第一篇：三菱M701F級(jí)燃機(jī)TCA冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明要點(diǎn)（推薦）

TCA冷卻系統(tǒng) 1.概述

燃機(jī)透平冷卻空氣用于冷卻透平轉(zhuǎn)子和動(dòng)葉片。冷卻空氣來(lái)自于壓氣機(jī)排氣，并通過(guò)TCA冷卻后供給透平轉(zhuǎn)子和動(dòng)葉片。TCA的冷卻水來(lái)自高壓給水泵出口。

本文的主要內(nèi)容為：TCA冷卻器給水系統(tǒng)的控制方法，管道、控制閥、儀表和其他相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)方法。

注意：為了確定TCA冷卻器給水控制閥門的整定值，在最后的設(shè)計(jì)階段，控制閥、儀表、各個(gè)設(shè)備的壓力值（高壓省煤器、流量計(jì)、控制閥）都是由三菱提出的。2.TCA冷卻要求

TCA冷卻器冷卻水系統(tǒng)和透平冷卻空氣供給溫度的要求如下： a：TCA冷卻空氣出口溫度（透平冷卻空氣入口溫度）：

在燃機(jī)啟動(dòng)期間應(yīng)小于100℃。

(從燃機(jī)點(diǎn)火到全速空載期間)在這個(gè)階段，TCA冷卻器的入口水溫應(yīng)小于60℃。

b：TCA冷卻空氣出口溫度：在燃機(jī)全速空載后，溫度值應(yīng)根據(jù)需求不斷調(diào)整。如果空氣溫度小于90℃，由于小于空氣的露點(diǎn)溫度，空氣會(huì)產(chǎn)生結(jié)露。

c：TCA冷卻器出口水溫：

TCA出口水溫應(yīng)維持在不小于15℃，低于TCA出口的飽和溫度。d：TCA給水流量變化率：

TCA入口空氣流量和溫度需要根據(jù)燃機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整（燃機(jī)負(fù)荷，周圍環(huán)境溫度）。TCA冷卻器給水流量的控制是為了保持TCA冷卻器出口空氣溫度在規(guī)定值以下。

3.TCA冷卻器給水系統(tǒng)

如圖所示，為TCA給水流程圖。

由于這個(gè)給水系統(tǒng)是EPC設(shè)計(jì)的。并且為了使操作更加簡(jiǎn)單順利，我們需要確認(rèn)這個(gè)系統(tǒng)是否滿足第2部分提到的要求。需要注意的是TCA冷卻系統(tǒng)的流量控制閥是燃機(jī)控制系統(tǒng)GTC控制而不是DCS。

1）TCA冷卻器給水流量控制閥（凝汽器側(cè)）FCV-1 FCV-1是通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)GTC控制，并與壓氣機(jī)入口空氣溫度所對(duì)應(yīng)的燃機(jī)負(fù)荷和TCA冷卻水流量相一致。給水流量的控制目標(biāo)是冷卻空氣溫度，并且可以避免TCA冷卻器給水管路中的水出現(xiàn)汽化現(xiàn)象。FCV-1的主要作用如下：

a）TCA冷卻器給水流量隨燃機(jī)負(fù)荷變化： 在燃機(jī)低負(fù)荷時(shí)，保持足夠的冷卻水通過(guò)冷卻器和FCV-2是非常困難的。因?yàn)門CA冷卻器與高壓省煤器是并行運(yùn)行的，在燃機(jī)低負(fù)荷（80~100MW）時(shí)，鍋爐的產(chǎn)氣量很小，使得高壓省煤器出入口壓差很小，那么在這種情況下，TCA有充足的冷卻水流量是不可能的。b）HRSG中流量控制閥的備用流量控制

當(dāng)流量控制的主要閥門是FCV-2時(shí)，F(xiàn)CV-1的連續(xù)流量控制是作為FCV-2的備用控制，用于保持TCA的最小冷卻水量并避免管路中蒸汽的產(chǎn)生。由于以上原因，F(xiàn)CV-1應(yīng)具有快開(kāi)功能，快開(kāi)時(shí)間為1s。

2）TCA冷卻器給水流量控制閥（余熱鍋爐側(cè)）FCV-2 TCA冷卻器出口冷卻水與高壓省煤器出口相連，并通過(guò)高壓汽包上的給水控制閥進(jìn)入高壓汽包。

FCV-2的開(kāi)關(guān)是根據(jù)壓氣機(jī)入口空氣溫度，通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)控制GTC和燃機(jī)負(fù)荷情況進(jìn)行控制，避免FCV1或高壓汽包液位的干擾。開(kāi)關(guān)控制的考慮因素如下：

a）達(dá)到透平冷卻空氣合適的溫度。b）避免TCA冷卻器管路中的水汽化。

（在燃機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，F(xiàn)CV-2根據(jù)燃機(jī)負(fù)荷緩慢打開(kāi)。但是TCA冷卻器的冷卻水流量跟不上，這時(shí)，由FCV-1提供足夠的冷卻水量。因此，TCA冷卻器冷卻水量是由FCV-1和FCV-2相互配合完成的。）

FCV-1和FCV-2的開(kāi)關(guān)根據(jù)第2部分TCA給水流量變化特性進(jìn)行調(diào)整。

3）高壓汽包給水調(diào)閥

這個(gè)閥門是通過(guò)其前后差壓4bar來(lái)控制給水流量。

4）TCA冷卻器入口閥 這個(gè)閥門用于在緊急情況下，切斷TCA冷卻器給水，并帶互鎖。關(guān)斷閥（25A）關(guān)斷的目的是防止TCA冷卻器出現(xiàn)水錘現(xiàn)象。因此，在第4部分中TCA冷卻器管路泄露的情況下，這些閥門需要迅速關(guān)閉?？礻P(guān)時(shí)間為1s。5）流量計(jì)FT1 在燃機(jī)運(yùn)行期間，TCA冷卻器冷卻水流量是通過(guò)給水流量控制閥（凝汽器側(cè)）FCV-1控制的。FCV-1的控制是通過(guò)監(jiān)視流量計(jì)FT1，流量信號(hào)會(huì)直接傳遞到燃機(jī)控制系統(tǒng)GTC。6）壓力變送器和溫度表

TCA冷卻器冷卻水的情況是通過(guò)壓力變送器和溫度表測(cè)得的。這些儀表的信號(hào)用于監(jiān)視運(yùn)行情況，不是用于TCA冷卻器的控制。7）低壓除氧器&汽包旁路閥

這個(gè)閥門是在燃機(jī)啟動(dòng)期間作為低壓除氧器&低壓汽包的旁路，為了使得燃機(jī)冷卻空氣的溫度在100℃以下，通過(guò)這個(gè)閥門為TCA冷卻器提供低溫的冷卻水。在達(dá)到全速空載（FSNL）后，該閥門全關(guān)。（注意：TCA冷卻器的冷卻水溫度在第2部分的要求是60℃以下）8）給水泵最小流量

給水泵到凝汽器的最小流量是為了保證在燃機(jī)啟動(dòng)期間給水泵的最小流量。

（注意：如果給水泵的最小流量再循環(huán)回到了汽包，而不是凝汽器，應(yīng)避免汽包的液位過(guò)高）4.互鎖

以下討論的均為事故情況： 1）TCA冷卻器管路泄露

TCA冷卻器殼體側(cè)有4個(gè)液位檢測(cè)裝置。其中一個(gè)是液位高報(bào)警，其他三個(gè)用于高高跳機(jī)保護(hù)（三取二）。當(dāng)液位高報(bào)警信號(hào)發(fā)出時(shí)，小放水閥（25A）開(kāi)啟，但是燃機(jī)仍可繼續(xù)運(yùn)行。但是，當(dāng)水位繼續(xù)上升，達(dá)到跳機(jī)液位時(shí)，TCA冷卻器管路破裂，燃機(jī)跳機(jī)保護(hù)動(dòng)作。與此同時(shí)，為了切斷TCA冷卻器的冷卻水防止冷卻水進(jìn)入燃機(jī)，TCA冷卻器將切斷冷卻水系統(tǒng)（關(guān)閉TCA水側(cè)入口閥，F(xiàn)CV-1，F(xiàn)CV-2）和TCA冷卻器防水閥（50A）開(kāi)啟。2）凝汽器保護(hù)

當(dāng)凝氣器保護(hù)發(fā)生時(shí)，燃機(jī)跳閘。因?yàn)?，TCA冷卻器系統(tǒng)中流量控制閥FCV-1不能使用，不能保持TCA最小冷卻水量。3）所有高壓給水泵跳閘

當(dāng)所有高壓給水泵跳閘時(shí)，燃機(jī)跳機(jī)。因?yàn)樵谶@種情況下，TCA冷卻器如果繼續(xù)運(yùn)行將導(dǎo)致管內(nèi)產(chǎn)生蒸汽。4）TCA冷卻水流量低

TCA冷卻水流量低報(bào)警和流量低跳機(jī)保護(hù)動(dòng)作都會(huì)導(dǎo)致TCA冷卻器內(nèi)部產(chǎn)生蒸汽。

5.三菱要求

通過(guò)燃機(jī)控制系統(tǒng)GTC設(shè)定TCA冷卻器冷卻水量。1）FCV-1冷卻水流量控制

控制閥特點(diǎn)，F(xiàn)CV-1特點(diǎn)。2）FCV-1冷卻水流量控制

a）控制閥規(guī)格，F(xiàn)CV-1特點(diǎn)，高壓省煤器入口調(diào)閥。b）高壓省煤器壓力值。c）流量計(jì)規(guī)格和壓力值。6．附件

TCA冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件。

TCA冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件: 0.簡(jiǎn)介

該部分描述了EPC設(shè)計(jì)的TCA冷卻器冷卻水系統(tǒng)涉及的計(jì)算和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.正常情況下的要求 1）TCA冷卻器熱負(fù)荷曲線 a）天然氣點(diǎn)火

如圖1所示，為TCA冷卻器的熱負(fù)荷隨燃機(jī)負(fù)荷變化曲線

設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)要留有15%的工作余量。

2）冷卻水條件

高壓給水泵出口的水源用于TCA冷卻器的冷卻水。TCA冷卻器出口冷卻水將于高壓省煤器出口連接（在高壓給水控制閥前）。為了使TCA冷卻器有充足的冷卻水，在高壓汽包入口添加了高壓給水控制閥。TCA冷卻器的冷卻水流量通過(guò)TCA冷卻器出口的冷卻水控制閥。在緊急情況下，TCA冷卻器的冷卻水將排入凝汽器。

參考圖6，高壓給水系統(tǒng)圖，三菱公司和合作者的工作劃分

冷卻水條件：

出口壓力：大于165bar（*1）

流量（*2）：參考圖3A，3B，3C,4A,4B,4C 入口溫度（*3）：參考圖3A，3B，3C,4A,4B,4C 出口溫度：計(jì)算值（*4）

水側(cè)壓降：約1bar（*1）：小于240bar（*2）：圖3A，3B和3C描述了不同冷卻水入口溫度下，冷卻水流量隨燃

機(jī)負(fù)荷的變化。圖4A，4B和4C描述了不同環(huán)境溫度下，冷卻水流量隨燃機(jī)負(fù)荷的變化。

在設(shè)計(jì)管路、閥門和泵等時(shí)，需考慮20%的余量。

（*3）：三菱公司假定

TCA冷卻器出口溫度和需要的冷卻水流量需要根據(jù)入口溫度確定。

在設(shè)計(jì)點(diǎn)（100%燃機(jī)負(fù)荷，15℃環(huán)境溫度）下，入口溫度假定為138℃，設(shè)計(jì)范圍為118℃~158℃。

TCA冷卻器冷卻水條件應(yīng)根據(jù)三菱和合作間在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段確定。

（*4）：出口溫度可以通過(guò)換熱量、流量、壓力、入口溫度計(jì)算得到。

（*5）：若有其他疑問(wèn)，可咨詢?nèi)狻?/p>

2.啟機(jī)需求

1）TCA冷卻水操作

TCA冷卻器冷卻水的入口溫度應(yīng)控制的盡量低。因此，需要控制低壓除氧器&汽包旁路閥的開(kāi)度。并且，在此階段，TCA冷卻器冷卻水需要排入凝汽器二不是高壓省煤器出口。2）冷卻水條件

TCA冷卻水條件如下：

流量：參考圖5A 入口溫度：不大于60℃

熱負(fù)荷：約 27GJ/h 最大值

出口溫度：參考圖5B（*6）：若還有其他條件，可咨詢?nèi)狻?/p>

在設(shè)計(jì)管路、閥門和泵等時(shí)，需考慮20%的余量。

圖6.TCA冷卻系統(tǒng)圖