三菱M701F级燃机TCA冷却系统设计说明.doc

TCA冷却系统1. 概述燃机透平冷却空气用于冷却透平转子和动叶片。冷却空气来自于压气机排气，并通过TCA冷却后供给透平转子和动叶片。TCA的冷却水来自高压给水泵出口。本文的主要内容为：TCA冷却器给水系统的控制方法，管道、控制阀、仪表和其他相关设备的设计方法。注意：为了确定TCA冷却器给水控制阀门的整定值，在最后的设计阶段，控制阀、仪表、各个设备的压力值（高压省煤器、流量计、控制阀）都是由三菱提出的。2. TCA冷却要求TCA冷却器冷却水系统和透平冷却空气供给温度的要求如下：a：TCA冷却空气出口温度（透平冷却空气入口温度）：在燃机启动期间应小于100。 (从燃机点火到全速空载期间) 在这个阶段，TCA冷却器的入口水温应小于60。b：TCA冷却空气出口温度：在燃机全速空载后，温度值应根据需求不断调整。如果空气温度小于90，由于小于空气的露点温度，空气会产生结露。c：TCA冷却器出口水温： TCA出口水温应维持在不小于15，低于TCA出口的饱和温度。d：TCA给水流量变化率： TCA入口空气流量和温度需要根据燃机的工作状态进行调整（燃机负荷，周围环境温度）。TCA冷却器给水流量的控制是为了保持TCA冷却器出口空气温度在规定值以下。3. TCA冷却器给水系统如图所示，为TCA给水流程图。由于这个给水系统是EPC设计的。并且为了使操作更加简单顺利，我们需要确认这个系统是否满足第2部分提到的要求。需要注意的是TCA冷却系统的流量控制阀是燃机控制系统GTC控制而不是DCS。1） TCA冷却器给水流量控制阀（凝汽器侧）FCV-1FCV-1是通过燃气轮机GTC控制，并与压气机入口空气温度所对应的燃机负荷和TCA冷却水流量相一致。给水流量的控制目标是冷却空气温度，并且可以避免TCA冷却器给水管路中的水出现汽化现象。FCV-1的主要作用如下：a） TCA冷却器给水流量随燃机负荷变化：在燃机低负荷时，保持足够的冷却水通过冷却器和FCV-2是非常困难的。因为TCA冷却器与高压省煤器是并行运行的，在燃机低负荷（80100MW）时，锅炉的产气量很小，使得高压省煤器出入口压差很小，那么在这种情况下，TCA有充足的冷却水流量是不可能的。b） HRSG中流量控制阀的备用流量控制当流量控制的主要阀门是FCV-2时，FCV-1的连续流量控制是作为FCV-2的备用控制，用于保持TCA的最小冷却水量并避免管路中蒸汽的产生。由于以上原因，FCV-1应具有快开功能，快开时间为1s。2） TCA冷却器给水流量控制阀（余热锅炉侧）FCV-2TCA冷却器出口冷却水与高压省煤器出口相连，并通过高压汽包上的给水控制阀进入高压汽包。FCV-2的开关是根据压气机入口空气温度，通过燃气轮机控制GTC和燃机负荷情况进行控制，避免FCV1或高压汽包液位的干扰。开关控制的考虑因素如下：a） 达到透平冷却空气合适的温度。b） 避免TCA冷却器管路中的水汽化。（在燃机负荷增加时，FCV-2根据燃机负荷缓慢打开。但是TCA冷却器的冷却水流量跟不上，这时，由FCV-1提供足够的冷却水量。因此，TCA冷却器冷却水量是由FCV-1和FCV-2相互配合完成的。）FCV-1和FCV-2的开关根据第2部分TCA给水流量变化特性进行调整。3） 高压汽包给水调阀这个阀门是通过其前后差压4bar来控制给水流量。4） TCA冷却器入口阀这个阀门用于在紧急情况下，切断TCA冷却器给水，并带互锁。关断阀（25A）关断的目的是防止TCA冷却器出现水锤现象。因此，在第4部分中TCA冷却器管路泄露的情况下，这些阀门需要迅速关闭。快关时间为1s。5） 流量计FT1在燃机运行期间，TCA冷却器冷却水流量是通过给水流量控制阀（凝汽器侧）FCV-1控制的。FCV-1的控制是通过监视流量计FT1，流量信号会直接传递到燃机控制系统GTC。 6）压力变送器和温度表 TCA冷却器冷却水的情况是通过压力变送器和温度表测得的。这些仪表的信号用于监视运行情况，不是用于TCA冷却器的控制。7）低压除氧器&汽包旁路阀这个阀门是在燃机启动期间作为低压除氧器&低压汽包的旁路，为了使得燃机冷却空气的温度在100以下，通过这个阀门为TCA冷却器提供低温的冷却水。在达到全速空载（FSNL）后，该阀门全关。（注意：TCA冷却器的冷却水温度在第2部分的要求是60以下） 8）给水泵最小流量 给水泵到凝汽器的最小流量是为了保证在燃机启动期间给水泵的最小流量。 （注意：如果给水泵的最小流量再循环回到了汽包，而不是凝汽器，应避免汽包的液位过高）4. 互锁以下讨论的均为事故情况：1） TCA冷却器管路泄露TCA冷却器壳体侧有4个液位检测装置。其中一个是液位高报警，其他三个用于高高跳机保护（三取二）。当液位高报警信号发出时，小放水阀（25A）开启，但是燃机仍可继续运行。但是，当水位继续上升，达到跳机液位时，TCA冷却器管路破裂，燃机跳机保护动作。与此同时，为了切断TCA冷却器的冷却水防止冷却水进入燃机，TCA冷却器将切断冷却水系统（关闭TCA水侧入口阀，FCV-1，FCV-2）和TCA冷却器防水阀（50A）开启。2） 凝汽器保护当凝气器保护发生时，燃机跳闸。因为，TCA冷却器系统中流量控制阀FCV-1不能使用，不能保持TCA最小冷却水量。3） 所有高压给水泵跳闸当所有高压给水泵跳闸时，燃机跳机。因为在这种情况下，TCA冷却器如果继续运行将导致管内产生蒸汽。4） TCA冷却水流量低TCA冷却水流量低报警和流量低跳机保护动作都会导致TCA冷却器内部产生蒸汽。5. 三菱要求通过燃机控制系统GTC设定TCA冷却器冷却水量。1） FCV-1冷却水流量控制控制阀特点，FCV-1特点。2） FCV-1冷却水流量控制a）控制阀规格，FCV-1特点，高压省煤器入口调阀。b）高压省煤器压力值。c）流量计规格和压力值。6附件 TCA冷却系统的设计条件。TCA冷却系统的设计条件:0.简介 该部分描述了EPC设计的TCA冷却器冷却水系统涉及的计算和系统设计。1.正常情况下的要求1）TCA冷却器热负荷曲线 a）天然气点火 如图1所示，为TCA冷却器的热负荷随燃机负荷变化曲线设备在设计时要留有15%的工作余量。2）冷却水条件 高压给水泵出口的水源用于TCA冷却器的冷却水。TCA冷却器出口冷却水将于高压省煤器出口连接（在高压给水控制阀前）。为了使TCA冷却器有充足的冷却水，在高压汽包入口添加了高压给水控制阀。TCA冷却器的冷却水流量通过TCA冷却器出口的冷却水控制阀。在紧急情况下，TCA冷却器的冷却水将排入凝汽器。 参考图6，高压给水系统图，三菱公司和合作者的工作划分 冷却水条件： 出口压力：大于165bar（*1） 流量（*2）：参考图3A，3B，3C,4A,4B,4C 入口温度（*3）：参考图3A，3B，3C,4A,4B,4C 出口温度：计算值（*4） 水侧压降：约1bar （*1）：小于240bar （*2）：图3A，3B和3C描述了不同冷却水入口温度下，冷却水流量随燃 机负荷的变化。图4A，4B和4C描述了不同环境温度下，冷却水流量随燃机负荷的变化。 在设计管路、阀门和泵等时，需考虑20%的余量。 （*3）：三菱公司假定 TCA冷却器出口温度和需要的冷却水流量需要根据入口温度确定。 在设计点（100%燃机负荷，15环境温度）下，入口温度假定为138，设计范围为118158。 TCA冷却器冷却水条件应根据三菱和合作间在详细设计阶段确定。 （*4）：出口温度可以通过换热量、流量、压力、入口温度计算得到。 （*5）：若有其他疑问，可咨询三菱。2.启机需求 1）TCA冷却水操作 TCA冷却器冷却水的入口温度应控制的尽量低。因此，需要控制低压除氧