燃气蒸汽联合循环(50MW机组)燃气系统研究

题目：燃气蒸汽联合循环(50MW机组)燃气系统研究

内容提要：

本文主要以我单位设计的涟钢燃气蒸汽联合循环发电工程的燃气系统为研究对象，该工程已于2007年3月25日顺利实现了机组满负荷运行（06年2月开工），总体来说，本工程的进展还是比较顺利，相对以前三菱在沙钢和邯钢的同样M251S 机组都比较顺利，在国内也创下了三菱M251S机组占地最小，从燃机交货到点火带负荷工期最短的记录。我从土建施工服务结束就来到了涟钢现场，一直到机组72小时试运行，对本工程的施工和调试都有一个比较全面的总体的认识，现在我对燃料供应系统及涟钢现场情况做一个简单介绍，并对现场实际问题的提出一些解决办法：

一．工程概况及三菱M251S机组配套燃气供应系统综述；

二．燃气管道系统问题及解决办法；

三．对类似工程的一些个人想法和建议；

1.工程概况及三菱M251S机组配套燃气供应系统简介；

1.1 工程概况：

该工程厂址位于湖南华菱涟源钢铁集团有限公司的西部，其主体装置布置在已建的高炉煤气发电站主厂房的北面。建设目的为利用涟钢生产富余的高炉煤气等二次能源生产电力，减少环境污染，节约能源。建设规模为：一套分轴式燃气/蒸汽联合循环发电装置，额定输出功率50.5MW，其中燃气轮发电机扣除煤气压缩机耗功后输出功率28.5MW，汽轮发电机输出功率22MW。燃气轮机采用日本三菱重工高砂制作所生产的重型，轴向排气，室外式燃气轮机，汽轮发电机采用南汽生产的次高压次高温补汽凝汽式汽轮机，余热锅炉采用德尔塔动力设备(中国)公司生产的双压余热锅炉。占地面积：0.755公顷，投资约3.9亿元。

1.2主燃料系统:

低热值的主燃料BFG由涟钢厂区现有的两根DN1800管道接出，主管管径DN1800（最大流量约134500Nm3/h）,经过高炉煤气流量计、U型水封、盲板圈、电动水封碟阀、BFG/COG混合器、BFG/N2混合器、湿式电除尘器（在净化），送往燃机的主煤气压缩机升压后进入燃机燃烧室主燃烧器与空气混合燃烧。

1.3 COG系统；

焦炉煤气主要作用就是点火辅燃，稳定高炉煤气燃烧的作用，从冷轧来的焦炉煤气（压力~22KPa，最大消耗量为5000Nm3/h）进入厂区后，一路经COG流量控制阀、快切阀送入BFG/COG混合器，适当提高点火主燃料的热值，提高机组启动点火的可靠性，当正常运行时还可以适时掺到BFG中提高主燃料的热值，实际运行中，由于高炉煤气的热值一般都比较高，不但没有掺COG，还需掺一定量的氮气；另一路经过COG压缩机、COG缓冲、储气罐、COG流量控制阀和调节阀送入燃机燃烧室燃烧，确保燃烧室的安全稳定工作。

1.4 EP辅助系统及废水排放系统；

由于燃机对燃料的含尘量要求在1mg，燃机煤气压缩机前设了湿式电除尘器，最大处理量~145000 Nm3/h，此电除尘器利用静电场时燃料气中粉尘颗粒带电吸附的原理，将高炉煤气的含尘量由~10mg/m3下降至1mg/m3，利用喷水的方式将极板上的灰尘冲下来，废水流至EP废水池，通过EP废水泵将废水送至废水厂处理。

1.5 煤气冷却器循环冷却水系统；

为了保证煤气旁路的煤气冷却器的正常运行，设有煤气冷却水系统，煤气冷却水在煤气冷却水池→煤气冷却水泵→冷却水冷却器→煤气冷却器→煤气冷却水池间循环，冷却水喷入回流的高温煤气中使煤气冷却，为了提高冷却效果，设有煤气冷却水池的排水及补水管道，排掉部分冷却后的脏水并向煤气冷却水池补充工业水。

1.6 中低压氮气系统；

低压氮气由厂区（制氧车间）引来，母管DN300，主要用户是BFG/N2混合器，日本三菱设计的最大流量为24000Nm3/h，调试过程中，根据BFG热值情况，实际掺入约5000Nm3/h，但也是氮气消耗的大头。低压氮气的其他用途主要是燃料管线的吹扫置换用，由于一般与混合器为不同时消耗且消耗较小，其他低压氮气用户的母管从调热用氮气的母管上接出并单独计量。

中压氮气也由厂区（压缩机压缩后）引来，母管DN50，先送至10m3储气罐后接至各用户点，主要作燃机的相关密封用，消耗量较小。调试过程中，由于部分低压氮气用气点（燃机煤压机密封和煤气冷却器上气动阀）受调热氮气影响，可能会对燃机运行不利，故将中压氮气减压至~0.5MPa后供应这些低压氮气用户。

1.7 燃机CO2特种消防系统；

燃机罩壳内的消防采用了CO2特种消防，通过传感器报警和自动喷放CO2灭火，以确保人员和设备的安全，CO2钢瓶存放在专用的消防间内。

2.燃气管道系统问题及解决办法；

关于水封碟阀等煤气切断装置；

所谓切断，意思应为可靠的切断，不会发生可能的漏气现象。由于煤气管道一般都比较大，单道阀门一般关不死，一般设两道阀门形成可靠切断，各种切断装置的费用相差比较大，而且涉及到人身和设备的安全问题，所以切断装置一直是煤气系统中的较敏感和具有争议性的问题。我认为切断设备的选择首先应确保安全，在满足规范要求的前提下，如果业主有要求，尽量满足业主的要求，不然变更或返工的工作量比较大，这次涟钢高炉煤气管道的切断采用了碟阀+U型水封+盲板+电动水封碟阀的双重可靠切断，这主要是受场地的限制，这也能和三菱系统进行很好的连接，业主也没有意见，但我个人认为U型水封对煤气的阻力比较大，

而且操作起来比较麻烦，排水需要一段时间等，前面做过的日照和江阴的煤气管道的水封都由于阻力损失比较大，都短接了；邯郸同样的机组采用了碟阀+电动眼镜阀的切断装置，我觉得也是很典型的设计。在涟钢现场，由于采用U型水封，其下的排水器排水是个问题，因为排水器有4.5m的背压，导致U型水封排水时间一般需要40min左右。

U型水封和电动水封碟阀（三菱供货）之间三菱本意要设计一个电动眼镜阀，但按我们国家的常规图例，三菱电动眼镜阀的图例，在我们意思为盲板，所以现场装设了一个盲板，由于前面有U型水封，此盲板的操作只是有点麻烦，并不会发生很大的煤气泄漏，日本的设计人员在现场也认可了这样的做法。其实大管道的常规切断最好不要用盲板，人工操作盲板太费力，而且比较危险，一般只是设在可能扩建的管道末端。

至于水封碟阀，国家还没有明文规定可以作为可靠切断，但在国外或国内部分钢铁企业已经开始用这一道阀门作为可靠切断，我认为随着制造技术和质量的成熟，它也会进行可靠切断的明文之列。这次电动水封碟阀为三菱供货，制造水平应还可以，给排水系统比较复杂，设置了自动调节发来控制进水，还有调节旁路和手动旁路，高处还设有水箱来保证随时关闭阀门注水切断，排水也有调节阀，现场调试运行也没有大的问题。

排水器；

07年3月23日燃机发电项目发生了煤气压缩机进水事故，为此耽搁了5天时间来处理压缩机进水引发的相关问题，而引起这起“事故”原因的正是排水器，由于操作问题，具体来说是操作不熟悉这种排水器的操作，排水的防泄漏装置浮球被拉起导致排水排不出，而排水器的进水阀一直在开启状态，最终导致了煤气压缩机进气管道进水。这次燃机燃料系统管道的排水器全部采用了涟钢福利企业公司生产的防泄漏排水器，这个防泄漏装置能在水封被冲时阻止煤气排出，但水也不能排出，可以说正是这个防泄漏装置的操作失误引起的这次事故。事后，涟钢组织各相关单位和人员参加了关于怎么处理这些排水器的专题会议，我也参见了这次会议，会场有人建议取消防泄漏装置，安全部门坚决反对，当时争论非常激烈。我在听取各方意见后，并与强工联络，最后决定取消两个U型水封处排水器的防泄漏装置，并用管道短接（因为此两处的排水量很大），至于煤气压缩机进

口那个排水器，我只给出了建议，取出内部装置，也使之短接，这样可以避免误操作引起事故，这也是他们的意思：就是误操作也要保证燃机的安全。至于其它位置的排水器则保持不动。

放散管；

放散管的问题主要是放散管口的高度问题，由于煤气管道离主厂房控制室比较近，最近处约24m，所以煤气置换放散的时候，控制室的CO报警器都发出报警声，而且EP上面放散管的操作时要戴上防毒面具才能上去操作放散管的手动阀门，电厂运营方多次要求我修改放散管的高度，我说放散管的高度国家规范规定是高出操作平台4m以上，高处地面10m，现场的放散管的高度应都满足要求，若没有满足，则首先查施工图纸，图纸没有问题那就是施工的问题了。后来调试的时候发现有根放散管的情况确实比较特殊，那就是燃机入口的煤气放散管，由于燃机入口煤气压力和温度都比较高，可能不能按照一般的规范进行设计。实际放散的时候，整个厂区的CO报警器都发出报警，当天我就发出通知单，将此放散管引至锅炉顶上放散，施工完成后果然情况好多了。两外还有个问题就是放散口的方向，由于厂区场地较小，煤气放散的排气方向在现场确实是个问题，我们标准图上的放散口是T字形的，有两个排放方向，电厂规定不能朝向厂房方向，这样改变放散管口的方向，或者堵住朝向主厂房方向的开口。

试压盲板；

现场安装过程中，管道压力试验的时候，需要再部分管道上设置盲板，一般情况下是加在设备的法兰接口的地方，如果设备接口是焊接连接，还必须现场设置盲板以便试压，这个说来是安装的事情，但我认为对做工程来说都是必须考虑的事情，如果是做总包那就不一样了，盲板的位置选择，盲板的厚度计算，怎样设最简单省时又能顺利进行试压，我觉得还是很值得考究的，这次燃机煤气系统中有个地方值得一提，就是煤气冷却器入口的法兰，开始我也不太明白三菱为什么要在煤气冷却器入口管道的设一对法兰，还是按其要求设置了，等管道安装完了后要试压了，我突然想起了这对法兰是用来插盲板用的，因为煤气冷却器入口是焊接连接，接口在煤气冷却器底下，空间位置很小，若在那里设法兰很不方便，也不便检修和操作。就把法兰设在了外面的入口管道上，由于事先考虑盲板，试压的时候还是要算盲板的厚度，由于压力比较大，计算盲板厚度要24mm，现场没

有24mm的整块板子就用两块12mm后的钢板拼在一起，最终解决了试压问题。

煤气压缩机至燃机的高温高压煤气管道；

这段管道设计压力为1.3MPa，设计温度为400℃，这段管道由三菱供货，但没有供完整，煤气旁路至煤气冷却器段只给了一小段，三菱对煤气压缩机出口的高温管道都进行了管道应力计算，给了计算书和立体系统图，并在我们的要求下给了支吊架的大部分图纸，这些图纸都需要转化，主要是弹簧问题，三菱图纸都按国外标准给出弹簧型号，我们需要将他们全部转化为国内的弹簧，转化的过程相当于将整个管道支吊架重新进行了计算，支吊架形式比较烦杂，在傅工及相关同事的指导和帮助下，最终还是全部完成了整个图纸转化工作，我个人觉得这是整个燃气专业工作的难点之一，据说沙钢燃机项目好像是这些支吊架问题没有解决好，导致煤气旁路出现了一些问题。

这段管道还有一个比较头疼的问题就是管道材质，由于日方的管道没有供全，余下管道不长，那么与三菱管道相接的管道选用什么材质我们考虑了很长时间，日方的材质是A515Gr60，是一种美国标准的材质，而我们必须选用国内的材质，而且不是标准钢管，外径是860mm，总不能为了求全了跑到日本再去进口点管道。强工和我都想了很多处理方案，也查了很多资料，包括中外材质对照表等，一直到设计完也没有想到很好的代用材质，后来没有办法再施工图上写了A515Gr60，其实我们还是有几个方案，有20，16Mn，16MnR还有其它几种国内常用的合金钢材料，后来到现场后才决定改为16MnR的钢板卷焊管，那么选用什么焊条又成了一个问题，包括日方的管道，都没有提供焊条，查了很多资料，也问了日本人，最后决定采用J507。

管道全部安装完了后，我们发现没有保温，问日本人保温材料什么时候可以供货，他们说保温材料他们不供，他们只给出了保温材料的要求和说明等，没有说要供货，没有办法，只有现场和余工一起抓紧时间清理要保温的管道，列出燃机内部管道保温油漆的一览表。

所以我觉得以后做涉外的项目，这些问题都要事先有准备，管道要供最好供全，从一个接口到另外一个接口，管道连接的法兰最好一起供，因为标准不一样，试压，泄漏谁负责等都是问题，管道的材质也要明确清楚，最好在技术谈判的时候就定下来，还有选用焊条，焊丝，谁来供，管道油漆保温等都要明确。

3.对类似工程的一些个人想法和建议；

仔细核对外方提出的燃料品质要求，务必理解透彻，对不清楚或不理解的地方要及时与外方联系；

要充分理解外方系统图的意义，务必弄懂每个系统，设备的用途；

签合同时务必清晰供货范围，包括外方供货的设备，管道，焊条，保温油漆等；对外方设备间的连接管道一般最好让外方提供（若为高温管道还需要提供应力计算书及弹簧等与应力关系密切的支吊架），因为国外管道的标准和规格与国内不一样，将来配管及焊接很不方便；

设备到货若为散件到现场拼装，则外方应提供安装图纸，若需要国内转化，则外方需提供设备安装图的可编辑的电子版本；签订合同的时候就应加以明确；

要求外方对其供货的管道或系统重要的管道应提出相应的焊接，试压，吹扫等方案供甲方及设计单位参考；

对外方进行资料往来的时候，最好也还是经过审核制度，即使是传真和电子邮件，因为这些都是将来做工程的依据，我个人感觉认为这点应该向三菱学习，他们很注意自己代表的是一个国家，包括技术和一些形式上的东西，做得很细致，传真和电子邮件一般都经过两级审核，自己拿不定的东西及时跟公司商量，一定要弄懂透了才拿出来，态度很认真，这种认真劲确实值得我们学习。

参考文献：

[1] 国家经贸委. 燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定. 中国电力出版社，2003年。

[2] 《钢铁企业燃气设计参考资料》编写组. 钢铁企业燃气设计参考资料煤气部分. 冶金工业出版社，1976年。

[3] 建设部. 城镇燃气设计规范. 中国建筑工业出版社，2006年。

[4] 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会. 工业企业煤气安全规程 . 中国标准出版社，2006年。