浅论燃气电厂汽轮机旁路系统

黎若威

摘要：随着环保压力不断加大，燃气蒸汽电厂在当前形势下有了长足的发展。旁路系统作为燃气轮机的重要组成部分，在整个电厂安全可靠运行过程中占有举足轻重的地位。但旁路系统的安全运行，受多因素的影响，且存在一定的问题。本文探讨了燃气电厂汽轮机旁路系统的特点、存在问题及针对问题提出了相应的优化措施，为确保燃气电厂更好地应用机组旁路系统提供了可参考的经验及方法，具备重要的基础意义。

关键词：燃气蒸汽；M701F；旁路系统；阀门；燃气电厂；优化措施

中图分类号：TK26文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）02-0138-02

近年来，随着国家对环境保护及节能减排的日渐重视，在国家及地方政府的高压态势下，以燃煤等污染环境的发电方式的电厂面对严重压力和转型。天然气是一种绿色环保、清洁无毒无污染的替代能源，具备燃烧充分、燃烧效率高、材料成本低及安全可靠的特点，因此以燃气——蒸汽联合循环方式的电厂因优势明显而在市场中发展迅速。由于燃气电厂燃烧产物无污染无残渣，适应环保要求，被称为“清洁电厂”。对于燃气——蒸汽联合机组汽轮机而言，旁路系统是其中的重要组成部分，决定了机组能否安全性、可靠性及高效性。在循环机组工作或者停工状态下，旁路系统是整个机组主体设备的重要安全保障。因此，对于燃气电厂而言，旁路系统的重要地位不言而喻。当蒸汽机组冷态或热态起动初期，余热锅炉产生的蒸汽尚未达到汽轮机的运转条件，此时蒸汽经旁路系统流通至凝汽器，以实现对蒸汽的升温升压的目的。当汽轮机出现甩负荷或余热锅炉起动等工况时，此时旁路系统可使蒸汽排至再热器，确保再热器不干烧、不超温，防止汽轮机出现故障。本文以M701F型燃气——蒸汽循环机组旁路为主要研究内容，探讨了该系统的特点，旁路系统存在亟待解决的问题及针对相关问题的优化措施。

1 M701F型燃气机组旁路控制系统

对于燃气电厂而言，由于其根据用电需求及承担的调峰任务，频繁的启停指令要求旁路控制系统具备更高的安全性和可靠性。因此，在燃气电厂中，为满足燃气产能的要求，电厂会按照要求部署成套完整的旁路系统。相较燃煤电厂，燃气电厂的旁路控制系统的要求、规格及标准更高。

1.1 旁路系统的组成及优点

在燃气电厂中，旁路系统是指与汽轮机并联所形成的减温减压系统。其主要功能是将余热锅炉产生的蒸汽排至温度和压力较低的再热冷段或凝汽器，而不经过蒸汽轮机做功。旁路系统根据实现功能的不同主要包含蒸汽旁路阀门、旁路阀门控制系统、液动执行机构、旁路蒸汽管路及喷水减温系统等部分。

在常规燃气电厂中，为适应蒸汽机组频繁的启停工作状态，常将汽轮机旁路系统分成高压、中压和低压旁路系统，其容量分别为100%联合循环机组余热锅炉最大产汽量。M701F型蒸汽机组的高压旁路系统从高压主蒸汽管路接出经高压旁路阀减压减温后，接至再热冷段管路；中压旁路系统从再热冷段管路接出，经中压管路阀减压、减温后，接至凝汽器；低压旁路系统从低压主蒸汽管路接出，经低压旁路阀减压、减温后接至凝汽器。旁路阀开关动作均有液压控制执行，高旁减温水取至高压给水泵中间抽头；中、低压旁路减温水均取自凝结水泵出口的凝结水系统。

燃气——蒸汽循环机组旁路控制系统的优点如下：（1）在整个机组的启动过程中，可将不符合标准的蒸汽排至凝汽器，使汽轮机正常工作温度与余热锅炉中的蒸汽温度相一致，从而缩短机组的启动时间，减少工质的损失。（2）利用旁路控制系统可有效降低或减少在机组启动过程中管道及转子的热应力，降低设备的损耗和维护保养成本。（3）在燃气机组正常运转条件下，能够实现机组的自动调节功能，有效控制主蒸汽压力及温度，提高机组的运转效率。在异常工况下能够起到自我保护功能，确保机组的运行安全。

1.2 旁路系统控制模式

燃气机组旁路系统中的高压、中压和低压旁路阀可以采用最小压力控制模式、备用压力控制模式及实际压力跟踪模式方法进行控制。根据燃气机组的不同的工作状态和运行情况进行控制模式间的相互转换，确保设备的运转安全。

1）最小压力控制模式。当蒸汽机组发出点火起动指令后，为确保主汽阀前的蒸汽压力小于最小压力阈值，各旁路阀均处于最小压力控制模式下，可以控制阀门开度大小来控制压力变化。最小压力控制模式可满足燃气机组启动初期的升温升压要求，且可以尽可能的减少系统的热量损失，缩短了机组的启动时间，可实现汽轮机的快速运转。旁路阀最小压力的设定依据燃气机负载情况进行选择。

2）备用压力控制模式。最小压力控制模式与备用压力控制模式的切换是以燃气轮机组的运转功率或主蒸汽阀门的开合为判据。当旁路阀处于全关闭状态，且运行功率达到200MW以上或机组的主蒸汽阀开启，此时旁路系统的控制模式从最小压力控制模式向备用压力控制模式进行转换。备用压力控制模式既保证了旁路阀全关状态下系统压力的快速上升，且当压力大于阀门设定值后能够有效泄压，确保整个机组的运行安全，即系统高效且保证安全。

3）实际压力跟踪模式。旁路系統中的实际压力跟踪模式是在机组运转负载下降后为确保载荷恒定而采用的控制模式。以燃气机组运转负载下降至200MW为临界值，为保持机组恒定的载荷，关闭各级旁路系统的主蒸汽阀门，实现旁路阀的压力控制模式由备用压力模式向实际压力跟踪模式的转变。此系统控制模式可实现载荷恒定，系统保压，汽包不超限制等目的。正常情况下，旁路阀压力设定值为机组停机时的实际压力，直至机组重新启动旁路控制模式再发生变化。

2 燃气电厂汽轮机旁路系统存在问题及优化措施

2.1 燃气汽轮机旁路系统中的问题

1）系统旁路阀布位不合理。若旁路系统的旁路阀布位不合理，将导致一系列问题，严重影响整个燃气机组的整体布局及系统工作效率。位置不合理的阀门，其与机组的冷再管路之间线路过长，不能与管路有效结合，降低工作效率。同时，不合理的位置市局还将导致暖管出现问题，即旁路阀与管路距离过大。较长的管路距离易造成机组启动时暖管的不充分，降低启动速度及效率，严重时可导致管路炸裂等情况的发生。

2）旁路系统泄露。旁路系统内漏是燃气电厂旁路系统易发故障之一，将严重影响整个燃气机组的热效率及机组运行的经济成本。在机组运行过程中，若旁路系统中出现了旁路阀内漏的工况，则无法对高品质的蒸汽进行做功，且燃气蒸汽经旁路阀内漏点进入再热冷段或凝汽器中大幅降低工作效率。特别是高压旁路系统泄露，虽然高压蒸汽没有完全损失，但严重影响机组的做功品质，降低自然循环效率。

3）旁路系统热备用中存在的问题。在燃气机组故障情况下，可启动旁路热备用系统进行应急处理。热备用系统开启后，蒸汽流量可经旁路备用系统进行压力释放，提高了应对事故的能力。但热备用系统也具备一定的局限性，开启热备用系统将意味着高品质蒸汽的浪费。蒸汽浪费无法确保机组的载荷恒定，造成机组设备损害，降低机组的工作效率。

4）喷水减温系统存在的问题。喷水减温系统对于旁路系统而言至关重要，将严重影响系统是否可以安全高效的运转。为达到优良的減温散热效果，喷水减温装置的部署位置要进行优化设计。而喷水减温装置的常规部署中，高压旁路系统的减温水多来自于高压水泵处，中压及低压系统的减温水来自于凝水泵出口。若喷水减温系统的前期设计规划不合理，易产生喷水不足、降温效果差及管路通流量等一系列问题。同时，旁路阀开度过大将导致喷水减温系统的减温能力降低，严重时损坏凝汽器。喷水系统的位置设计不合理，喷面直接面对旁路阀外壳，不能实现蒸汽与水之间的高效换热，导致温升现象。减温效果差对机组设备及旁路系统造成严重的损害，对电厂造成巨大的经济损失。

2.2 燃气汽轮机旁路系统的优化措施

燃气机组的旁路系统在布设及运转过程中存在问题实属正常，但应该针对存在的不同问题进行剖析，并制定针对性的应对优化措施。目前而言，主要采用改善旁路阀布局位置、优化旁路系统热备用管路、增强旁路系统阀门可靠性及改善喷水减温装置等措施旁路系统进行优化。

1）改善旁路阀布局位置。在充分考虑各影响因素的前提下，合理部署旁路阀的整体结构及位置关系。既要缩短旁路阀与其他连接设备的管路长度，又要确保旁路阀与各设备之间能够高效协作。在实际操作工程中，常常存在旁路阀后管路较短的情况，此时可通过调整旁路阀暖管线路对结构进行优化，简化运行步骤及程序。

2）优化旁路系统热备用管路。为确保旁路阀前管路处于良好的热备用状态，避免蒸汽热冲击对旁路管路系统的损害。同时，为避免高品质蒸汽的浪费降低设备运转的经济性，需要在旁路阀前增加暖管管路。暖管管路的直径相较旁路管路较小，暖管管路处于各主蒸汽阀门前，并且不同的管路安装对应的手动阀门。良好的暖管管路可提高旁路管路系统的安全性和高效性。

3）增强旁路系统阀门可靠性。提高旁路系统阀门安全性和可靠性的方法多种多样。（1）减温加压阀内按照要求设置精细过滤金属网，并建立维护保养档案定期对滤网进行清洗维护。确保滤网清洁无杂质、无其他颗粒附着，这样可有效防止旁路阀们的泄漏确保密封性。（2）在旁路系统的安装调试期间，严格按照装配标准进行工作，避免在作业过程中导致金属颗粒进入密封区域，降低阀门密封性和安全性，确保阀门安装符合检验标准。（3）在旁路系统或管路进行故障检修，特别是管路焊接等易产生金属杂质的作业期间，要对管路系统进行有效的封堵，防止金属杂质或其他颗粒物质进入旁路系统影响其密封可靠性。

4）改善喷水减温装置。减温装置的改善可通过改变喷水减温装置的喷入形式及喷入点位置来进行优化设计。喷入点设置在底部，所喷出的减温水波及到整个笼罩内，与蒸汽进行全面、充分的混合，达到高效降温的目的。同时，设置节流孔板降低蒸汽参数，将蒸汽温度控制的合理范围。

3 结语

对于燃气蒸汽电厂而言，燃气机组的旁路系统在装配安装及工作运行过程中存在一系列问题，而问题的存在势必影响整个系统的运转情况。在蒸汽机组实际运行过程中旁路系统存在众多问题，为提高汽轮机工作状态下的安全性、可靠性及高效性，必须深入剖析旁路系统的问题所在及内在原因。针对影响因素及原因制定相对应的方法及途径，结合理论依据和现场实践经验，提高旁路系统应用的合理性及高效性，充分缩短机组的启动时间，降低运行成本。只有不断优化和升级改造旁路系统，解决在实际运行过程存在的问题，才能确保在汽轮机组在工作中运行安全无事故。

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