燃气轮机油系统小改造

邹应超

(中海石油化学股份有限公司,海南东方 572600)

1 装置简介

中海石油化学股份有限公司一期合成氨装置采用英国ICI-AMV工艺,生产能力1 000 t/d。该装置自1996年10月投产以来总体运行稳定,能耗低。装置最大的特点之一是工艺空气压缩机是由意大利新比隆公司(NP)生产的PGT-10型燃气轮机带动的。燃气轮机启动快,占地小,而且大大节省天然气的消耗,为公司节能工作作出突出贡献。

该型号的燃气轮机在新比隆公司(NP)生产的重型燃气轮机系列中属于较小功率的地面型燃气轮机。主要由压气机、燃烧室和透平三大部分组成,为双轴式设计,其中高压轴带动自身的轴流压缩机;低压轴用以驱动工艺空气压缩机,为负荷轴;排气供废热锅炉用作燃烧空气。启动初期由电机拖动,带有注汽设备以增加功率和减少氮氧化合物排放。外界空气通过轴流压缩机加压后进入燃烧室,与来自燃气管线的天然气燃烧产生高温高压的燃气进入透平做功来驱动轴流压缩机和工艺空气压缩机。

2 燃气轮机油系统改造原因

在最近几年使用过程中发现燃气轮机油冷器后总管油温偏高,在55～60℃之间,正常情况下应为40～50℃,该机组油温高报警设定值为72℃,联锁值为79℃,由于偏高的总管油温,引起了机组一系列的问题和安全隐患。

(1)该燃气轮机安装在四季如夏的海南省东方市,环境温度特别高,而燃气轮机油系统中的油冷器设计的工作能力有限,使得燃气轮机润滑油总管油温普遍偏高,从而导致机组2#轴承的回油温度更高,对机组轴承使用非常不利。

(2)油温偏高会引起所使用的润滑油氧化安定性发生改变,造成润滑油氧化。机组润滑油发生氧化后会引起其黏度增大,酸值升高,颜色变深,表面张力下降等,促使油品老化;严重氧化会引起金属腐蚀,缩短油的使用寿命,甚至会造成严重的磨损。

从图1数据看出,从2010年开始,02机组32#透平油运动黏度逐渐靠高限运行(指标为28.8～35.2 mm2/s),2010年8月1日分析结果为35.42 mm2/s,2010年8月11日补样分析结果为35.23 mm2/s。

(3)在机组正常运行中,全开燃气轮机油系统油冷器循环水进出口阀情况下,燃气轮机润滑油总管油温为59℃左右,较设计温度40～50℃偏高,总管油温偏高导致轴承回油温度较高,特别是最高点燃气透平二号轴承回油温度达102℃,距离设计报警值107℃很近,一旦油温继续上涨,我们没有控制油温上涨的措施,可能引起2#轴承的损害以及油温高联锁跳车的重大事故,不利于机组的安全运行。

(4)油温偏高导致机组油箱油气放空量偏大,油耗增加。实际运行中,空压机需每月补3至4桶32#防锈气轮机油。甚至会由于油气放空量较大导致油气分离器无法完全处理而使极少量油从放空管中溢出,给环保带来一定影响。

图1 02机组2008～2010油黏度

3 改造方案

燃气轮机油系统的问题在于润滑油总管油温过高,燃气轮机原有的油冷器换热能力有限,需增加油冷器来降低油温,而增加新的油冷器将增加生产成本。机组附近正好有一废旧的油冷器04E103,虽然此油冷器与燃气轮机油系统中原有的油冷器不是一个型号,但是可以试一下。

将目前的油冷器02-K001E1A/B与闲置的冷却器04-E103串联,加大换热面积,同时保留原有管线,增加三个隔离切断阀。如04-E103进行串联后不能满足机组油系统相关运行指标时(主要考虑改造后油压的变化),可立即恢复原02-K001E1A/B工作状态,从而确保机组运行安全。管线连接示意见图2。

图2 新增油冷器管线连接示意注:虚线部分为增加的管线及阀门

4 改造风险评估

对于在燃气轮机原有油冷器后串联一闲置换热器导致管线长度及弯道增加,改造后部分管径改变(原油冷器出口管线为4吋,而闲置换热器04E103设备进出口管线为3吋),是否会给燃气轮机润滑油油压及流量带来影响,以及串联后机组油压是否会出现较大的波动或者引起机组油压低跳车,我们提供燃气轮机原有油冷器,闲置换热器04E103、燃气轮机润滑油泵的相关设备参数与成达公司相关人员,成达公司合理设计及计算后,结合油系统现场流程回复如下。

(1)油冷器后串联一期装置闲置换热器04E103后影响润滑油油压最大压降为0.03 MPa,目前机组正常油压为0.185 MPa,且油压可以通过自力式调节阀控制回流量进行调节,油压可满足机组运行需要。

(2)油冷器后串联闲置换热器04E103对润滑油流量基本无影响。

(3)油冷器后串联闲置换热器04E103完全可满足将油温降至45℃运行的要求,油冷器出口油温可通过循环水切断阀调节。

(4)改造前由工艺人员记录油系统相关参数,在改造实施后,首先进行油洗,再记录参数,如发现不能满足运行需要,恢复原流程操作,进行机组开车。

5 改造后工况分析

我们利用合成氨系统停车期间对燃气轮机油系统进行了小的改造,对比改造前后的工况与数据(表1),分析如下。

表1 改造前后运行数据对比

(1)改造后,燃气轮机润滑油总管油温有了很大的下降,现在总管油温已经控制在正常范围40～50℃之间。

(2)由于总管油温控制在合理的范围内,投运后分析机组润滑油运动黏度,也在指标范围内,避免了油质的恶化。

(3)机组上油温度在正常范围内,所以机组轴承回油温度,特别是2#轴承回油温度也远离了机组轴温的报警值,现在轴承回油温度85～90℃之间,延长了轴承使用寿命。

(4)燃气轮机润滑油总管油温的下降使得机组油气放空量减少,减少了机组的耗油量。

6 改造小结

在对燃气轮机油系统进行改造后,通过比较机组各项指标,我们认为达到了预期的效果。这次改造也让我们有了许多新的收获。

(1)利用废弃的冷却器对燃气轮机油系统进行改造,我们变废为宝,极大地节约了投资的成本,这也可以应用于以后的改造中。

(2)改造后,油系统中不同型号的油冷器同时进行冷却时机组的油压没有波动。这为同行在串联不同型号的油冷器工作时是否影响机组的油压提供了可以借鉴的实例。

(3)机组润滑油总管的油温,机组2#轴承温度也控制在合理的范围内,解决了机组2#轴温高以及油温高跳车的隐患。

虽然这是一个简单的改造,却解决了油温高带来的一系列问题,为装置的稳定运行扫清了障碍,同时为同行类似问题的改造提供了实例,在以后的改造中也可以合理利用废旧设备降低改造的成本。