程驗(yàn)收。

3 結(jié) 論

本文詳細(xì)分析了天然氣壓氣站燃機(jī)余熱發(fā)電項(xiàng)目的三個(gè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)及其解決辦法。對于新建工程不增加燃機(jī)背壓的要求，解決方案是增設(shè)引風(fēng)機(jī)，核算極端工況下燃機(jī)出口至煙囪出口所有阻力，作為引風(fēng)機(jī)的TB點(diǎn)壓頭；對于煙道荷載不能落在燃機(jī)廠房頂部的要求，解決方案是采取單側(cè)懸挑桁架方案，將煙道布置于桁架頂端，大大節(jié)約了用鋼量和混凝土用量；對于穿過新建廠區(qū)的火炬的放空管線及電纜遷改要求，由于設(shè)計(jì)工作需要壓力管道GA資質(zhì)和滿足中石油系統(tǒng)內(nèi)部諸多要求，解決方案是將該工作以EPC形式分包給中石油系統(tǒng)內(nèi)部某具有壓力管道GA資質(zhì)的單位實(shí)施、火炬點(diǎn)火試驗(yàn)及通過中石油武漢管理處驗(yàn)收。