曾德成 潘任伟 赵高阳
山东电力建设第三工程有限公司 山东省青岛市 266100
Commissioning of Gas booster compressor in GT26 combined-cycle
power plant
Zeng Decheng Pan Renwei Zhao Gaoyang
摘要：本文讨论了天然气增压系统能否满足该电厂运行需求的问题，概括了天然气站的组成和功能，介绍了天然气增压机系统调试过程，在文章的最后回顾了调试过程中遇到的典型问题及解决方案。
关键词：天然气增压机、调试、功能
Abstract: This paper discusses whether the Gas booster compressor system can meet the operation needs of the power plant, summarizes the composition and functions of the natural gas station, and introduces the commissioning process of the natural gas supercharging system.
Key words: Gas booster compressor, Commissioning, functions
1.引言
天然气是一种埋藏于地下的可燃性气体，无色无味，主要成分中85～95%为甲烷（CH4），比重轻于空气，并在空气中扩散迅速，属可燃可爆性气体。天然气燃烧过程中，产生的污染物较少，燃烧之后也没有废渣、废水。与煤炭等黑色能源相比，所产生的氮化物、一氧化碳、可吸入悬浮微粒极少，几乎不产生二氧化硫，二氧化碳的排放为煤的40%左右。天然气发电转换效率高，利于环境保护。燃机电厂项目具有省投资和建设周期短等优势，积极开发利用天然气资源已成为全世界能源工业的主要潮流。
由于燃机对天然气压力有特定的需求，所以燃机电厂往往会设置天然气增压站，本文将讨论天然气增压站能否满足电厂运行需求的问题，并简要介绍了天然气增压站调试的方法步骤，希望能为后续同类型机组的调试工作提供借鉴。
2.论文正文
2.1.概况
中东某燃气联合循环电站，装机容量1714.5MW,设置2个BLOCK，每个BLOCK采用2拖1组合，2台燃机+2台余热锅炉+1台汽轮机，燃机采用Ansaldo公司的GT26机型，双燃料配置，其中主燃料为天然气，备用燃料为轻油，燃机发电机容量380MVA，；余热锅炉为ALSTOM公司生产，为三压再热、自然循环，卧式布置；汽轮机为GE公司生产，主蒸汽参数：638.2t/h, 582.6°C, 164.88bar.a，汽轮机发电机容量440MVA。
由于燃机对天然气的需求压力为46bar，但是进厂的天然气压力只有27bar，因此该项目有天然气增压系统，将低压天然气升压至工况压力，确保电厂安全、稳定、高效运行。
2.1.1.设备描述
本项目安装有三台天然气增压机，采用并联母管供气，两运一备可满足全场四台燃机满出力运行。
天然气增压机系统由ESD入口紧急关断单元、分离过滤单元、计量单元、增压单元、制氮单元等部分组成。
增压单元是天然气站的核心。增压单元主要由增压机电机、增压机本体、润滑油系统、天然气冷却器、润滑油冷却器、干气密封系统、增压机进/出口管线、增压机再循环管线等部分组成。
.jpg)
2.2.论证天然气增压系统能否满足该电厂运行需求
由于前期设计问题、采购问题或者发货问题导致的小系统（设备）不能满足大系统的需要，因此本文将论证天然气增压系统能否满足该电厂运行需求的问题，并实际运行天然气增压系统，测试系统的性能，提前发现问题解决问题。
2.2.1.设备参数分析
论证天然气增压系统能否满足该电厂运行要求，首先要分析系统核心设备天然气增压机的性能参数，根据厂家文件两台增压机最大可以产生310671Nm3/h的流量大于4台燃机同时满负荷工况每小时25104Nm3/h的流量要求，增压机能产生的最大压力47.9bar可以满足燃机侧46.3bar的压力要求。
然后通过查阅厂家资料手册确认天然气增压系统内部的各个分系统的性能参数都可以满足分系统上下游设备参数的要求。
因此该天然气增压站理论上满足该电厂运行要求，下面将一步步验证天然气增压站在实际运行过程中能否满足该电厂运行要求。
2.2.2.天然气增压系统试运行测试
本章节将介绍天然气增压系统调试运行过程，调试分为冷态调试和热态调试。
由于天然气属于易燃、易爆的品，因此在进行调试是要避免系统的运行参数超出标准范围，并提前制定事故处理预案。调试前需对参与调试工作的所有人员进行安全与技术交底，并落实安全措施，重视防火，严禁各种火源进入天然气站。
2.2.2.1.天然气增压机系统冷态调试
天然气增压机系统冷态调试主要是进行设备的单体调试和天然气增压机系统的气体置换查漏两部分，冷态调试将验证单体设备性能是否可靠并为热态调试做准备。
天然气增压机系统单体调试：
先决条件：
a.天然气增压站所有电仪回路检查和PLC上电完成；
b.洗涤过滤装置液位开关的动作值、润滑油站油位开关动作值、润滑油压力开关动作值等设备的保护定值，以按照保护定值清单设定，并通过强制或者实际操作测试动作正常；
c.压缩空气系统调试完毕；
d.ESD阀、再循环阀等站内所有非手动阀门进行阀位定位和阀门传动试验完成，截止阀的开关反馈正常，调节阀的指令和反馈及实际位置对应，记录阀门开关时间清晰，气动阀门执行器排气滤网等部件清理完毕无堵塞；
e.制氮机、润滑油站、增压机、增压机电机的静态联锁保护试验完成、检测电机的绝缘完成、点转电机测试电机转向完成；
f.润滑油站滤油完成；
天然气增压机系统单体调试先进行制氮机、和润滑油站的单体试转，之后整定润滑油站的安全阀压力、通过调整再循环和温控阀调整润滑油管路的流量和温度，调整氮气密封的流量和压力，最后进行增压机电机的单体试转。
单体结束后进行天然气增压系统的气体置换
a.天然气增压系统氮气置换空气并查漏
氮气置换空气并查漏，用于去除管道中存在氧气为下一步天然气进入管道做准备。
向管道中充入纯氮气，并打开系统的后端的排气阀，在排气口测量氧气含量，直到系统中的氧含量小于2%，然后关闭排气阀分阶段将系统中的氮气压力升到10bar、20bar、27bar，每个阶段都要对所有设备查漏，发现漏点紧固漏点。检查系统没有漏点后，将系统压力升至27 bar保压，48小时后测得系统压力27.05 bar，考虑到环境温度影响表明系统在氮气介质下严密性良好。
b.天然气增压系统天然气置换氮气并查漏
天然气置换是为增压机系统试转做准备，因为增压机只允许在燃气介质中运行。
置换前先检查ESD阀严密性，然后按照天然气流向分系统从前向后将各个分系统中的氮气置换为天然气并进行泄露检查。
检查ESD阀严密性，因为ESD阀是场外天然气的隔离阀门，是天然气增压机系统的安全屏障，对天然气增压机系统的安全运行起到至关重要的作用。具体做法是关闭ESD阀和洗涤单元入口门，将两个阀门之间的氮气放散到1bar，然后，关闭ESD阀旁路门，缓慢打开ESD阀前后手动门，让厂外天然气进入到ESD阀前，观察ESD阀之后洗涤单元入口门之前的压力变送器读数是否变化。若变送器没有变化，那么证明ESD阀严密不漏。
接下来使用天然气分系统置换管道中氮气并检漏，置换循序从前往后依次为进气单元、过滤单元、计量单元、增压机入口单元、增压机再循环单元。置换时先将被置换系统（单元）中的的氮气放散到2bar，隔离被置换的系统，通过ESD旁路阀向管道和设备中缓慢充入天然气，当系统压力充到5bar后停止充气，打开系统的放散阀将压力放散到2bar，重复这个操作四到五次完成置换操作。然后将该分系统（单元）的天然气压力分阶段升至10bar、20bar、27bar，每个阶段都要对系统设备的所有缝隙查漏，发现漏点泄压紧固漏点。通过泄露检查的系统解除隔离，然后对下一个分系统（单元）进行同样的置换查漏。当所有的分系统（单元）检查系统通过泄露检查后，将天然气增压系统中的压力升至27 bar，保压48小时后测得系统压力为26.95bar，考虑到气温波动，表明天然气增压系统在天然气介质下严密性良好。
2.2.2.2.天然气增压机系统热态调试
增压机的热态调试可以分为增压机首次启动、天然气增压站的系统调试及调整优化等部分，热态调试可以实际测试和验证系统内的各个分系统（设备）性能是否正常、配合是否协调、安全保护动作是否可靠。通过热态调试优化可以增加天然气增压机系统的安全性和效率。
a.天然气增压机首次启动
首先然后通过厂家的模拟器测试增压机的启动程序，检查启动逻辑、指令反馈的收发是否正常，优化启动程序。然后在增压机入口前安装厂供临时滤网和滤网压差检查装置，防止管道中的杂物吸进入增压机。最后使用天然气置换增压机中的的氮气步骤同上。
准备工作完成后，进行增压机首次启动，启动期间需要强制部分信号以满足增压机启动条件。增压机12时07分58秒进入启动程序，增压机入口旁路阀开给增压机充气补压，同时入口IGV阀调整为5%开度，出口再循环阀的开度调整99%开度二者符合变频启动模式设定的开度，之后增压机入口阀前后压力差降为1bar以内，增压机入口阀开启，天然气冷却系统投入。46秒后增压机主电机变频启动，增压机电机转速和增压机转速同步飞升，增压机压缩机一级出口压力和一级出口压力开始增长。启动112秒后，增压机电机转速达到3001rpm（符合额定转速），增压机转速达到16680rpm（符合额定转速），增压机出口压力升至43.59bar（符合变频启动程序设定值）。启动135秒后，增压机主电机电流显示262A（符合电机额定电流），增压机转工频运行，同时增压机出口截止阀开启，增压机的入口IGV阀开大和出口再循环阀关小，调节增压机的出口流量和出口压力，增压机润滑油系统切换至主油泵供应，增压机辅助油泵关闭，增压机润滑油压力温度正常，进入增压机工频运行模式，增压机启动成功。启动147秒时增压机出口压力升至46.3bar（符合工频运行程序设定值）。启动过程中增压机最大震动12μm远小于报警值30μm，增压机轴承温度最大值72℃小于报警值110℃，增压机密封气的流量和压力都在正常值范围内，增压机进入稳定运行阶段。增压机运行期间要密切关注滤网差压，开始时滤网压差数值会快速上升，达到相应数值就要停止试转并清理滤网，经过试转次数的增加，临时滤网的压差增速会逐渐放缓直到压差长时间不变时拆除滤网。
.jpg)
b.天然气增压站的系统调试及调整优化
当增压机可以正常启动运行后，我们测试了实际运行中增压机的保护系统在参数达到跳闸值的动作情况和一系列的连锁保护功能的验证，测试结果都正常。
随着增压机运行时间的增长，我们根据增压机的实际运行情况调整优化设置参数，如制作增压机的运行工况曲线调整再循环阀的死区保证增压机有足够的进气量避免增压机避免增压机发生喘振损坏设备。同时投用并调试计量系统的天然气分析仪。
燃机启动后将进行燃机-增压机联合调试，根据燃机侧在不同工况下升降负荷优化调整增压机侧入口和出口等阀门的跟随速率，通过燃机跳闸时天然气额压力流量波动调整优化IGV阀和再循环阀的跟随速率，根据燃机侧的用气需求调整备用增压机的启动工况点等。
.jpg)
通过在热态运行过程中调整优化天然气增压系统可以提高系统整体的运行的安全性、稳定性和工作效率，提高了机组的经济性，同时也验证了系统内的各个分系统（设备）性能正常、配合协调。
2.3.天然气增压系统调试期间典型问题分析
2.3.1.关于天然气管道大法兰的查漏技巧
天然气增压站查漏的重点是法兰结合面、测点和仪表的接头、人孔端盖等，有的管道上的法兰很大，不容易查漏，为此我们在天然气管道两片法兰间缠绕宽一层胶带，密封住两片法兰之间的缝隙，若有天然气泄漏，则泄露的天然气会向上飘并在最高点聚集，等待片刻再在法兰最高点戳洞，使用燃气检测仪对准洞口，有无泄露一目了然。若发现漏点则对法兰接口处严格仔细检查，紧固漏点附近的螺栓；
2.3.2.二号增压机的轴承密封气体泄露量偏大
二号增压机首次试转前的，检查发现轴承密封气体泄露量偏大。厂家分析认为是增压机在运输过程中由于轴承窜动使得轴承和密封之间的缝隙不均匀，造成密封气体泄露量偏大，在在试转前先手盘增压机转子，未发现无卡涩，然后试转了二号燃气增压机，增压机启动升速后密封气体泄露量恢复正常。
2.3.3.制氮机跳闸后重启时间较长，不能满足增压机需求
现场调试期间发现制氮机跳闸后，氮气储罐供气门关闭，同时自动放空罐内氮气，空气进入氮气储罐。当制氮机再次启动后，虽然制氮机可以很快产出合格的氮气，但需要30分钟左右将罐中的空气置换为氮气，之后才能为增压机系统供气。这期间增压机的密封气依靠管道余压维持，当氮气密封流量低于保护定值时，增压机跳机。
为此我们对制氮间进行了改造，在制氮机旁边增加了一组氮气瓶，通过汇流排和减压阀将氮气瓶中的氮气汇流减压，然后通过三通连接到原氮气供应管道。平时这一路备用氮气关闭，一旦发生制氮机跳闸，运行人员会立即打开备用氮气供应，备用氮气经过密封气管路过滤、调压后进入增压机密封系统维持增压机运行，为制氮机启动争取时间。
2.4.结论
经过对天然气增压机系统的分析和长时间的测试，目前各个分系统（设备）配合协调、安全保护动作可靠，验证了天然气增压站的性能参数范围与厂家技术文档描述一致，可以满足燃机电站发电的机组安全、稳定、高效运行。
同时通过回顾这次论证过程作者也总结出一些天然气站的调试技巧，同时也暴露出一些设计阶段和安装阶段的问题，希望能为同行在调试后续类似项目时提供借鉴。
3.参考文献
［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
［2］马国喜.燃气轮机电厂天然气调压站装置与功能分析[J].燃气轮机技术,2011(12);12-16
【作者简介】
姓名：曾德成 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司 职务：调试部经理
姓名：潘任伟 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司 职务：苏赫项目部总工
姓名：赵高阳 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司 职务：调试工程师