大型燃气—蒸汽联合循环机组性能试验标准的选择和应用.pdf

2 0 0 6 年第3 期 上 海 电力 大型燃气一蒸汽联合循环机组性能 试验标准的选择和应用 杨 天 海 ( 华东 电力试验研究 院 ， 上海2 0 0 4 3 7 ) 摘要 ： 燃机一蒸汽联合循环机组性能考核 的试验 中， 试验标准的选择 十分重要 。介绍 了 A s ME P T C 4 6 、 I S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMD 1和 D L T 8 5 1 三种试验标准 ， 从试验 目的 、 适 用范围 、 试验程序要求 、 试验结果 计算与修 正 ， 以及测量不确定度方面着重对前 两种 标准进行了分析 比较 ， 并结合 实际燃机 工程 的性 能试验 实施 ， 介 绍 了标 准具体应用 中的一 些经验 ， 供大 型联合循 环机组性 能验收工作参考 。 关键词 ： 燃气轮机 ； 联合 循环 ； 性能试验 ； 标准 中图分类号 ： T M6 l 1 3 1 文献标识码 ： A 近年来 我 国正在 建设 一批 大 型燃 机 蒸 汽联 合 循 环机 组 ， 首批 2 0多 台机 组 2 0 0 5年 陆 续进 入 了投 产验 收和试 运行 阶段 。机 组性 能考 核试 验是 工程 验收 中 的主 要工 作 ， 而试 验 标 准 的采 用 更是 一 项十分重要的工作 ， 因此对于联合循环机组试 验 标 准 的选 择 和讨论 ， 是一项 十分 有意 义 的工作 。 l 主要相关试验标准 燃机一蒸汽联合循环机组性能试验涉及机组 整体性能试验和分设备性能试验 ， 对于联合循环整 体机组性能， 目前相关试验标准主要有 ： ( 1 )A S ME P T C 4 6 1 9 9 6联 合 循 环 电厂 性 能 试 验 标 准 ； ( 2 ) I S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 A MDI ： 1 9 9 7 ( E )燃 气 轮 机一 验 收 试验增 补件 1 ： 联 合 循环 电 站验 收试 验 ； ( 3 )D L T 8 5 1 - 2 0 0 4联 合循环发 电机组验 收试验 。 对于分设备性能试验 ， 一般考虑燃机 、 汽机和 余热锅炉设 备 的试 验标准 ， 有 AS ME标准 、 I s O 标准和国内一些相关标准 ， 例如燃 机单机性能试 验 方 面 有 “ AS ME P T C 2 2 1 9 9 7 ” 、 “ I S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 ” 和“ GB T 1 4 1 0 O 一 1 9 9 3 ” 等标 准 。 本文主要讨论联合循环整体性能试验标准 ， 并 且 由于 D L T 8 5 1采用 I S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMD1 标准， 因此 以下主 要进 行 P T C 4 6和 I s O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMDI的 比较 和讨 论 。 2 试验 目的和适用范 围 AS ME P TC 4 6是 美 国 机 械 工 程 师 协 会 ( As ME ) 发布的联合循环机组整体性能验收试验 规范 ， 该标准主要是针对全厂整体性能指标试验 而建立的， 其 目的在于提供一种确定联 合循环机 组修正到参考条件下的整体机组修正功率 、 修正 热耗 率和热 量输入 值 的明确 的试 验方法 。I S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMD I ： 1 9 9 7 ( E ) 是 国 际 标 准 化 组 织 ( I S O) 发 布 的燃 气 轮机 联 合 循 环 电站 性 能 验 收标 准 ， 用于燃气一蒸汽联合循环机组的性 能验 收试 验 ， 其 目的在于提供一种确定联合循环 机组修正 到参考条件下的整体机组修正功率、 修正热效率 的试 验 方法 。 D L T 8 5 1 是 我 国刚刚 建 立 的 燃 气 一 蒸 汽联 合循环机组验收试验标准 ， 该标准主要规定了验 收试验的范 围、 测点位置命名 、 试验程序和条件 、 试验方法和结果计算 、 试验不确定度评估等 内容 ， 其 目的在于确定与性能保证值有关 的联合循环性 能， 包括在规定运行状态下的合 同供货 的整套机 组输出功率 、 热效率 和热耗率。该标准修改采用 “ 1 S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMD1 ： 1 9 9 7 ( E )燃 气轮 机 一 验 收试验 增 补件 1 ” 。 以上 3个标准都是有关联合循环机组整体性 能试验方面的标准 ， 但应用的范围有所不同， 标准 在国内的应用情况也存在差异。P TC 4 6是针对 多种循环机组整体性 能的试验标准 ， 在 目前进 口 燃气一蒸汽机组上采用较多 ， 特别是 目前 国内投 产的许多 E级燃机和正在建设的 F级燃机联合 循环机组大部分都从美国进 口， 因此 国内燃机一 蒸汽联合 循环 机组试 验 主要采 用该 标 准。I S O 2 3 1 4主要 是 针对燃 机一 蒸 汽 联 合 循环 ， 在 国 内 已 2 63 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 6 年第3 期 经投产的 E级燃机单机 及其联合循 环试验 中有 所应 用 ， 但在 目前 国 内 F级 大 型联 合 循 环 机组 试 验 上应 用相 对较 少 。DI T 8 5 1仅 仅 是 刚 刚 建立 的电力行业标准 ， 修改采用了 I S O 2 3 1 4标准 。 因此 从适 用 范 围和 应 用情 况 看 ，P T C 4 6比 I S O 2 3 1 4和 D L T 8 5 1更 全 面 和 广 泛 。 不 过 ， I S O 2 3 1 4属 于 国际标 准 ， 我 国新 的联 合循 环 试 验 标准 DL T 8 5 1也修改采用 了该 国际标准， 因此 推 广 、 应 用 I S O 2 3 1 4和 D L T 8 5 1标准 对 于 我 国 联 合循 环 机组性 能 试 验 工 作 的 长 期 、 稳 定性 将 具 有十分重要 的价值 。 3试验程序要 求 P T C 4 6规定试 验前应 该进行设备 的清 洁、 老化状态检查和运行记录检查 ， 保证设备和各 系 统按 设计 要求 安 装 和 运 行 ， 试 验 所 有各 方 应 该 对 此进行确认达成一致意见 。标准提出了进行预备 性试验的必要性 ， 并详 细规定 了试验开始和结束 原则 、 机组 运行 、 调整 方式 、 试 验所需 时 间 、 次 数等 内容 。标 准说 明试 验 可 以进行 一次 或采 用多 次试 验平均值 ， 并给出了进行多次试验的许多好处， 明 确在试验结果得到各方认可后试验才能结束 。 I S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMD1规 定 一 般 情 况 下 机 组验 收试 验应 在调 试 完成 后 立 即 进 行 ， 除 非 双 方 另有协议 ， 否则至少 应在试生产 ( 可靠性) 运行开 始后的 3个月 内进行。试验前进行必要的试验准 备， 然后进行预备性试验 。预备性试验后 ， 如果测 定内容与试验结果能够满 足验收试验要求 ， 经买 方和卖方协商同意， 可 以将预备性试验认定为验 收试 验 。 4 试验测点和参数 测量 P TC 4 6与其他 P T C试验标 准一样 ， 详细介 绍 了试验 测量 中对 压力 、 温 度 、 流 量 、 输 入 热量 、 输 出功率的具体要求 。例如功率测量中详细说 明了 电气测量系统连接 、 测量仪器的配置、 以及电流互 感 器 ( TA) 、 电压互 感 器 ( TV) 方 面 的要 求 。标 准 中明确规 定测 量重 要参 数 的瓦特 表 的不确 定度 应 该小 于 等 于 0 2 ， 并 且 TA、 T V 的 不确 定 度 应 该小于等于 0 3 。在实际试验 中， 一般 瓦特表 都采用专用的高精度仪表 ， 而 T A、 TV 由于实际 电厂 情况 限制 有 时无法 更换 专用 仪器 而采 用机 组 运行仪表 ， 其不确定度可能达 0 5 ， 在这种情况 一 264一 下就应该分析其对 整体试验不确定度的影 响， 从 而保证整个试验的不确定度要求 。 I S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMD1主 要 规 定 了 基 本 的 联合循环系统 的测点布置要求 ， 并简单介绍 了测 量方法。标准中强调了试验机组边界范围接 口参 数测量的重要性 ， 这些点的测量应该特别仔细、 精 确 ， 因为这将 直 接影 响 到试 验 结 果 与 合 同规 定 的 边界条件下保证值的可 比性。 5 试验结果的计算与修正 P TC 4 6规定了试验功率和热 耗率 的计算和 修正公式。功率和热耗率 的试验值计算 比较简 单 ， 功率计算为联合循环系统所有输出功率之和 减去规定扣除的辅助功率 ， 热耗率计算 为燃料总 输入热量 ( 热值与流量之积) 除 以输出功率。联合 循环整体试验结果重点在于修正计算 ， 标准 中列 出了具体修正公式 ， 并对修正 因素和公式的使用 进行了详细分析和说明。例如： 功率修正算式为： 7 5 P 一( P + ) i = 1 J-_ 1 式中 P 修 正条 件下的功率 ； P 试验条件下 的功率 ； I 增量修 正因子 ， i 一1 7 ， 考虑 过程 热流 量 、 发 电机功率 因数 、 锅炉 排污 量 、 补水 等外部 热量输 入 、 环境 因素 ( 冷却 水温 和凝汽 器背 压 等) 、 辅 助的热负荷 或 电负荷 影 响和功率 或 汽机阀位 微小功率偏差 的影响修正 。 a J 倍数修 正 因子 ， 一1 5 ， 考 虑 空气 进 口温 度、 大气压力 、 大气湿度 、 燃料温 度和燃料成 分的影响修正 。 热耗率的修正公式与功率修正公式形式基本 相同。实际应用 中根据具体的联合循环系统的边 界条件 ， 修正公式可以简化 。 I S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMD1在 计 算 方 面 首 先 对 一 些燃气 焓 等导 出参 数 规 定 了 计算 方 法 ， 然 后 介 绍了性能修正 的计算问题 。例如 ： 功率修 正给出 了如下 计算 公式 ： P 一 ( K K K )P 式 中 K。 、 K 、 K 修 正 因子 ， 考虑 环境 温 度 、 环境 压力 、 功率因数 、 空气湿度 、 燃料 热值 、 电网频率 、 机组老化 、 冷却 水温 、 过程 抽 汽参 数 、 补 给 水 温 和 区域供热参数 的影 响修 正。 热耗率的修正可以采用与功率修正相同的方 法对燃料输入热量进行修正 ， 然后用修正后的燃 维普资讯 2 0 0 6年第 3 期 上 海 电力 料热量和修正后的功率进行计算 。 不同标准有不 同的修正公式 ， 但修正 因子考 虑 的原 则是 基本 相 同 的 ， 即试 验 结 果 应该 修 正 到 合 同保 证 值所 规 定 的 系统 边 界 条 件 ， 然 后 才 能 够 进行 比较 和评 价 。一般 环境 条件 、 燃 料特性 、 过 程 参数等条件作为机组设计条件在合同中都有明确 规定 ， 但 机组 老化 修 正 计 算 在 实 际应 用 往 往 有 协 商的余地。 燃 机从 第一 次 点 火 后必 然 存 在 老 化情 况 ， 实 际机组 又不 可能 首 次 点 火 后 就 进行 性 能 试 验 ， 因 此在机组合同谈判中双方就应该注意老化修正问 题， 一般应该协商确定一个允许不进行 老化修正 的时间 ， 并 明确 老化 修正 计算 方法 ， 性 能试验 尽量 安排在该时间前完成， 从而确保对机组性 能进行 合理 的评 价 。 6 测量不确定度 P T C 4 6 说 明了根据标 准进 行试验 时各种循 环 系统的试验不确定度情况， 对于燃气蒸汽联合循 环机组， 按该标准进行试验的最大不确定度是 ： 修 正功率为 1 ， 热耗率 1 5 。另外 ， 该标准还明确 说 明试 验不确定 度 与试 验 允差 是 2个 不可互 换 的 概念 ， 确定试验允差不属该标准而属于商务问题。 实际上试验不确定度对试验结果的影响存在正负 两个方 向 ， 一般对机组 保证值 的考核应该 不考 虑试 验允差 ， 即取 0的允差 。目前国内第一批 F级大型 燃气一 蒸汽联合 循环性 能 试验按 照 P T C 4 6 进 行 ， 有关机 组验收试 验的允差 问题 ， 在工程 招标 和技术 谈判 中业 主和制造商 经过多次讨论 和谈 判 ， 最 后综 合技术和商务多方面因素确定为 0 5 。 I S O 2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMD1指 出， 由于有很多相 关 因素 ， 应针 对每 种 情 况 进 行 计算 来 评 价 测 量 不 确定度， 并给出了对一次正确的验收试验所预期 得 到 的测 量 不确定 度 的指 导值 。对 于烧 天然气 的 联合循环机组， 功率不确定度指导值为 0 5 ， 热 耗率为 1 5 9 5 。标准还说 明， 如果在合 同中没有 关 于测 量允许 偏 差 的规 定 ， 那 么 试 验 后 确定 的测 量 不确定 度 应 在试验 结果 的评 价 中予 以考虑 。 7 总 结 ( 1 )P TC 4 6在试验具体规定上 比较全面 ， 目 前 国内几 批 大型燃 机一 蒸汽 联合 循环 工程 主要 采 用该标准， 因此建议对于大型进 口联合循环机组 的性 能验 收试 验采 用 P TC 4 6 标 准 。 ( 2 )随着我 国 大型联 合循 环 机组 的建设 和投 产 ， 除新机组验收试验外 ， 还需要一般的常规性能 比较试验 ， 这些并非每次都需要详细 、 复杂的试验 流 程 ， 因 此 可 以 采 用 I S ( )2 3 1 4 ： 1 9 8 9 AMD1和 D L T 8 5 1标 准进行 。 ( 3 )试验测量仪器的精度 、 试验计算 中的老 化修正 ， 以及试验整体不确定度 ， 都是试验中的关 键问题 ， 在具体工作中应该进行充分的试验准备 、 严格的流程控制 ， 试验各方尽量提前讨论 ， 对关键 问题达 成一 致意 见 ， 从 而保 证 试 验 的顺 利 进 行 和 正 确有效 。 收稿 日期 ： 2 0 0 6 0 1 0 4 作者简 介 ： 杨天海 ( 1 9 6 3 一 ) ， 男， 江 苏大丰人 ， 高级 工程 师， 硕 士， 从事燃 气轮机 、 蒸汽轮机及 其联合 循环机 组的性 能 试验等 热能动力方面的研 究工作 ， 0 2 1 6 5 5 5 7 0 0 0 7 4 1 2 。 ( 责任编辑 ： 李毅) S e l e c t i o n a n d a p pl i c a t i o n o f p e r f o r m a nc e t e s t s t a n da r d s f o r l a r g e s i z e g a s a n d s t e a m c o m b i n e d c y c l e u ni t s yAN Ti an 一 口i ( E a s t C h i n a E l e c t r i c P o w e r T e s t a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ，S h a n g h a i 2 0 0 4 3 7 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：Du r i n g t h e p e r f o r ma n c e c h e c k t e s t o f t h e g a s a n d s t e a m c o mb i n e d c y c l e g e n e r a t i n g u n i t 。t h e s e l e c t i o n o f t h e t e s t s t a n d a r d s i s a v e r y i mp o r t a n t s t e p Th r e e k i n d s o f t e s t s t a n d a r d s n a me l y ASME P TC 4 6，I S O 2 3 1 4： 1 9 8 9 AM DI a n d DL T 8 5 1 ar e r e c o mme nde dThe a n a l y s i s a nd c ommp ar i s o n a r e f oc us e d up on t he f i r s t t wo s t a n da r ds i n t he a sp e c t s o f t he t e s t pu r p os e s，s c op e of su i t a bi