第31卷第8期 2009年8月
华电技术H uad ian Techno l o gy
V o. l 31 No . 8 Aug . 2009
燃机联合循环电厂天然气增压站的组成
与功能分析
徐明
(湖北华电武昌热电有限公司, 湖北武汉 430062)
摘 要:燃机联合循环电厂中的增压站, 是改善天然气品质, 使其符合燃气轮机进气要求的重要处理系统, 它直接关系到处于下游的机组和设备安全平稳运行。以9E 级燃机联合循环电厂所配置的增压的天然气调压站为例, 介绍和分析其功能和系统组成, 为国内同类项目的建设提供参考。关键词:燃气轮机; 天然气; 增压站; 系统组成; 功能
中图分类号:TE 974:TM 611. 31 文献标志码:A 文章编号:1674-1951(2009) 08-0016-03
0 引言
湖北华电武昌热电有限公司位于武昌城区, 周边分布着许多小区、商场、学校和研究院所, 用热(用冷) 需求量很大, 是武汉市江南片的供热中心。该公司抓住国家/西气东送0机遇, 调整产业结构, 采用燃气-蒸汽联合循环技术, 以气代煤、以大代小, 规划安装了2套9E 级燃机联合循环机组, 实行热电冷三联产, 其发电功率为370MW 、对外供热能力为320t/h(930G J/h)。目前, 第1套S109E 联合循环机组及其配套的天然气增压站已经建成, 具备投产条件。
天然气增压站是天然气进入电厂后的第1个处理系统, 承担着使处理后的天然气能满足燃机进气要求的任务, 因此, 从设计选型阶段就应引起重视。
预混合区着火, 所以, 要求天然气有一定的过热度, 以确保进入燃机的燃料不含液体。
过热度是气体燃料温度与碳氢化合物和湿气各自露点之间的温差, 取其用式(1) 和式(2) 计算数值的较大者。
防止碳氢化合物冷凝的过热度为
2
p gas p gas
t sh =-/1. 8, (1) 2. 33@-2. 8@
式中:t sh 为碳氢化合物的过热度, 即高于碳氢化合物露点的温度, e ; p gas 为燃机的燃料控制系统入口的
天然气压力。
而天然气中湿气和氢氧化物的过热度, 则可通过下式求出
p gas
. 8, (2) --/1
100
式中, t s m 为天然气中所含湿气的过热度, 也就是高于
t s m =
5. 15@
湿气露点的温度, e 。
就9E 型燃气轮机而言, 制造厂要求天然气温
度高于供气压力下烃露点温度-28e , 最高温度[61e , 亦即温度范围在17. 8~61e 。1. 3 修正的W obbe 指数(MWI)
燃气轮机可以燃用热值变化很广的气体燃料, 但是, 具体的燃料系统设计所能够适应的变化范围是有限的。设计的燃料喷嘴只能在一定的压比范围内使用, 可通过增加或减少喷嘴的面积或气体燃料的温度来适应热值的变化。对特定的系统设计的气体燃料互换性量度标准称之为修正的W obbe 指数(MWI) 。用于固定压比下注入到燃烧室的能量的相对度量, 可以用燃料的低位热值相对于空气的密度和燃料温度来计算, 即
指数=HV d @) -2
1 燃机电厂对天然气的要求
天然气作为燃机的燃料, 由于产地不同, 其特性变化很大, 为保证机组能安全可靠的燃用这些燃料, 制造厂对天然气的物理性能、组分和杂质含量等作了规定, 要求天然气要符合燃机用气规范。
1. 1 天然气压力
进入燃机的天然气压力要求为2. 47~2. 59M Pa(g ) 。为使燃烧稳定, 应严格控制天然气压波动:压力变化范围[1%, 变化速率[0. 25%/s, 瞬时最大变化值[1%/s。1. 2 天燃气过热度
气体燃料所含液滴会引起燃机燃烧室喷嘴的损坏, 对于DLN 燃烧系统还会导致预混合火焰逆烧或
:18
第8期徐明:燃机联合循环电厂天然气增压站的组成与功能分析
3
#17#
式中:LHV 为气体燃料的低位热值, kJ/m; d gas 为相对于空气的气体燃料密度(相对密度); T gas 为气体燃料的绝对温度, K 。
经过温度修正的W obbe 指数, 其变化范围控制在? 5%以内; 正常运行时, 修正的W obbe 指数变化应低于0. 3%/s , 并且温升率
根据气体燃料的种类、产地和输送方法的差异, 燃料气所含杂质的种类和多少也有所不同, 其杂质主要是微粒、液体、硫、微量元素等。控制天然气中的粉尘等微粒, 可避免高温燃气通道结垢和过度腐蚀以及燃料喷嘴的堵塞; 不允许天然气中有液滴, 则可防止因气体携带液体进入机组通流部分而引起故障和部分损坏。所以, 制造厂的规范中规定:天然气经过滤后, 其0. 3L m 直径以上的固体颗粒的质量分数
(g) ), 并经调节达到稳定状态。
(3) 对下游的管道和设备提供安全保护。在机组或系统运行中发生故障时, 调压站中所设置的安全装置如紧急切断阀(ESD ) 等动作, 快速切断向下游的供气, 避免故障的扩大和防止上游的天然气危害到下游的设备及管道。
3 天然气增压站系统组成及设备配置
用于增压的天然气调压站是由紧急切断、过滤、计量、增压、冷却、安全监测、电气及仪表控制等设备和管道组成的天然气处理系统, 具备使天然气符合燃气轮机进气要求的功能。其结构及工艺流程图如图1所示。
3. 1 入口紧急切断单元
入口紧急切断单元在天然气入口处, 主要由绝缘接头、紧急切断阀(ESD) 、隔离球阀等组成。绝缘接头实现电厂外输气管路与天然气增压站系统电绝缘, 即防静电保护。绝缘接头后装置隔离球阀, 手动操作该阀门, 该阀门可起到设备启、停时开启和关闭输气管路向增压站的供气作用。紧急切断阀是一个带气动执行机构的隔断球阀, 驱动气源为仪用压缩空气, 并通过电磁阀实现远程控制, 当发生燃气泄漏、火警以及其他紧急事件时, 就地或远控迅速切断气源, 保证电厂安全; ESD 阀关闭时间[1s , 开启时间
3. 2 粗过滤单元
天然气经过入口单元后进入粗过滤单元。粗过滤单元由1台KO 分离器及其阀门、仪表等附件组成, 主要用于除去天然气管和天然气中较大颗粒及液滴等杂质, 保护下游设备的正常运行和使用寿命。
粗过滤单元的主要设备为旋风分离器, 待过滤的天然气由下部进入, 在管内形成旋流, 由于固、液颗粒和天然气密度不同, 在离心力的作用下分离, 分离出来的污物落入过滤器底部, 然后从排污口排走; 净化后的天然气从顶部引出。过滤器的旁路, 是为了在维修时能经旁路短期向下游供气。
2 天然气增压站的功能
天然气从天然气管网公司所辖的输气干线上接入1条支线进入分输站(末站), 然后送至电厂设置的天然气增压站进行处理。增压站的主要功能是:
(1) 清除天然气的杂质。采用惯性分离、介质过滤、凝聚和燃料加热等方法, 清除燃气中固体颗粒及液滴等杂质, 使进入燃气轮机中的气体燃料符合规范要求。
(2) 增压、稳压。天然气管网公司输气干线中
的天然气压力为0. 6~1. 6MPa(g), 为满足燃气轮机所要求的压力范围, 通过增压站所配置的压缩机将其升高到规定值(如9E 型机为2. 47~2. 59MPa
图1 增压站处理系统及工艺流程
#18#华电技术第31卷
3. 3 分离/过滤及冷凝储罐单元
分离/过滤单元为精过滤单元, 用于将天然气中固体小颗粒和小液滴分离出来, 给燃气轮机提供清洁的天然气。
过滤/分离单元中的主要设备为2台过滤/分离器, 一用一备。过滤器结构为立式, 第1段为挡板分离, 第2段为经凝聚式滤芯过滤(每台装24个凝聚式滤芯) 。气体从进口管进入过滤分离器, 在其入口处, 天然气与挡板撞击, 较大的固、液体颗粒由于重力沉降作用被分离出来, 然后进入带有凝聚式滤芯的过滤段, 从其内侧向外侧通过滤芯, 将较小的固体颗粒和液滴分离出来。此外, 过滤/分离段还分别配置有连锁控制的自动排污阀和高低液位开关, 将沉积于过滤段和分离段底部的杂质自动排入冷凝储罐中; 为了可靠排放, 还配备了手动排污阀。冷凝储罐为卧式, 上部通过阻火器、安全放散阀与大气相通; 储罐的液位通过磁翻板式液位计进行现场监控, 当液位达到设定的高位值时, 在主控室内就发生报警, 此时须立即排放掉罐内污液。3. 4 计量单元
计量单元设计成1@110%流量及其球阀旁路, 而天然气计量部分主要包括流量计量和色谱分析2个部分。超声波流量计量是将实际的流量、实际的天然气温度和压力一起传送给流量计算机, 然后计算出天然气的用量(m/h);色谱分析则是确定天然气组分和热值。3. 5 增压和冷却单元
增压冷却单元主要由压缩机、冷却器及其配套的管路系统组成, 作用是将天然气管网公司经输气支线送入电厂0. 6~1. 6M Pa(g) 的天然气通过压缩机压缩、升压至燃气轮机入口所需的压力, 并将经压缩机压缩后温度升高的天然气通过中间和后续冷却器冷却至燃气轮机对天然气温度的要求值。
压缩机为离心式, 由3个各自独立的离心式叶轮及蜗壳串联而成。由电动机通过增速齿轮驱动压缩机叶轮高速旋转而产生离心力使流体获得能量, 把天然气稳定、连续吸入到压缩机中去, 逐级完成对其压缩过程, 将动能转化为压力能, 最终使天然气压力得到提高。
天然气在压缩机内压缩过程中, 一方面由于从外界接受了压缩轴功, 其压力、温度和焓值都得到提高; 另一方面, 因流体和旋转的叶轮发生摩擦而产生能量损失, 其中一部分转化为热能存储到高压气体中, 因此, 经压缩后的天然气温度也升高了。故在压缩机第1级出口和第2、第3级出口的天然气管路3
器(亦称高冷), 通过流经冷却器管束内的冷却水,
将天然气温降到符合燃气轮机进气的温度。
压缩机以不同的吸入口压力运行:当进气口节流阀上游的天然气压力为0. 89~1. 6MPa(g) 时, 执行两级运行, 即基本区段运行; 当进气口节流阀上游的天然气压力小于0. 89M Pa (g ) 时, 则执行三级运行, 也就是在增压区段运行。压缩机进气段的调节, 是根据燃气轮机负荷的变化, 通过自动控制系统来调整装于压缩机第1级和第2级进口处的进口导叶(I GV ) 的开度位置来实现的。3. 6 出口单元
出口单元主要包括缓冲罐、绝缘接头和电磁隔离球阀。缓冲罐的作用是稳定压缩机出口天然气压力、减少压力波动以及储备一部分天然气。燃机在正常运行中, 如遇上游供气出现故障而导致紧急切断阀(ESD ) 突然关闭时, 燃机只得被迫故障停机。但燃机从负荷到打闸停机过程需要一段时间(即惰走时间), 这就需要增压站及其燃料系统要储存一定数量的天然气以保证机组安全平稳停机。因此, 增压站设计时就要考虑有适当储气能力。湖北华电武昌热电有限公司一期增压站内装设了压缩机进、出口缓冲罐, 加上粗、精过滤器和管道等, 总容积达到60m , 也就是有60m 的储气量, 可保证燃机在事故状态下安全停机的用气。3. 7 放散单元
放散单元主要是通过安全阀、手动截止阀或球阀等, 排放管道及设备中渗漏和残存的天然气, 以确保增压站的安全。
此外, 增压站还配备了氮气用于压缩机密封系统用气。
3
3
4 结束语
在燃用天然气的燃气轮机联合循环电厂中, 天然气增压站是把好天然气/入口0质量关并使其符合燃气轮机对天然气要求的重要处理系统。为充分发挥这一功能, 必须做好增压站的选型设计, 即工艺流程科学合理、系统布置优化、设备选型得当, 为机组安全、稳定、经济运行创造条件。
(1) 压缩机选型。选用离心式压缩机, 其优点是排量大、结构紧凑、摩擦部件少、工作平稳、无流量脉冲现象、操作灵活、易于实现自动控制、维修工作量小。压缩机采用串联布置, 可根据输气管线供气压力的变化, 适时改变运行模式, 以节省能耗, 实现经济运行。
(2) 增压站在运行期间, 压缩出口天然气温度, (
第8期据见表1。
羊世勇:断路器拒动的原因分析及对策#21#
表1 断路器1269试验数据
相别A 相B 相C 相
1269状态合闸分闸合闸分闸合闸分闸
测量电流/A
[1**********]100
回路电阻值/L8
802. 3830. 4588. 20794. 30
(5) 电力设备及继电保护装置应定期检查试
验, 确定其完好性。
7 事故防范措施
(1) 对开关进行定期检验是发现和处理设备缺陷的重要手段。分析恰甫其海水电厂典型开关的拒动原因、特点和性质, 提出了对开关和保护进行全面检验把关的重要性。应加强开关和保护专业检修试验工作的融合, 使现场检验手段更趋合理有效。
(2) 事故发生后, 应迅速分析是保护拒动还是断路器拒动。如果是保护动作, 断路器拒绝跳闸造成越级, 则应在拉开拒跳断路器两侧的隔离开关后, 往其他非故障线路送电; 如果是因为保护未动作造成越级, 则应将各线路断路器断开, 再逐条线路试送电, 发现故障线路后, 将该线路停电, 拉开断路器两侧的隔离开关, 再将其他非故障线路送电。最后, 再查找断路器拒绝跳闸或保护拒动的原因。
(3) 举一反三, 吸取事故教训, 对类似的断路器拒动或保护拒动, 采取相应的防范措施。
(4) 严格按继电保护各项规程、制度进行继电保护工作, 不断提高专业技术素质。
(5) 严把产品质量关, 杜绝劣质产品进入系统运行。
(6) 防止母线及变压器近距离出口短路, 应提
110kV 恰河Ñ线断路器A 相断口因故障主触头已损坏, 不能分断电流(从回路电阻及气室气压报警分析); 然后联系110kV G I S 设备厂家, 说明了故障情况及试验数据。设备厂家到现场对断路器本
体设备进行解体检修, 发现A 相主触头动静部分已严重损坏, 气室碳化物很多(如图2所示)
。
图2 断路器触头损坏图
厂家发货后更换A 相触头, 经调整试验后, 满足技术要求, 恢复恰河Ñ线供电。
高提高线路绝缘水平及机械强度。参考文献:
[1]Q /CSG10007) 2004, 电力设备预防性试验规程[S].[2]周武仲. 电力设备维修诊断与预防性试验[M ].2版. 北京:中国电力出版社, 2008.
[3]王林川. 发电厂电气部分[M ].成都:西南交通大学出版社, 2007.
6 事故暴露的问题
(1) 事故发生后, 现场工作人员未在第一时间对继电保护、故障录波、上位机报警信息及断路器动作情况做出迅速而准确的综合判断。
(2) 在进行事故处理时, 未将故障线路完全切
除, 导致第1次试送电失败, 再次对主变压器近距离短路冲击。
(3) 现场人员处理应急事故处理能力较弱。
(4) 断路器及母线保护存在质量问题。
(编辑:王书平)
作者简介:
羊世勇(1975) ), 男, 四川三台人, 助理工程师, 从事水电机组控制和检修方面的工作。
(上接第18页) 置模块所配置的电热伴管可取消, 以简化系统。
(3) 增压站缓冲罐及分离、过滤设备的容量, 要兼顾事故时燃机安全停机用气要求。
(4) 集中放散单元中放散塔的选址和排放高度等参考文献:
[1]吕小兰. 燃机电厂天然气调压站配置探讨[J].燃气轮机
技术, 2007, 20(3):6-9.
(编辑:刘芳)
作者简介:
徐明(1971) ), 男, 湖北武汉人, 工程师, 从事燃机技术
#78#Abstracts
copper encrustati on ; preventi on m easure
第31卷
09-08-01 St udy on ne w strategy of t he furnace com bustion control syste m based on the radiant en -ergy signa l
L I Feng -ling 1, WANG X i u -xia 1, ZHANG Jiang -jun 2, L I Ji ng 1(1. School of Contro l Sc ientific and Eng i neering , N orth Ch i na E lectr i c Pow er U n i ve rsity , B aod i ng 071003, Ch i na ; 2. Shanx iH equ Luneng Pow er G enera ti on Corporati on L i m ited , H equ 036500, Ch i na)
Abstrac t :By us i ng t he ex isti ng research result o f v isua l three d-i m ensiona l furnace te m perature fi e l d , t he rad iant ene rgy si gna l i n furnace , as a m i dd le contro lled var i able , had been i ntroduced and used to for m a cascade contro l syste m. T he geneti c algo -rith m was adopted to opti m i ze the f uzzy contro ller , and i ts con -trol strategy w as appli ed i n the stea m pressure contro l s ubsyste m o f the co m busti on control syste m. T he si m u l a ti on exper i m ent w as ca rr ied out , and the result ve rifi ed t he feasi b ility of the algo -rith m.
K ey word s :furnace rad i ant energy s i gna ; l f uzzy contro; l com -busti on contro l syste m; combustion rate ; once t hrough bo iler
09-08-11 A nal y sis of exhaust te m perat ure m o -nit or and protection function for gas t urbine
MAO Hua -jun (W angting Powe r P lant , Suz hou 215155, Ch-i
na)
Ab stract :T he basi c f uncti on o f the gas turb i ne exhaust te m pera -ture dispers it y m onito r syste m w as introduced . T aking the DLN 2. 0+co m bustion chamber as exa m ple , t he m i portance of the exhaust te mperature dispersity m on itor i ng and pro tecti on f unction f o r t he gas t urbine was expla i ned . The for m ation m echa -nis m o f bulg i ng and cracking of co m bustor i nner line r and h i s i n -fl uence on gas turb i ne exhaust te m perature d ispersity w as ana -l yzed . So m e re l evant m easures we re proposed to preven t the co m ponents i n hea t passage from hu rt due to co m busti on deter i o -rati on .
K ey word s :gas turb i ne ; d ispersity of exhaust te m pera t ure ; co m bust o r i nne r li ner , bu l g i ng ; temperature field ; co m busti on m ode
09-08-04 Analysis of fuel oil syste m f ault in u-l
tra -supercritical boiler
YI N M in -quan , YI N Jun , GUO Ji ng -chang , CHANG B i n , SUN L ei (Zoux i an P o w er P lan t , H uad i an P ower Inte rnati onal Corporati on L i m ited , Zoucheng 273422, Chi na) Abstrac t :T he o il feed pu mp and f uel o il sy stem of the u ltra -su -percritical bo il e r i n H uad i an Inte rnati onal Z oux i an P o w er P l ant project phase IV w ere put i n opera ti on i n 2007. S i nce then so m e fau lts w ere o ccurred w hich i ncludes the frequent o il leakag e o f o il gun , t he higher returnedo il temperature o f oil feed sy stem , ja m o f o il gun and i gn iti on rod and etc . The reasons o f these fau lts we re ana l yzed from sy stem l o ca tion , struc t ure o f equ i p -m ent , desi gn , i nstall a ti on , operati on , ma i n tenance and o t her aspects . Co m bini ng w i th t he expe rience ob tained from accom -p lished i m prove m ent and re f o r m ati on , som e preven tive m easures and proposa ls we re put for w ard . K ey word s :o il gun ; fuel oil sy stem ; analysis
j am ; o il leakage ;
reason
09-08-16 The constitution and functi o n of nat -ural gas booster station in gas t urbine co m bination
cyc le power pl a nt
XU M i ng (Hube iH uad ian W uchang Ther m a l P o w er G enera ti on Co rpo ra ti on L i m ited , W uhan 430062, Ch i na) Ab stract :T he boo st sta tion i n gas t urbi ne co m bina ti on cyc le pow er plant is i m portant treat m ent sy stem for i m prov i ng the nat u -ra l gas qua lit y to m ee t the requ irement o f gas turb i ne i nput , and it is directl y re lated to the safe and silen t runn i ng o f downstream un it and equip m ent . T ake the na t ura l gas boo ster stati on built in 9E c l ass gas t urbi ne co m bina tion cyc l e pow er p l ant f o r exa m ple , its f unc ti on and sy stem constituti on w ere i ntroduced and ana -l yzed . It is expected that th i s could be used as a re ference f o r dom estic , s i m il ar pro ject constructi on . K ey word s :gas t urbi ne ; constit u ti on ; function
na t ura l gas ; booster station ;
system
09-08-19 R eason analysis of beaker refusal of acti o n and relevant counter m easure
YANG Sh-i yong (Q i afuqi ha iH ydropowe r Sta ti on of X i n jiang Ili R i ver Basi n D eve l op m ent and Constructi on A d m inistrati ve Bu -reau , G ong li u 835400, Chi na) Ab stract :T he A-phase g round i ng fau lt o f 110k V Q iahe N o . 1line i n Q i a f uqi ha iH ydropowe r Stati on of X i nji ang IliR i ver Basin D evelop ment and Construc ti on A d m i nistrati ve Bureau was oc -curred . A fter that , the li ne protec ti on acted correctl y , but A-phase breake r re j ec ted to tri p , the l o ca l backup pro tecti on (bus) re j ec ted to act , and re m ote backup protection acted and caused acc i dent scope expansi on . T he acci dent fie l d operators conside red the prob le m s un ilaterall y , and this leaded trial pow er trans m ission to be fa il ure and the acc i dent scope t o expand once aga i n . T he reason of the acc i dent w as ana l yzed . A ccordi ng to a acti ,
and 09-08-09 R eason analysis of high pressure cy-l
i n der encrust i n subcritical unit t urbine
L I U Yu -feng 1, L I U W ei 2(1. H unan H uad i an Changsha P o w er G enera ti on Corporati on L m i ited , Changsha 410203, Ch i na ; 2. L iaon i ng Huadian T ie li ng Pow er G enera ti on Co rpo ra ti on L i m i -t ed , T ieli ng 112000, Ch i na)
Abstrac t :T he proble m of copper encrustati on created i n h i gh pressure cy li nder of N o . 1subcr iti ca l un it t urb i ne i n L i aon i ng Huadian T ieli ng P o w er G enerati on Corporation L i m ited was re -searched . T he reason of copper encrustation creati on was ana -lyzed , and re l evant preventi on m easures w ere put forwa rd . The practica l operati on show s that the starti ng up wa ter qua lity w as obv i ous l y i m proved due to adopti ng the m easures . K ne ; i on ;