燃气机组应用于海上平台的项目简介

1、燃气机组应用于海上平台的项目简介冯永寿（中国成达工程公司）从海岸上直接向海上的作业点提供电力，在短距离内是完全可以满足的。但是，在远离海岸线进行海上作业，需要较大的电力供应时，如何合理地提供电力需求？这就是目前我们工程公司面临的问题。因为，海洋占地球的面积达75左右，海上资源远远大于陆地资源。目前，中国的“西气东送”主要是受海上开采技术经济的制约而不得已制定的。随着科学技术的发展，自然资源的开发将从陆地逐渐转移到海上。因此，需要我们考虑这个现实问题。我有幸参加了某个海上作业点需要较大的电力需求的报价项目，经技术经济比较，采用燃气透平机组作为海上平台的发电机组。下面，简单介绍该项目的情况。1.项

2、目的基本要求1.1 该燃气(油)轮机发电机组将安装于海上平台。海上平台有两个，一个是燃气机组发电站平台；另一个是生活设施平台。在两个平台之间将预留一空间，该空间能满足扩建同样能力的燃气发电机组。1.2 要求装置净输出为17MW (发电站的输出计量表由业主提供)，应考虑自身用电如燃气加压装置、油泵、水泵及生活设施的空调设备用电等。1.3 单机容量应小于26.5MW，热耗应小于12132。1.4 要求该装置可用一台机组或两台机组，可提供新机组或旧机组(但要求是没有使用的即 zero-hour of operation )。要求有运行业绩的系列机组。1.5 燃气轮机为单轴、系列产品、简单循环、双燃料

3、轮机，(Turbine shall be single shaft, modular industrial, simple cycle, dual fuel natural gas or distillate (diesel) fired turbines)，应配置无电源起动“Black Start”装置。进口空气及尾气排放系统(应包括消音器、管道、烟道等)、消防系统(CO2)、冷却系统及相关的自动控制(监控)系统等。1.6 当燃气供应不足时，机组在不能中断的情况下自动切换到燃油状态继续运行。1.7 发电机输出要求：13.8 kV / 60 Hz / 3 phase 。1.8 天然气调压系统(

4、GCU)：天然气接点(海上平台边)的压力：5090 psig ，温度：190 0F；应考虑天然气的过滤、气水分离(标书“Scrubber”)、冷却等，以及天然气压缩机(应具备无电源起动“Black Start”的能力)，必要的安全设施和调压设施。该天然气调压系统(GCU)的能力应能满足电站扩建后的需要，即以后电站扩建后，该系统将不扩建。1.9 燃油升压系统：燃油为柴油，应考虑两天的燃油储量设备，升压油泵等。1.10 除生活设施采用淡水外，其它工业用水如冷却水将采用海水，因此天然气调压装置的压缩机及其天然气冷却、升压油泵的冷却、燃气机组的冷却系统等将考虑用海水进行冷却。1.11 所有的配送电设施

5、将集中在PCR (Power Control Room )，所有的电机控制集中在MCC (Motor Control Center)。1.12 现场没有外来电源，燃气机组、天然气压缩机的起动将考虑无电源起动即“Black Start”。1.13 要求采用的标准有：ABS、API 616、NEMA、NEMA MG1、API RP 500B、UL 1604、NFPA12A、NFPANo. 70、ASME、IEEE 112A、ISA、AGMA。1.14 环境条件温度：320C180C；大气压：14.7 psia ；相对湿度：60100；气候：热带气候；地震区为1(即earthquake zone ：

6、1)；海平面高度：80 Feet。2.发电装置能力的确定根据上述标书要求，发电装置的净输出能力为17MW，考虑发电机组的自身用电和生活设施的空调及生活用电，发电装置的配置能力大约为24MW。因此，我们与国内南京汽轮机厂及国外几家燃气发电机组厂商进行了联系确认，由于国内南京汽轮机厂没有相当容量的燃气机组。经与国外几家厂商的报价比较，最后确定采用意大利“NUOVO PIGNONE”公司的MS5001型燃气机组组成我们的报价技术方案。MS5001燃气机组在标准状态下的发电能力为26.3MW。同时，为了减少报价成本，将燃气的天然气压缩机(功率为450kW)采用国内产品。3. 项目技术组成简介项目的技术

7、组成如下：l 以MS5001燃气机组作为海上平台的中心发电机组，包括燃气透平、空气压缩机、发电机及其辅助设施；l 天然气调压系统：包括天然气压缩机、天然气气水分离器及调压设施；l 燃料油系统：燃料油储罐、油泵及辅助管线等；l 电动机集中控制中心(MCC)，包括MS5001配套的控制设施；l 工艺系统集中控制中心(PCR)，包括MS5001配套的控制设施。4. 平面布置简介由于是海上平台建设，因此，占地面积要尽可能地下，其一是为了降低建设成本，其二是为了提高报价的竞争力。根据这一原则，平面布置考虑一套机组扩建的可能，其布置按燃气透平机组、天然气压缩机及其调压系统和燃料油油泵及其油罐、MCC和PC

8、R顺向布置。发电机组平台占地面积大约40×50米。5. MS5001燃气机组简介5.1 燃气透平包燃气透平包由辅助机架和燃气透平两个车厢组成，两者均固定在公用整体基板上。辅助机架包括辅助机械，即通过多轴齿轮转动的机械、电驱动装置、润滑油系统、燃料系统和燃气透平启动装置。透平车厢将燃烧空气进口通风道与辅助车厢分开。每个车厢均分别装备进出门用于检查和维修。5.2 透平基础和支撑燃气透平的基础底板固定在预制的钢结构上。安装于里面的润滑油储罐为燃气透平和驱动设备提供润滑油。燃气透平的尾端由柔性钢板支撑，柔性钢板与底板相焊接并用螺栓和销订与进口空气管道的外壳连接。刚性支腿支撑透平的外壳。这种支

9、撑允许横向和轴向的热膨胀位移。5.3 压缩机部分5.3.1 压缩机转子MS 5001型燃气透平有17级轴向流压缩机及两个定位的进口导向叶片。为了防止腐蚀，压缩机的前8级叶片采用Ni-Cd保护层。压缩机转子在与透平转子组装前进行动平衡试验。整个转子组装后再进行动平衡试验。5.3.2 压缩机外壳压缩机的外壳分为4部分：进口、前端、尾端和排气口。所有这些部分均水平中分，便于维修。进口部分包括进口导向叶片系统和1轴承。从第4级和第10级转子抽出的空气去：l 冷却透平因运行引起的高温部件；l 密封所有的透平轴承； l 提供液体燃料需要的雾化空气；l 提供控制阀门需要的动力(仪表)空气。5.3.3 叶片静

10、叶片具有楔形榫头，安装于两片半园环的楔形上。用键固定防止叶片环旋转。转子叶片也采用宽角度设计的楔形榫头，安装在叶轮的相对应的楔形榫头上。5.4 燃烧部分燃烧部分由10个燃烧室、相关的燃料喷嘴、4个火焰探测器、2个火花塞和10个转换片组成。燃烧室沿轴向流压缩机的中心布置，用螺栓与压缩机的排气口外壳连接。燃烧需要的空气直接由轴向流压缩机提供给燃烧室。燃料通过燃料喷嘴提供给燃烧室。燃料和空气的混合燃烧由电火花塞点燃。来自压缩机的高压空气是沿转换片引入燃烧室的。这种方式是热交换过程，即冷却了转换片，同时又预热了燃烧空气。5.5 透平部分透平部分装配有两级透平转子。第1级或称高压叶轮和第2级或称低压叶轮

11、用螺栓连接成一个转子。 这些部分与相关的空气密封设施和变流装置均在透平机壳内部。从压缩机的第4级抽出的空气通过管道来冷却透平外壳，然后在外壳的末端排出，去冷却第2级透平叶轮的末端表面。5.5.1 第1级喷嘴第1级喷嘴有机翼形状的部件在内外侧壁组成。喷嘴的装配分为几段，每段均由夹环连续固定在透平外壳上。喷嘴环和机翼部件由压缩机的排气来冷却，该压缩机的排气是从燃烧室的转换空间抽出的。5.5.2 第2级喷嘴和隔板第2级喷嘴和隔板位于第1级和第2级透平叶轮之间，固定排列在透平外壳上，装配有机翼形状的部件在内外侧组成。直接将气体流入第2级透平叶片中。叶片设计成长胫式以隔离在透平叶轮边缘形成的热气体通道。

12、精确铸造的叶片用于透平的每一级，使第2级透平形成一个整体。压缩机的排气和抽出的空气同样用于冷却透平外壳。5.6 轴承燃气透平机组有2个主要轴承，1个在外壳，另1个排气框架，2个均支撑压缩机/透平转子。1轴承实际由3个轴承组成：负载推力轴承、无负载推力轴承和止推轴承。2轴承只有1个止推轴承。轴承由油封系统、油环等组成。主要的透平轴承由压力润滑油进行润滑。排油回流轴承箱，然后进入油箱。油封的控制由沿轴的油流量进行控制。油封在轴承体的末端由牙齿状的迷宫部件组成。5.7 齿轮转动装置齿轮转动装置的配置是支持和驱动透平的附属机械。另外，齿轮转动装置在燃气透平机组启动时形成转矩。由主润滑油泵、超速限制和停

13、车机械装置组成。齿轮转动装置安装在透平基础末端的辅助车厢。液力棘齿的齿轮转动装置(即盘车装置)安装在齿轮转动装置的顶部。这种装置的功能是在启动时脱离透平转子，在停车时又拖带透平转子。5.8 油系统5.8.1 润滑油润滑油用于透平，发电机，变速转动装置，辅助转动装置和其它相关的需要润滑油的设备。润滑油系统包括以下部分：l 安装在辅助车厢基础上的油箱l 主润滑油泵，由辅助转动装置的轴驱动；l 辅助润滑油泵，由交流电机驱动；l 紧急润滑油泵，由直流电机驱动；l 主油泵出口的压力安全阀；l 润滑油冷却器；l 两个可互还的油过滤器和切换阀；l 轴承润滑油压调节器；l 控制油的压力调节器。5.8.2 油冷

14、却在冷却水缺乏的情况下，燃气透平的润滑油的冷却是依靠位于燃气透平(在车厢外侧)的油水热交换器机械的。正常的冷却是通过2个油水热交换器，位于燃气透平基础里面。润滑油温度由调节阀进行调整。5.8.3 压力油系统压力油是用于液力棘齿的齿轮转动装置(即盘车装置)、启动离合器、进口导向叶片的控制、燃料气停止/速比阀、燃料气控制阀和液体燃料控制阀。压力油系统的油来自润滑油系统，其压力靠泵或辅助转动装置升压。高压油通过控制油系统调节后送往运行设备。5.8.4 控制油系统控制油系统在正常压力下运行，由润滑油系统提供。其功能是允许通过透平控制盘控制的电动执行机构对控制器和运行设备的液缸运行。控制油系统是紧急状态

15、时停车油开关。当紧急跳闸发生时，该系统的油完全排尽，从而使燃料阀关闭停车。5.9 启动系统电动机启动启动系统是在启动周期内驱动设备带动机组达到机组能运转的速度。当机组停车后，转子等整个系统均处于同一状态，在任何时候，机组将准备从静止状态重新启动。电启动系统由启动电动机、力矩转换器转动装置、离合器和油系统组成。当启动电动机启动，其输出力矩从0增加到力矩转换器动作。力矩转换器的输出是按进出速度的差异的比例进行。转换器需要从电动机获得能量以便通过离合器提供给燃气透平。启动电动机安装在辅助部分，通过力矩转换器驱动燃气透平的压缩机转子和驱动离合器带动燃气透平达到其运转速度。5.10 燃料系统5.10.1

16、 双燃料系统该燃气透平机组具有燃料气和燃料油系统，均可以手动或自动进行切换，即开通过燃料选择开关进行操作，机组不需要停机。当燃料气的压力降到规定值时，压力开关动作，实现从燃料气到燃料油的自动切换。在切换期间，燃料气和燃料油同时燃烧，其燃料的比例将由SPEEDTRONIC控制系统决定。从燃料气到燃料油的切换时，燃料油管线将吹扫。为了实现这个过程，燃料气系统停车前，SPEEDTRONIC 控制系统将有3060秒的控制时间。在双燃料系统中，是没有雾化空气系统的。在燃料油到燃料气的切换期间，液体燃料电磁阀将投入运行。这样，燃料气通过止回阀进入双燃料喷嘴的燃料油侧。燃料气的流动，保持双燃料喷嘴油侧的清洁

17、，同时防止燃烧产物返回喷嘴室。5.10.1.1 燃料气系统安装在共用基板上的燃料气系统主要包括：l 过滤器设施l 停车/速度比控制阀设施l 压力传感器l 压力开关增压后的燃料气经过滤器过滤后进入停车/速度比控制阀设施，该设施的控制来自SPEEDTRONIC 控制系统的信号。停车/速度比控制阀设施根据透平速度控制燃料气流量和燃料气的压力，同时可以完全停止提供燃料气而停车。控制阀只根据透平速度控制燃料气流量。燃料气的压力则由压力传感器通过SPEEDTRONIC 系统进行控制。经过停车/速度比控制阀设施的燃料气通过多根管道进入燃烧室的喷嘴。5.10.1.2 液体燃料(燃料油)系统液体燃料系统，也是安

18、装在共用基板上，主要包括：l 主燃料泵l 有2个速度传感器的流量分配器l 燃料油截止阀l 电液动控制的旁路阀l 燃料油低和高压力过滤器l 误启动排油阀l 必要的连接管道l 燃料油雾化系统液体燃料经过滤通过截止阀送入主油泵，该主油泵由辅助转动装置驱动。燃料油调节由旁路阀控制，回流入油泵进口。经过另一个过滤器后，燃料油到每个喷嘴的流量分配由流量分配器完成，流量分配器由位于主轴上的容积式齿轮泵组成。当所有的泵在同一速度时，燃料油进入燃烧室。流量分配器的速度与进入燃气透平的总燃料量是成比例的，因此可以用于测量实际燃料量。 位于流量分配器上由旁路阀调节燃料的速度传感器为燃料控制系统通过控制信号。5.10

19、.1.3 液体燃料雾化系统雾化系统是由于燃料的粘性和密度的原因而采用的，因此，有三种不同的雾化系统用于该燃气透平机组。直接压力式雾化：用于燃烧轻柴油，容易雾化，不需要压力空气进行雾化的系统。直接采用增压泵升高燃料压力，在燃烧室充分喷雾提供好的燃烧效率。低压力雾化：主要用于高残碳的柴油，经过燃料喷嘴的压力比大约为1.4。这就需要从燃气透平压缩机抽出的空气作为雾化空气和吹扫空气。抽出的空气经热交换器冷却，由辅助转动装置驱动的主压缩机压缩升压。在开车期间，增压系统提供空气给主压缩机在提供给燃料雾化系统。即启动压缩机应有足够的排气压力，直到主压缩机的压力充分地建立。高压力雾化：类似于低压力雾化，用于燃

20、烧天然油、重油、残余燃料和高粘性的燃料油。经过燃料喷嘴的压力比大约为1.7。5.11 燃气透平燃烧空气进口系统燃气透平燃烧空气进口系统由进口过滤器装置和风道。在风道内有换向片和消音器等。过滤器装置和支撑结构均用环氧树脂涂层保护。燃气透平燃烧空气进口系统主要包括如下部件：l 碳钢制作的进口过滤器房间l 用不锈钢制作的与过滤器连接的风道和进口消音器。l 不锈钢消音器有三层墙，外壳为4mm厚的不锈钢板，里面为吸音材料。l 向下的900弯头风道导引燃烧空气到燃气透平进口风道。5.11.1 过滤器房间过滤器房间是钢结构组成的。一般情况下，钢板材质是ASTM A 516 gr.60钢。有防雨设施。5.11

21、.1.1 自身清理过滤器该过滤器是利用弹药筒过滤原理设计的过滤器。这种过滤器介质不仅有非常高效率的净化效果，而且能长期使用。在标准状态测试效率达99.9。在这种状态下，空气通过过滤器的速度为36m/分。环境空气通过进口保护罩进入过滤器上部，然后向下直接进入过滤器车厢。空气中的污染物由高效率的过滤介质截留下来，积累形成灰尘块状物。当污染物积累到一定时，压力降将逐渐增加，直到应清理的时候。循环清理将自动从上向下进行，直到压力降降低到一定时，自动停止清理。循环清理是靠压缩空气的喷射，将灰尘块状物清理下来，进入灰尘收集器。清理过滤器需要的压缩空气压力为7 bar。由透平压缩机自身提供。5.12 燃气透平排气系统气体经透平最后一级，直接进入排气罩和扩散管，扩散管由一系列的导向片组成，其目的是减少能量损失。气体进入排气通道。排气系统由如下部分组成：l 膨胀节头，连接排气通道和排气烟道，吸收热位移；l 排气烟道；l 消音器。5.13 进口/排气消音设备进口和排气系统均包括一段吸音风道，降低压缩机进口和透平排气的噪声。消音器为平行隔音板型。隔音板用矿棉棒制作。5.14 燃气透平隔音罩隔音罩用螺栓沿燃气透平基板一圈固定在基础