基于長(zhǎng)期低負(fù)載運(yùn)行的T70燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)優(yōu)化

董海亮 葉仕生 孟慶偉 劉向東 林勇濤

摘 ? 要：中海石油某海上作業(yè)平臺(tái)在設(shè)計(jì)階段考慮到平臺(tái)后期的生產(chǎn)能力，選用了功率較大（7250kW）的Solar公司的金牛座（TAURUS）T70燃?xì)廨啓C(jī)，但在平臺(tái)投產(chǎn)初期，平臺(tái)產(chǎn)能未能得到充分釋放，平臺(tái)用電設(shè)備總功率只有1400～1800kW，僅為額定功率的20%～25%。本文主要介紹燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)期在低負(fù)載工況下，如何通過修改系統(tǒng)參數(shù)的控制邏輯，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行效果，節(jié)省系統(tǒng)能耗，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī) ?修改系統(tǒng)參數(shù) ?優(yōu)化運(yùn)行效果

中圖分類號(hào)：TK473 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（c）-0099-02

1 ?系統(tǒng)介紹

燃?xì)廨啓C(jī)是海上作業(yè)平臺(tái)最為關(guān)鍵的動(dòng)力設(shè)備，為整個(gè)平臺(tái)提供電力供應(yīng)。中海石油某海上作業(yè)平臺(tái)選用的是Solar公司的金牛座（TAURUS）T70燃?xì)廨啓C(jī)，它不僅為平臺(tái)機(jī)械設(shè)備提供電力供應(yīng)，而且充分利用其燃燒廢熱給平臺(tái)熱媒系統(tǒng)提供熱能，系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

燃?xì)廨啓C(jī)以空氣作為介質(zhì)，工作時(shí)壓氣機(jī)從外界大氣中吸入空氣，并將其進(jìn)行壓縮，經(jīng)過壓縮的氣體一部分進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料相混合，點(diǎn)火燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，具有高溫高壓的燃?xì)膺M(jìn)入渦輪膨脹做功;另有一部分作為密封氣對(duì)軸承進(jìn)行密封，防止滑油泄露;大部分壓縮空氣則起冷卻的作用，防止機(jī)組部件過于高溫，直接影響著機(jī)組排氣（尾氣）溫度。廢熱回收系統(tǒng)則主要是利用燃?xì)廨啓C(jī)尾氣的熱量對(duì)導(dǎo)熱油進(jìn)行加熱，加熱后的導(dǎo)熱油主要被用于乙二醇回收再生系統(tǒng)。在乙二醇處理量過大，燃?xì)廨啓C(jī)尾氣的熱量不足時(shí)，則需燃燒額外天然氣。

2 ?設(shè)計(jì)與實(shí)際工作的差異

該平臺(tái)的主電站由兩臺(tái)美國(guó)SOLAR公司生產(chǎn)的Taurus70型雙燃料（柴油/天然氣）燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組組成。由于燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)負(fù)載能力是隨著環(huán)境溫度的變化而變化的，而且較為明顯，故每種型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)出力的大小必須與環(huán)境條件相對(duì)應(yīng)。Taurus70型燃?xì)廨啓C(jī)在ISO條件下的凈輸出功率為7250kW，36℃環(huán)境條件下凈輸出功率為5762kW，其配置的發(fā)電機(jī)的額定功率為6500kW，防止在某一特定溫度下出現(xiàn)原動(dòng)機(jī)超載或發(fā)電機(jī)超載現(xiàn)象的出現(xiàn)。

但由于近年來產(chǎn)能限制，平臺(tái)用電功率大部分維持1400kW～1800kW，使得燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，機(jī)組最佳工況與實(shí)際工況存在較大差異。

①機(jī)組的熱效率較低。在低負(fù)載的情況下，每度電消耗天然氣0.7328Sm3，該平臺(tái)所產(chǎn)天然氣的熱值為32.878MJ/m3（20℃）。

故每度電消耗能量，32.878×0.7328=24.093MJ。

機(jī)組的熱效率僅為3.6/24.093=14.9%

②基本不滿足廢熱回收系統(tǒng)耗能要求。根據(jù)最初機(jī)組選型時(shí)的考慮，如果機(jī)組的功率負(fù)載約5000kW-5800kW，那么安照機(jī)組默認(rèn)的設(shè)置，其尾氣溫度將在470℃～513℃左右，能滿足廢熱回收系統(tǒng)5m3/h的乙二醇處理量，基本滿足平臺(tái)大部分條件下的乙二醇再生要求。但是海上平臺(tái)目前低負(fù)載的情況下，機(jī)組尾氣溫度只維持在270℃～310℃，基本不滿足廢熱回收系統(tǒng)耗能要求。

3 ?基于長(zhǎng)期低負(fù)載運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)細(xì)致的分析研究發(fā)現(xiàn)影響上述系統(tǒng)參數(shù)的關(guān)鍵因素是PCD（壓氣機(jī)出口的壓力）經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮后的壓縮空氣的主要作用有：

（1）進(jìn)入燃燒室與燃料（天然氣＼霧化柴油）混合后燃燒做功。

（2）作為冷卻空氣保護(hù)機(jī)組部件并控制尾氣溫度，但如果冷卻量過大，熱氣（燃燒后的氣體）未得到充分的膨脹做功即被冷卻，影響機(jī)組的熱效率。

（3）作為密封氣對(duì)齒輪箱、軸承等部件進(jìn)行密封，防止?jié)櫥托孤丁?/p>

因此PCD（壓氣機(jī)出口的壓力）是影響尾氣溫度和潤(rùn)滑系統(tǒng)軸承回油溫度的重要因素。

在滿負(fù)載的20%～25%，約1400～180OkW的工況下，設(shè)備出廠時(shí)的PCD默認(rèn)設(shè)置約為1200kPa，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)性能如前面分析，未能很好地達(dá)到原設(shè)計(jì)效果?？紤]到機(jī)組實(shí)際負(fù)載較小，參與燃燒的壓縮空氣裕量較大，可以適當(dāng)減少PCD值。我們因此添加了PCD限制邏輯器。PCD限制邏輯器的功能如下：

⑴在低負(fù)載下，PCD限制邏輯器通過降低進(jìn)氣導(dǎo)葉的開度，把PCD由原來的1200kPa轉(zhuǎn)換成900kPa。減少了冷卻空氣的流量與壓力，使得天然氣燃燒后充分地膨脹做功，提高了機(jī)組的熱效率。

PCD參數(shù)優(yōu)化之后，每度電消耗天然氣0.5758Sm3，故每度電消耗能量

32.878×0.5758=18.931MJ

機(jī)組的熱效率為

3.6/18.931=19.0%

比參數(shù)優(yōu)化前提高4.1個(gè)百分點(diǎn)。

此外，經(jīng)過如此修正，機(jī)組尾氣溫度提高約100°，能滿足4m3/h的MEG處理量，基本滿足了生產(chǎn)工藝的要求。同時(shí)PCD的減小，對(duì)軸承進(jìn)行密封作用的密封氣壓力也同時(shí)減小，高溫氣體對(duì)軸承的影響減小，對(duì)軸承油膜的破壞也減小，延長(zhǎng)軸承使用壽命。

⑵在負(fù)載發(fā)生突變或者在大功率負(fù)載下，PCD限制邏輯器將不起作用，機(jī)組將基于功率或三級(jí)透平溫度（T5）的控制要求調(diào)節(jié)進(jìn)氣量、壓氣機(jī)出口壓力。這樣保證了此次參數(shù)優(yōu)化是完全針對(duì)現(xiàn)階段低負(fù)載的工況，對(duì)機(jī)組的其他性能影響降到最低，保證機(jī)組安全有效運(yùn)行。

4 ?安全與經(jīng)濟(jì)效益

由于熱效率的提高，每度電消耗天然氣由0.7328Sm3節(jié)省至0.5758Sm3，按平臺(tái)現(xiàn)階段1400～180OkW的用電功率，取其中位數(shù)1600kW進(jìn)行計(jì)算，每年可節(jié)省天然氣

1600×24×365×（0.7328-0.5758）=220萬方

廢熱回收系統(tǒng)在PCD修改之前每月耗氣量為60000Sm3，而在修改之后每月耗氣量為1300Sm3（在工藝上要求乙二醇（MEG）處理量大于4m3/h廢熱回收系統(tǒng)需要額外燃燒天然氣進(jìn)行補(bǔ)充熱能）。每年可節(jié)省天然氣

（60000-1300）×12=70.44萬方

5 ?結(jié)語

通過此次參數(shù)優(yōu)化，不僅降低了燃?xì)廨啓C(jī)軸承的回油溫度，改善其運(yùn)行條件，增強(qiáng)了機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，而且有著很大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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