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    索拉T60型透平發(fā)電機(jī)組燃油模式冷啟動(dòng)困難及解決措施

    2020-09-02 10:26:14陳康成王桂鈞黃永堤周日通
    石油和化工設(shè)備 2020年8期
    關(guān)鍵詞:熱機(jī)冷機(jī)發(fā)電機(jī)組

    陳康成,王桂鈞,黃永堤,周日通

    (中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司, 廣東 湛江 524057)

    透平是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)熱力機(jī)械,是由壓氣機(jī)、燃燒室和渦淪三大部分及相應(yīng)輔助設(shè)備組成的成套動(dòng)力裝備。圖1為燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單工作循環(huán)原理圖。

    其工作原理就是一個(gè)熱力學(xué)原理:進(jìn)氣?—壓縮—燃燒—膨脹做功—排氣。以空氣為工作介質(zhì),壓氣機(jī)從外界大氣中吸入空氣,并將空氣進(jìn)行壓縮,經(jīng)過(guò)壓縮的氣體進(jìn)入燃燒室,與噴入的燃料相混合,點(diǎn)火燃燒,燃燒后產(chǎn)生高溫高壓的熱能和壓力能。具有高溫高壓的熱能和壓力能進(jìn)入渦輪膨脹作功,推動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子以及動(dòng)力透平一起做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。產(chǎn)生的廢氣則排放到大氣中。這就完成了一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)。能量轉(zhuǎn)變過(guò)程為:透平先將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,然后將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能或其他能,機(jī)械能又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。

    1 項(xiàng)目背景

    海洋石油某采油平臺(tái)開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目CEP平臺(tái)電站配置有1臺(tái)美國(guó)通用(GE)公司生產(chǎn)的瓦克夏(WAUKESHA)16V275GL+燃?xì)馔鶑?fù)式內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和2臺(tái)美國(guó)SOLAR公司生產(chǎn)的金牛座(Taurus)60型雙燃料透平發(fā)電機(jī)組。瓦克夏(WAUKESHA)16V275GL機(jī)組輸出額定功率為3300kW,金牛座(TAURUS)60型透平發(fā)動(dòng)機(jī)組燃?xì)夂腿加湍J较碌腎SO功率分別為:5670kW(燃?xì)猓?513kW(柴油)。

    圖1 燃?xì)廨啓C(jī)組簡(jiǎn)單工作循環(huán)原理圖

    該項(xiàng)目配置有6臺(tái)天然氣壓縮機(jī),且均采用6.3kV中壓電機(jī)驅(qū)動(dòng),根據(jù)調(diào)試計(jì)劃需要優(yōu)先完成2臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組的燃油模式調(diào)試,為6臺(tái)核心壓縮機(jī)設(shè)備調(diào)試供電。所以透平發(fā)電機(jī)組燃油模式調(diào)試工期直接影響壓縮機(jī)調(diào)試質(zhì)量,是開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目調(diào)試進(jìn)度的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

    調(diào)試開(kāi)始后,機(jī)組燃油模式點(diǎn)火測(cè)試時(shí)反復(fù)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗故障。反復(fù)點(diǎn)火啟動(dòng),不但容易引起啟動(dòng)馬達(dá)發(fā)熱燒損、噴嘴積碳、透平葉片斷裂等故障,而且降低設(shè)備調(diào)試工作效率,造成柴油浪費(fèi),不利于降本增效。調(diào)試人員仔細(xì)分析點(diǎn)火矩陣圖后,結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),與廠家進(jìn)行溝通,反復(fù)修改測(cè)試并確定最佳點(diǎn)火參數(shù),完成2臺(tái)透平機(jī)燃油模式點(diǎn)火測(cè)試。

    2 索拉T60型透平發(fā)電機(jī)組燃油模式冷啟動(dòng)困難原因分析

    2.1 概述

    燃油模式冷啟動(dòng)困難是指透平發(fā)電機(jī)組冷機(jī)狀態(tài)下用柴油啟動(dòng)不容易起動(dòng),而熱機(jī)時(shí)起動(dòng)正常的故障現(xiàn)象。引起該故障的原因復(fù)雜多樣,如果不能對(duì)故障原因做出準(zhǔn)確分析,將在故障處理過(guò)程中多走彎路,費(fèi)時(shí)費(fèi)工費(fèi)燃料且不能真正解決問(wèn)題。為能有效精準(zhǔn)地解決索拉T60型透平發(fā)電機(jī)組燃油模式冷啟動(dòng)困難的問(wèn)題,需要對(duì)該故障進(jìn)行細(xì)致研究和分析。

    2.2 故障現(xiàn)象

    機(jī)組點(diǎn)火測(cè)試期間,2臺(tái)索拉T60型透平發(fā)電機(jī)在確認(rèn)完成設(shè)備安裝、電氣校線和流程檢查等準(zhǔn)備工作后,先后進(jìn)行冷機(jī)柴油點(diǎn)火測(cè)試;測(cè)試時(shí)反復(fù)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗FN_Ignition_Fail、T5低溫FN_Flameout_Low_T5、T5超溫FL_T5_TC_High等關(guān)停報(bào)警信號(hào)。點(diǎn)火調(diào)試中發(fā)現(xiàn),透平機(jī)組在冷機(jī)狀態(tài)下用柴油點(diǎn)火需要三到五次才能啟動(dòng)成功。點(diǎn)火成功后停機(jī),機(jī)組在熱機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火有所改善,一般一到兩次即可成功,點(diǎn)火成功后透平爬升速度很快。吹掃柴油和壓縮空氣管線,檢查柴油和儀表風(fēng)過(guò)濾器都干凈無(wú)雜質(zhì);投用分油機(jī)循環(huán)分油后,狀況無(wú)改善。柴油經(jīng)化驗(yàn),化驗(yàn)報(bào)告結(jié)果顯示滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,化驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表1。

    表1 柴油分析報(bào)告

    2.3 原因分析

    針對(duì)機(jī)組在冷機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火啟動(dòng)困難,在熱機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火情況有所改善的現(xiàn)象,分析如下:

    (1)熱機(jī)狀態(tài)下燃油模式啟機(jī)點(diǎn)火相對(duì)順利,說(shuō)明透平火花塞打火無(wú)問(wèn)題,至少火花塞能夠打火,只是點(diǎn)火時(shí)火花大小不能確定;

    (2)熱機(jī)狀態(tài)下燃油模式啟機(jī)點(diǎn)火相對(duì)順利,說(shuō)明機(jī)組控制系統(tǒng)信號(hào)線路無(wú)問(wèn)題,點(diǎn)火時(shí)相關(guān)的電磁閥、柴油變頻器無(wú)問(wèn)題;

    (3)熱機(jī)時(shí)柴油點(diǎn)火成功說(shuō)明點(diǎn)火柴油肯定有供給,但是點(diǎn)火時(shí)柴油供油量多少不能確定;

    (4)熱機(jī)狀態(tài)下點(diǎn)火成功后,透平爬升速度很快,由此可以看出柴油運(yùn)行時(shí)燃料噴嘴的燃料噴入量較正常,但柴油霧化是否良好不能確定;

    (5)機(jī)組在冷機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火啟動(dòng)困難,反復(fù)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗FN_Ignition_Fail、T5低溫FN_Flameout_Low_T5、T5超溫FL_T5_TC_High等關(guān)停報(bào)警信號(hào),說(shuō)明機(jī)組點(diǎn)火參數(shù)設(shè)置存在不合理的可能性。

    綜合以上機(jī)組柴油點(diǎn)火失敗的原因分析,可以初步確認(rèn)透平在冷機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火不成功的原因主要有霧化空氣壓力不合適、柴油點(diǎn)火參數(shù)設(shè)置不合理等因素,相應(yīng)地分析處理方法歸納如表2。

    表2 索拉透平機(jī)組柴油點(diǎn)火故障原因分析及處理方法表

    3 解決措施

    若要確定影響柴油點(diǎn)火的具體程序參數(shù),需要根據(jù)柴油點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)的關(guān)停報(bào)警信號(hào)做進(jìn)一步分析:

    3.1 分析FN_Ignition_Fail關(guān)停報(bào)警

    分析程序得知,機(jī)組在燃油模式下預(yù)設(shè)點(diǎn)火計(jì)時(shí)器Ignition_Timer_TON的時(shí)間為15s,如果在15s內(nèi)T5平均溫度T5_Average.Val大于等于400℉(204℃)則復(fù)位點(diǎn)火指令PGM_Sequence_Ignition,火花塞停止工作并機(jī)組進(jìn)入爬坡加速PGM_Sequence_Accelerate階段,否則出現(xiàn)點(diǎn)火失敗FN_Ignition_Fail故障報(bào)警。T5平均溫度T5_Average.Val小于400℉(204℃),說(shuō)明柴油點(diǎn)火時(shí)溫度太低或無(wú)溫度,進(jìn)入燃燒室的柴油流量太小或柴油霧化不良沒(méi)有被點(diǎn)燃。

    3.2 分析FN_Flameout_Low_T5關(guān)停報(bào)警

    機(jī)組點(diǎn)火指令PGM_Sequence.Ignition完成后,進(jìn)入點(diǎn)火完成運(yùn)行PGM_Sequence_Ignite_Run階段,當(dāng)T5平均溫度T5_Average.Val小于等于400℉(204℃)時(shí)觸發(fā)T5溫度低關(guān)停報(bào)警FN_Flameout_Low_T5。點(diǎn)火成功后出現(xiàn)T5平局溫度低關(guān)停,說(shuō)明進(jìn)入燃燒室的柴油流量值太小或者收油門值太大;也存在燃燒室風(fēng)量太大,噴嘴火焰太長(zhǎng)的可能性。

    3.3 分析FL_T5_TC_High關(guān)停報(bào)警

    機(jī)組點(diǎn)火成功后,如果出現(xiàn)單個(gè)T5探頭溫度T5_Max_Channel大于等于1700℉(927℃),T5溫度高關(guān)停報(bào)警FL_T5_TC_High。點(diǎn)火成功后出現(xiàn)單個(gè)T5溫度高關(guān)停,說(shuō)明進(jìn)入燃燒室的柴油流量值太大或者收油門值太??;也存在柴油霧化效果不良,出現(xiàn)爆燃的可能性。

    3.4 控制程序參數(shù)優(yōu)化設(shè)置

    綜合以上分析,查找程序可以初步確認(rèn)影響透平柴油點(diǎn)火的程序參數(shù)主要有柴油霧化空氣壓力、燃燒室風(fēng)量、燃料流量設(shè)點(diǎn)、點(diǎn)火完成后燃料收油門設(shè)點(diǎn)和點(diǎn)火延時(shí)設(shè)點(diǎn)等,具體的程序參數(shù)設(shè)置歸納如表3:

    表3 索拉透平機(jī)組柴油點(diǎn)火參數(shù)及設(shè)置匯總表

    綜合表3分析匯總,經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)節(jié)后,最終將透平A機(jī)組的柴油點(diǎn)火參數(shù)分別設(shè)置為:盤車轉(zhuǎn)速20.5、點(diǎn)火延時(shí)11s、柴油霧化空氣壓力315kPa;將透平B機(jī)組的柴油點(diǎn)火參數(shù)分別設(shè)置為:盤車轉(zhuǎn)速20.15、點(diǎn)火延時(shí)12s、柴油霧化空氣壓力330kPa。參數(shù)優(yōu)化設(shè)置后,如果出現(xiàn)點(diǎn)燃油模式火困難時(shí),再通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火流量值(KT_LIQ_LTOFF_LIMIT_WF)和點(diǎn)火收油門值(KT_LIQ_LIGHT_STEP_SUB_WF)值即可解決問(wèn)題。

    4 結(jié)語(yǔ)

    本文從某新建采油平臺(tái)電站索拉T60型透平發(fā)電機(jī)組燃油模式冷啟動(dòng)故障的影響因素出發(fā),全面分析了索拉透平機(jī)組點(diǎn)火故障的可能原因,結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化機(jī)組燃油模式啟動(dòng)參數(shù),解決了T60型機(jī)組燃油模式冷機(jī)啟動(dòng)困難問(wèn)題。同時(shí),總結(jié)了SOLAR機(jī)組燃油模式冷機(jī)啟動(dòng)時(shí)參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律,為SOLAR其他型號(hào)機(jī)組解決此類問(wèn)題提供了技術(shù)支持。

    ◆參考文獻(xiàn)

    [1] 大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司編. 全能值班員技能提升指導(dǎo)叢書 汽輪機(jī)分冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2008.

    [2] 張會(huì)生,周登極. 燃?xì)廨啓C(jī)可靠性維護(hù)理論及應(yīng)用[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2016.

    [3] 中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司生產(chǎn)部. 燃?xì)廨啓C(jī)年檢作業(yè)指南[Z].2018.5.

    [4] SOLAR Taurus60透平發(fā)電機(jī)PLC程序[Z].2017.5

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