进口燃气轮机国产化配套电站技术研究及应用

2022-09-11

引言

中海油湛江分公司利用东方终端自备电站项目, 大胆采用进口乌克兰燃气轮机UGT6000核心, 依靠国内技术力量进行辅助、配套设备系统的研发, 技术创新和机组配套系统的制造和总装调试。实现了进口燃气轮机国产化配套电站关键技术研究及在东方终端生产中的成功应用。

一、进口燃气轮机国产化配套电站关键技术研究

1. 燃气轮机与发电机连接轴系转子动力学技术研究

燃气轮机和发电机分别由国内和国外的制造商生产, 二者没有配套先例, 执行标准不一。为避免轴系连接后产生超扭和共振现象, 需要对其进行详细的动力学分析。

动力学分析首先着重于模态分析技术, 以便确定结构、部件的振动特性, 包括固有频率和振型, 这对于动态载荷结构设计非常关键。由于该型乌克兰燃气轮机为三轴型, 其动力输出轴系为自由轴系, 和其他两轴没有机械连接, 其额定转速3000rpm, 相较于高、低压气机和透平轴系该转速较低;在轴系连接设计上对其连接特性进行了建模、加载及求解和扩展模态, 取得了较全面的分析结果。

除了上述的燃气轮机、发电机对连接轴系的动力特性分析 (即固有频率和振型的求解) , 另外一方面是对受到一定载荷时的动力响应分析。考虑到该轴系特点, 应用该动力响应特性分析结果, 对于进行联轴节的改型具有指导意义。

对连接轴系设计上, 对燃气轮机和被驱动设备的连接轴动力学机械特性, 采用软件计算模拟, 是较为经济和通用的方法。考虑到该驱动轴系类似转子运动, 可以使用转子分析的方法和软件进行建模分析。

首先根据连接轴系的尺寸标准, 和初步设计的改型联轴节的尺寸进行三维立体建模。利用数据网格划分工具, 进行模型网格划分, 根据轴系的转子动力学边界条件和材料参数, 进行有限元分析, 得到了较详细的分析结果。

根据计算分析结果, 对燃气轮机和发电机连接轴的动力学参数进行了验证, 提出了对其配套尺寸和动平衡参数要求, 并要求连接轴分别在燃气轮机和发电机出厂前进行动平衡试验, 从而确保了现场装配一次成功。进口燃气轮机国产化配套电站建设投产后, 现场实测驱动轴系运行振动参数远低于限制值。

2. 燃气轮机箱装体设计要求和模态分析研究

燃气轮机作为高速动力设备, 其振动情况对机组核心的压气机、动静叶片、和转子轴承等都有重大影响。燃气轮机一般情况下, 通过减震弹簧、或减震拉杆、支撑板等连接到机组箱装体支撑上。在机械连接机构中, 主动部件和从动部件、支持结构的特性频率不能接近, 防止产生共振现象, 造成机组或其他设备在大振幅的共振中造成损伤。

该UGT6000燃气轮机箱装体采用自主技术设计制造。为了避免燃气轮机与箱装体成套后产生共振, 进行了箱装体固有频率和模态变形计算。

由计算结果可知箱装体振动频率值远离燃气轮机的最低工作频率, 因此不会与燃气轮机产生共振现象。

根据海洋石油平台的空间限制, 借鉴船用箱装体的设计技术, 箱装体尺寸进行减小, 并采用轻型壁板结构, 在保持足够结构强度的同时降低箱装体重量。

同时由于燃气轮机流道内的空气动力学特性, 机组产生的噪声很大, 机组箱装体必须能够进行良好的隔音。一般是在箱壁上设计消音孔板和吸音材料。本箱体隔音设计中采用带微消声孔的薄不锈钢板, 内部填充吸声材料, 吸收声能。各隔音机构均通过柔性连接和钢丝固定, 防止刚性连接, 出现声桥, 造成结构噪声传入箱装体, 减弱隔音效果。箱体空间结构、形状必须合理。防止驻波效应。

改进设计后的燃气轮机箱装体, 同样具有隔热、降噪和户外防护功能, 箱体配备通风系统、照明系统、消防系统以及监测系统等。

二、实际应用和技术推广情况

东方终端自备电站从2009年5月12日投入运行至今, 机组已经运转超过33000小时, 其间运行稳定, 到达了最初设计的要求和效果。该型进口燃气轮机国产化配套电站技术的研究和应用中, 采用了多项创新性的关键设计技术, 选型了多项国内燃气轮机配套产品。其价值体现在:

1. 打破了欧美燃气轮机垄断, 引入了竞争机制。

2. 提高了我国燃机装备制造业的技术水平和国际竞争力。

3. 降低了机组的购置、运行费用。

东方终端自备电站项目UGT6000燃气轮机发电机组经过国内成套后, 与欧美同功率的机组价格相比, 降低了约39.1%。对第三方进口燃气轮机国产化配套电站建设的成功经验, 也将使得中海油在与欧美燃气轮机供货商的价格谈判上取得更多的主动权。

4. 培养提高了国内燃气轮机相关企业技术能力

由于机组是国内成套, 凭借国内相关企业的长期从事燃气轮机研制和维护的经验, 机组的日常维护保养和年度维护完全可以由国内技术力量来组织实施。

5. 起到了良好的示范效应

由于中海油东方终端厂进口燃气轮机国产

化配套电站建设项目的成功投用, 并且发挥了燃气轮机国产化配套建设的诸多优势, 依托我国天然气管线建设的时机, 中石油也开展了燃气轮机压缩机组国产化项目研究, 并在“西气东输”淮阳站进行首台国产化成套压缩机组的尝试。

摘要：为了打破欧美燃气轮机组在国内海洋开采领域内的垄断地位, 中海油湛江分公司东方终端自备电站项目通过引进乌克兰UGT6000轻型燃气轮机为核心, 依靠国内技术力量进行辅助、配套设备系统的研发, 实现了进口燃气轮机国产化配套电站关键技术研究及在东方终端生产中的成功应用。随后, 中石油也开展了燃气轮机压缩机组国产化项目研究, 并在“西气东输”淮阳站进行首台国产化成套压缩机组的尝试。

关键词：燃气轮机,转子,过滤系统,润滑系统