燃气轮天然气压缩机组辅机接入应急母排的可行性分析与探讨

摘要：介绍了SOLAR金牛70燃气轮机驱动压缩机辅机运行逻辑,初步分析并探讨了机组在辅机电源短时间失电的情况下不停机运转的可行性，提出了辅机对短时间内失电并恢复得电的需求和响应条件。通过全面深入分析和研究，使透平天然气压缩机组连续运转的稳定性和可靠性能够得到进一步的有力保证。

关键词：热能与动力工程 燃气轮机 辅机 天然气压缩机组 连续运转 机撬风扇

Abstract：This work introduces the logic features of auxiliary motors of gas turbine-driven compressor.The possibility of uninterrupted running of compressor set while auxiliary motors shut-down due to power cut is analyzed and discussed.The required factors for the re-start of auxiliary motors are obtained.By going deep into analysis and research，the enhanced stability and reliability of running of gas compressor are expected.

Keyword：Thermal Energy and Power Engineering Gas Turbine Auxiliary motors Gas Compressor Set Uninterrupted Running；Enclosure Ventilation Fans

随着燃气轮机技术日新月异的发展与成熟，燃气轮机驱动发电机成套设备与燃气轮机驱动离心式压缩机成套设备在中海油海上油气开采平台的应用，越来越广泛而深入。目前，中海油湛江分公司拥有燃气轮机驱动发电机组27台、燃气轮机驱动压缩机组15台，燃气轮机厂家有SIEMENS、Rolls-Royce、曙光（乌克兰）、SOLAR等四家。LD22-1气田装备有2台燃气轮发电机组（Taurus 60）、3台燃气轮压缩机组（Taurus 70）。本文主要针对SLOAR Taurus 70燃气轮机驱动压缩机的辅助电机在短时间失电的情况下迅速恢复得电从而不影响机组连续运转的这一可能性，进行了可行性和必要性讨论，为进一步提高燃气轮天然气压缩机组正常运转的稳定性和可靠性作了全面深入的分析和探讨。

1、透平压缩机组辅机接入应急母排改造的必要性

透平天然气压缩机组的连续稳定运转，对进一步满足气田安全稳产的需求，以及有力保障气田生产任务的顺利完成，起着十分关键的作用。

尤其是在透平发电机组意外关停而导致平台掉电的应急情况下，若避免透平压缩机组被动停机而继续运转，天然气持续外输，将有效减少因关停带来的供气量损失，保证给下游用户的供气量持续平稳，从而为气田年度生产目标的实现提供可靠稳定的保障。

如何实现透平压缩机组在平台主电掉电的情况下，不停机继续运转？当平台掉电时，透平压缩机组因各辅机失电，触发相关各系统的报警及关停信号，从而停机。因此，若能够保障各辅机失电后在较短时间内迅速得电，恢复运转，则有实现透平压缩机组不停机运转的可能性。

2、透平压缩机组主要辅机的作用与控制原理分析

每台透平压缩机组一共配置7台辅机，如下所列：(表1)

失电后，对机组运转造成直接、快速影响的辅机主要有：机撬风扇和滑油冷却风扇。

现主要从作用与控制原理两方面介绍压缩机组机撬风扇和滑油冷却风扇。

2.1 机撬风扇

2.1.1 主要作用

机撬风扇的主要作用为：

通过正压通风，在降低并维持机撬内部正常温度的同时，提高机组系统密封性能，并避免异物吸入机撬内。

2.1.2 程序解读

介于机撬内部对压力和温度的敏感，因此机撬风扇的控制至关重要，现从程序上解读和分析机撬风扇的控制原理：（图1）

第4句：当有通风需求时，根据选择发出启动对应风扇命令，此处选择风扇1；

第5句：风扇1启动命令发出的同时，激活一个20s计时器：B596_1_Fail_Timer；

第6句：风扇1的启动计时器计时结束，如果此20s时间内机撬通风压差开关S396_1未能检测到足够大的通风压差，于是产生AL_B596_1_Fail报警信号，表明机撬风扇1启动失败，在机撬风扇2没有启动失败报警信号的前提下，随即自动启动机撬风扇2。（图2）

第7句：风扇2启动命令发出的同时，激活另外一个20s计时器：B596_2_Fail_Timer；

第8句：风扇2的启动计时器计时结束，如果此20s时间内机撬通风压差开关S396_1仍然检测不到足够大的通风压差，于是产生AL_B596_2_Fail报警信号，表明机撬风扇2同样启动失败，在机撬风扇1没有启动失败报警信号的前提下，随即自动启动机撬风扇1；（图3）

第9句：假如风扇1延时启动失败，且选择启动风扇1，或假如风扇2延时启动失败，且选择启动风扇2，则均会发出备用风扇启动命令；

第10句：备用风扇启动命令发出后，两台风扇各自先后在20s内启动失败，压力检测开关S396_1均检测不到足够大的通风压差，宣告机撬风扇1，2均启动失败，发出快速关停信号“FL_B596_1_AND_2_FAIL”。

2.1.3 分析小结

综上，在正常情况下，程序默认选择风扇1运转，当S396_1检测不到通风压差，认为风扇1失效，产生风扇1失效报警信号，则自动选择风扇2，在20s延时内：

(1)如果风扇2启动后工作正常，建立起通风压差，则机组正常运转；

(2)如果风扇2启动失败或启动后工作不正常，不能建立通风压差，则重新切换到风扇1，如果风扇1的失效报警信号能够复位，则可重新启动风扇1。

此外，即使机撬风扇停转，机撬温度上升速度很慢，达到报警值75℃至少需要约5分钟以上。

同时，根据实际情况，机撬风扇失电后控制系统将按如下程序进行处理：

在透平发电机组关停引起平台掉电的情况下，程序默认选择的风扇1因失电而停机，约45-50秒后S396_1检测不到通风压差，产生风扇1失效报警信号（此时须对风扇1失效报警信号进行手动复位），则自动选择风扇2，但风扇2亦失电，不能正常启动，20s延时结束后重新切换到风扇1，风扇1再次启动一个20s延时。

2.1.4 后备系统对通风失败的ESD

此外，机组BACK UP后备系统的VENTILATION FAIL计时器从风扇1失效报警开始计时，35s延时结束后关停机组：FL_Fast_Stop_Latch。具体电路分析如下：

程序1：当机撬风扇出现失效时，机撬通风压差开关断开，造成中间继电器K2082-6失电:（图4，图5）

程序2：由于中间继电器K2082-6失电，其常闭触点K2082-6B闭合，在上图所标示红色电路中，常开触点K2082-3B此时已经闭合（当NPT≥10%时闭合），触发机撬通风失败，计时器KP2916开始计时；（图6）

程序3：机撬通风失败计时器KP2916计时完成，其常闭触点KP2916A断开，从上图所示红色标记电路中可知，KP2916A一旦断开，触发ESD关停信号，引起透平压缩机组关停。

2.1.5 结论

根据以上理论分析，并结合实际测试结果，综合风扇失效时间和后备关停时间，可以得出两种时间裕度情况：

(1)当平台掉电40-45秒后，机撬风扇1出现失效报警，若此时不对其手动复位，20秒后机组将关停，此种情况的总时间裕度为60-65秒左右；

(2)若对机撬风扇1手动复位，机撬风扇将进入循环切换并检测压差的时序，直到35秒后后备系统触发ESD信号关停机组，此种情况的总时间裕度为75-80秒左右。

也就是说，机组至多留有大约1分20秒左右的时间裕度。若将压缩机组机撬风扇挂接到应急母排上，在平台掉电后，在正常情况下，应急发电机组自启动合闸，在10s内供电到应急母排，则机橇风扇将恢复启动，对压缩机组的运转不会造成影响。

2.2 滑油冷却风扇

2.2.1 主要作用

滑油冷却风扇的主要作用为：循环冷却机组润滑系统内的滑油，保持正常的滑油温度。

2.2.2 程序解读

以下是对滑油冷却风扇相关程序的解读与分析：（图7）

第3句：启动马达在达到脱扣转速后，管线内滑油温度大于等于71℃产生滑油温度高报警；

第4句：滑油温度高高关停有下面两种情况：

(1)在达到脱扣转速前，管线内滑油温度大于88℃产生滑油温度高高关停；

(2)在达到脱扣转速后，管线温度大于等于82℃产生高高滑油温度关停。

2.2.3 结论

从程序上看，滑油冷却风扇启动与否取决于滑油箱温度（RT390），机组关停与否取决于滑油主滤后温度（RT380）。压缩机组正常运行情况下RT380为60℃左右，高报警为71℃，高高关停为82℃。理论上，当平台发生掉电时，只要在滑油主滤后温度RT380从60℃左右升高到82℃之前启动滑油冷却风扇，就能确保压缩机组不停机。

理论分析加上初步测试，可以得出：滑油冷却风扇停止运行后，至少需要3分钟以上的时间达到滑油温度高报警，在应急发电机组正常启动的情况下，不会影响压缩机组的运转。

3、透平压缩机组辅机接入应急母排改造的可行性

综上所述，将透平压缩机组三台辅机（两台机撬风扇与一台滑油冷却风扇）改造接入应急母排的可行性，有如下三点：

(1)每台风扇的额定功率为7.5kW，三台透平压缩机组共计9台风扇，即67.5kW，而应急柴油发电机组额定功率为480kW，应急母排上的常用负荷约200-230kW，负荷余量约剩250kW，可以满足三台透平压缩机组的9台风扇投用（实际至多同时投用6台）。

(2)由于滑油温度和机撬温度上升的速度较慢，辅机失电后，到达报警或关停值均需至少3分钟以上，基本可以忽略其对维持压缩机组继续运转的影响。

(3)在平台掉电后，只要应急发电机组能在至多1分20秒左右的时间以内启动供电（正常自启动合闸在10秒内），透平压缩机组机撬风扇则可恢复工作，保障压缩机组不停机继续运转，为气田的安全稳定生产提供有力可靠的保障。

参考文献

[1]清华大学热能工程系动力机械与工程研究所,深圳南山热电股份有限公司.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置.中国电力出版社,2007.

[2]王福利.压缩机组.中国石化出版社,2007.

[3]薛迎成.罗克韦尔PLC技术基础及应用.中国电力出版社,2009.

[4]钱晓龙.Control Logix系统电力行业自动化应用培训教程.机械工业出版社,2009.

[5]李宝对.可编程控制器原理及应用.石油工业出版社,2008.

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