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摘要：針對燃氣-蒸汽聯合循環機組天然氣供應系統調試過程中增壓機出口壓力波動的問題，分析增壓機出口壓力降低主要原因是由于回流閥誤開引起，進而威脅燃氣輪機運行。提出了調整增壓機回流閥控制方式，同時在增壓機出口設置緩沖罐的方法來提高增壓機運行的穩定性。同樣在燃機或者增壓機運行出現問題的情況下提供一定的時間裕度，同時可以降低正常運行過程中調壓模塊切換的風險。

關鍵詞：燃氣-蒸汽聯合循環；增壓機；運行穩定性

1引言

1997年，北京天然氣用量只有1.8億立方米，居民用戶20萬戶，氣化率不足5%；2015年，北京市的天然氣用量增至140億立方米，城市居民天然氣氣化率達到73%以上。近十年北京市的天然氣用量年均增長約4億立方米，年均增長率達到20%以上，城市天然氣用量和居民用氣戶數雙雙躍居全國各大城市之首。以北京東北熱電中心京能高安屯燃氣熱電有限責任公司（以下簡稱京安熱電）機組為例。全廠配置為：2臺9F級型號V94.3A型燃氣輪機；3臺型發電機；2臺臥式余熱鍋爐；1臺蒸汽輪機。燃機發電機和蒸汽發電機組為分軸布置。額定發電出力為845MW。燃料為陜甘寧供北京的天然氣，通過北京內高壓線路輸送至電廠，由電廠內天然氣調壓站系統和天然氣前置模塊向機組供應。采暖季天然氣壓力低對我廠影響：（1）用氣高峰來臨時限制燃機出力;（2）威脅燃機的安全穩定運行；（3）影響我廠對外供電、供熱能力。

2燃料供應系統概況

京安熱電燃料供應系統向兩臺燃機組成的1套“二拖一”燃氣－蒸汽聯合循環發電供熱機組及1臺啟動鍋爐提供持續穩定的天然氣。安裝1套天然氣場站系統，包括2套粗精一體分離過濾器、3套貿易計量單元和3套比對計量單元、2臺增壓機、3套調壓單元（2運1備）、一套啟動鍋爐用撬裝式天然氣調壓站及其加熱器、配套天然氣充氮及放散系統。天然氣增壓機系統是燃氣-蒸汽聯合循環電廠燃料供應系統中一個重要的組成部分，當外界天然氣供氣壓力不能滿足燃氣輪機運行要求時，通過啟動增壓機來維持燃氣輪機入口所需的燃氣壓力，同時增壓機的穩定運行增強了機組應對燃料供應風險的能力。

3調試過程中增壓機出現的問題

正常情況京安熱電天然氣通過流量計后經過調壓模塊控制出口壓力為3.1MPa，向燃氣輪機入口提供穩定的天然氣。一般調壓前壓力通常在3.7MPa左右。燃氣輪機入口有天然氣壓力低保護，當天然氣壓力低于限制值時燃氣輪機跳閘。如果由于其他原因使得燃氣壓力不足的話就需要啟動增壓機維持燃氣壓力，增壓機出口一般設置壓力為3.1MPa。增壓機設置兩臺，正常運行為一對一，在出口管道上設置聯絡管互相備用。增壓機主要的由電機和壓氣機組成，壓氣機進口有ITV（進口節流閥），IGV（進口可調導葉），RCV（回流閥），BOV（放散閥），出口閥門。增壓機啟動前IGV一般維持25%的開度RCV全開，ITV全開后IGV逐漸打開，RCV回流閥逐漸關閉，這些閥門的狀態隨燃機的負荷變化。RCV主要為了增壓機的防喘振設置，如果增壓機有喘振的風險時，RCV打開將增壓機出口的天然氣通過管道排放到增壓機入口，破壞當時引起喘振的流場，避免造成設備的損壞。從圖1可以看出由于RCV（回流閥）快速開啟，使得增壓機出口壓力迅速降低，最終導致燃氣輪機由于燃料壓力低跳機。

3原因分析和解決辦法

3.1誤判增壓機處于喘振區域

（1）從圖2看出RCV逐漸開大，增壓機一直維持較低的出口壓力，實際上此時燃氣輪機入口天然氣壓力已經逐漸逼近跳閘值，直到回流閥突然全開后，燃機延時后跳閘。回流閥打開的主要原因是因為增壓機控制系統誤判增壓機喘振，導致回流閥直接全開。喘振表現為壓氣機出現劇烈的氣流波動，并伴有很大的吼叫聲，氣流以周期性的、強烈的脈沖形式表現出來，即氣流的壓力、速度和流量的急劇的變化。從當時現場增壓機運行實際情況判斷并未發生喘振，從圖2也可以看出壓力波動實際并不劇烈。

(2)阿特拉斯增壓機判斷是否喘振主要通過防喘振線來實現，同時通過喘振斜度值來輔助判斷，如圖3所示。圖3增壓機防喘振線當時燃氣輪機負荷130MW，實際增壓機早已跳出喘振區域，在安全區域運行，從現場的情況來看，也并沒有喘振的明顯特征，可以排除增壓機喘振。但是喘振斜度值也影響增壓機判斷喘振，主要表征的是增壓機出口壓力波動時喘振斜度值也隨之波動，波動超過限制值則判斷為喘振的趨勢。壓力表現為在一個給定的時間周期內迅速下降，然后上升，然后再次下降，回流閥也直接打開。圖4為增壓機調試期間電機電流、震動和斜度值關系曲線。可以確定的是喘振斜度值的設置是可以優化的一個參數，防喘振線是固定的不可改變的。京安熱電1號增壓機喘振斜度值設置為上線：85，下線：-75。在以后的調試過程中我們建議擴大這個斜度值范圍，根據實際情況擴大，擴大的比例建議8%，15%，20%的比例。

3.2燃料系統整體容積小

（1）工藝系統設計的問題，增壓機入口是一根母管。當增壓機入口壓力由于其他情況如入廠燃氣壓力波動；調壓模塊堵塞發生時，會導致增壓機運行的不穩定，直接威脅燃氣輪機的安全穩定運行。主要原因是系統容積小，抗壓力波動能力弱。從圖5不難看出在燃氣輪機低負荷階段燃料的用量增加并不明顯，在燃機負荷80MW以上時燃料增量顯著增大。建議在燃料系統中增加緩沖罐。緩沖罐的作用就在于燃機高負荷是提高增壓機運行的穩定性，如果需要切換管線時提高安全性，同時在燃氣供應出現問題時提供反應時間。

（2）緩沖罐的選取：緩沖罐容積計算公式：V=Qs×t×P0/(P1-P2)V：儲罐容積，m3Qs：供氣設計容量，Nm3/minP1：正常操作壓力，kPa(A)P2：最低送出壓力，kPa(A)P0：大氣壓力，P0=101.33kPa(A)t：保持時間，分鐘min從計算結果可以看出燃氣輪機負荷在120MW及以下時，將緩沖罐的容積設置在30m3，保守預計緩沖時間均能達到17s以上。燃氣輪機負荷越低緩沖時間越長。大大降低了倒換氣源的風險，提高了增壓機在面對負荷變動和氣源切換復雜情況的適應能力。同時某文章中提出某型號燃氣輪機在輕載的情況下，當天然氣增壓機跳閘時，如在1min內馬上選擇停機，由于有天然氣緩沖罐（42m3）、管道等的蓄存，燃氣輪機可以正常停機。這樣，就可以避免燃氣輪機跳閘熄火對設備的熱沖擊及壽命的影響。即使京安熱電緩沖罐容積不能滿足最低負荷正常停機，那么在極端情況下使燃氣輪機在盡可能的低負荷

4結論

通過分析調試過程中增壓機出口壓力波動的情況，確定是由于增壓機回流閥誤開導致增壓機出口壓力降低，影響主機設備的安全穩定運行。分析得出喘振斜度值的設置存在問題，給出增壓機調試的方法，提高運行人員對增壓機運行的理解。同時考慮由于燃料系統容積較小，增壓機投入運行時存在跳機的風險。為了讓整個燃料系統更具備抗風險、抗干擾的能力。通過理論計算建議在出口管道處加裝天然氣緩沖罐，計算結果表明設置30m3的緩沖罐對燃氣輪機和增壓機的安全運行起到良好作用，同時在設備維修需要倒換氣源的情況下大大降低“斷氣”的風險。通過兩種方式均能提高燃料供應系統中增壓機運行的穩定性，與此同時保障了主機設備的安全運行。

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作者：吳明浩 閆乃欣 劉旭生 李偉 單位：北京京能高安屯燃氣熱電有限責任公司