海洋石油平台燃气透平进气系统优化改造_姚仲坤.pdf

58 天 津 科 技第 50 卷 第 2 期应用技术海洋石油平台燃气透平进气系统优化改造姚仲坤，安 超，刘振青（中海石油（中国）有限公司蓬勃作业公司 天津 300459）摘 要：渤海地区中心平台所用 2 台GE PGT25SAC航改型高效透平，在高湿度、高盐度海洋空气条件下，进气滤器过滤效果不佳，导致透平机组效率无法达到设定效果，增加了滤器更换频次与维修维保次数。为提高透平机组滤器的使用效率，对 2 台透平实施了进气滤器换型和结构重建，并在渤海油田多个设施的大型机组中取得了较好的应用效果，实现了透平机组效率提升和总体滤器使用成本下降。关键词：透平 进气滤器 效率提升 成本下降中图分类号：F42 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）02-0058-04Optimization and Transformation of Gas Turbine Intake System of Offshore Platform YAO Zhongkun，AN Chao，LIU Zhenqing（Pengbo Operation Company，CNOOC Co.，Ltd.，Tianjin 300459，China）Abstract：In view of the high humidity and salinity sea air conditions faced by the two GE PGT25+SAC aeroderivative high-efficiency turbines in Bohai Central Platform，the inlet filter has poor filtering effect，which leads to the failure of turbine unit efficiency to achieve the set effect，and increases the filter replacement frequency and maintenance times.This paper discusses how to change the type and rebuild the structure of the inlet filters of two turbines，so as to improve the service efficiency of the turbine unit filters.This method has been applied to large units in many facilities in Bohai Oilfield，and achieved good application practice，achieving good results of improving the efficiency of turbine units and reducing the use cost of the overall filter.Key words：turbine；inlet filter；efficiency improvement；cost reduction收稿日期：2023-02-060 引 言近年来，随着海上油田的不断开发和新平台的陆续投入使用，用电量持续增大。渤海地区中心平台 2 台 GE PGT25SAC 航改型高效透平高负荷、长时间运转。该透平机组进气滤器初始设计为 2 级非标准定制滤器，一级除尘、二级除盐和除水，而渤海地区夏季温度平均 23.9，相对湿度 100%，大气压力 1.010 8 bar，海洋特殊的工作环境导致二级滤器不能很好地降低进气的水分和盐度，进而导致透平机组效率无法达到设定效果，更换滤器、维修维保频次增加。本文以提高透平机组滤器使用效率为研究对象，查阅燃气轮机滤器相关标准1，结合各类滤器除盐、除水相关技术特点，通过对比标准化透平机组进气滤器，提出从本质上提高透平机组可靠性、稳定性，以及减少机组大修成本、延长机组使用寿命的策略。1 PGT25SAC 燃气透平滤器技术要求与运行状态分析该设施 2 台透平型号GE PGT25SAC，是由GE飞机发动机集团制造的LM 2500 燃气发生器与GE石油天然气集团制造的高速动力透平匹配组成，如图 1 所示。该透平机组对于空气质量要求很高，相关技术参数见表 1。第 50 卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.50 No.2Feb.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGYDOI:10.14099/ki.tjkj.2023.02.010 59 2023 年 2 月 姚仲坤等：海洋石油平台燃气透平进气系统优化改造结合 20152018 年该平台维修人员更换滤器次数、更换滤器数目和洗车次数分析发现，2015 年以来更换滤器次数和更换数目总体呈上升趋势，直接导致洗车频次增加，影响透平在线时率。从透平原进气系统的使用情况出发，结合发动机的运行状态，分析原装滤器存在以下几点问题：进气系统除水效果较差，发动机进气含水量高，透平发动机叶片剥蚀严重2；过滤器总体过滤精度较低，叶片脏得快，影响透平发动机的效率，从而需要频繁地进行离线洗车；非标准尺寸需要定制且过滤器费用高，过滤器采购周期较长；更换滤器过于频繁，更换过滤器的步骤较为复杂，所需维修的工时较长。2 滤器升级换型方案选择2.1 总体方案针对燃气轮机进气系统的常规设计方法，结合科德宝过滤技术集团公司的产品，提出了 2 种解决方案进行分析、比较、选择，见表 33。表 3 方案 1、2 对比Tab.3 Comparison of schemes 1 and 2方案对比 过滤器终止精度除水效果过滤器尺寸维修成本方案 1中等过滤精度一般非标准较高方案 2亚高效过滤精度良好标准较低通过以上对比分析，最终确定采用方案 2 作为本次改造的实施方案。2.2 滤器升级换型方案为了将两级过滤改为三级过滤，通过查找国内有资质的燃气轮机进气滤器制造厂家，发现科德宝（苏州）分公司生产此类标准滤器，分别是HydroMAXX系列、HydroPack 系列、Maxipleat Cassette 系列、eMaxx 系列滤器。通过查找透平进气系统过滤器产品说明，并结合透平发动机进气系统全面检查，对透平进气质量综合分析：原进气系统一级过滤器为过滤精度等级 M6 的袋式过滤器，二级过滤器为过滤精度等级F9 的盒式过滤器，其终止过滤精度只达到中等过滤精度。利用当前工业上成熟的燃气轮机空气过滤器产品，采用技术革新手段可以实现去除透平发动机进气水分的目标，并可实现透平发动机进气过滤器精度提高到 E11 的目标。图 1 燃气轮机的进气系统改造之前的结构Fig.1 Structure of gas turbine intake system before trans-formation表 1 透平参数Tab.1 Turbine parametersPGT25+质量（kg）38 000功率（标况）（MW）31.36效率（%）41.1热效率（kJ/kWh）8 755压缩比23:1排气量（kg/s）84.3排气温度（）500高速轴转速（r/min）9 600低速轴转速（r/mi）6 100燃气轮机的进气系统改造之前的结构主要包括防雨罩、滤器前折流板、一级进气滤器（M6）、二级进气滤器（F9）、滤器后折流板、消音器、排水箱和进气除冰系统。原装聚结式玻璃纤维盒式滤器过滤等级为：第一级粗过滤，过滤效率达 EN779 G3/G4；第二级精过滤则需达到 EN779 F7/F8。但是在高盐和高含水海洋环境中无法满足机组进气清洁度要求，从而缩短透平使用寿命，致使机组内部腐蚀，大修成本增加,见表 2。表 2 进气质量要求Tab.2 Quality requirement of air intake PGT25SAC透平发动机进气质量要求最大进气量185（ib/s）（83.9 kg/s）固体颗粒95%的时间5%的时间不得包含超过0.000 3 g/28.32 m3的固体颗粒不得包含超过0.003 g/28.32 m3的固体颗粒气体中钠的含量进入透平发动机的钠（来自空气或水）的平均值应不超过 0.000 45 g/mL，或最大值不超过 0.003 g/mL。允许最大液态水含量高于 5.6 低于 5.6 为进气流量重量的 0.5允许含有液体水分 60 天 津 科 技第 50 卷 第 2 期根据主体的三级过滤方案，并结合标准的空气过滤器尺寸对三级过滤器重新选型。进气标框重新设计，以满足过滤器的安装和透平发动机进气系统的使用。2.3 滤器的重新选型科德宝过滤技术公司的过滤器产品共有 2 种用于除水的凝聚型过滤器可用作一级滤器，一种是 HydroMaxx 袋式过滤器，一种是HydroPack 盒式过滤器。通过对比 2 种过滤器的关键参数，HydroMaxx 袋式过滤器的初始压降更小，容尘量更大，针对 PM10 颗粒物的过滤效率更高，见图 2、3，表 4。图 2 HydroMaxx袋式滤器Fig.2 Hydromaxx bag filter图 3 HydroMaxx盒式滤器 Fig.3 Hydromaxx cassette filter 表 4 2 种凝聚型过滤器关键参数对比Tab.4 Comparison of two condensing filters关键参数HydroMaxxHydroPack额定风量，m3/h4 2504 250流速，m/s3.83.3初始压降，Pa6570ISO 16890 等级ePM10 50%ISO coarse 65%针对 PM10颗粒物的过滤效率51%45%初始计重效率73%68%过滤级别G 4G4建议终止压降，Pa375375容尘量，g1 500800存水能力100%100%综合以上参数比较，选择 HydroMaxx 过滤器作为一级过滤器。二级滤器可选择该公司 MX95 中等过滤精度的盒式过滤器。MX95 的初始压降适中，容尘量适中，过滤级别适中，且针对PM1颗粒物的效率可以达到65%。考虑还有三级高效率过滤器，二级过滤器的过滤精度并不需要过高，MX95 过滤器完全可以满足要求，见表 5。表 5 Maxipleat Cassette系列过滤器关键参数对比Tab.5 Comparison of Maxipleat Cassette series filters 关键参数MX85MX95MX98额定风量，m3/h4 2504 2504 250初始压降，Pa140150180ISO 16890 等级ISO ePM2.565%ISO ePM165%ISO ePM10 80%针对PM1颗粒物的过滤效率60%68%84%针对PM2.5颗粒物的过滤效率69%76%88针对PM10颗粒物的过滤效率88%92%96拦截颗粒尺寸542.5过滤级别F7F8F9建议终止压降，Pa650650650容尘量，g1 5001 100900爆破压力，MPa6 0006 0006 000第三级滤器则选用该公司 eMaxx-E11 亚高效过滤精度的盒式过滤器。此产品初始压降适中，容尘量适中，过滤级别适中，过滤器拦截颗粒尺寸达到0.5m，MPPS效率可以达到 95%，针对PM1 颗粒物的效率大于 96%，见表 6。且 eMaxx 盒式过滤器采用经拒水处理的高强度超细玻纤滤料，过滤器整体不含任何金属部件，采用不含卤素的塑料外框及防护网，耐腐蚀。eMaxx 盒式过滤器拥有优化的 3D 褶纸结构，保证过滤面积得以完全利用，捕集的灰尘在滤纸内均匀分布。该过滤器的厚度达到 420 mm，容尘量大，使用寿命长。结构稳定的褶纸与防变形的塑料框注塑一体成型，保证了超高的抗破裂强度和安全性，防止了灰尘颗粒泄漏。可通过连接头和预留在前置面板的孔位增加一级过滤器，而产品外观无需做任何改变。综合考虑进气系统总体过滤器压降情况，结合 3 家过滤器的关键参数，最终确定滤器选型，选择H