西门子SGT_600燃气轮机_25MW_在LNG上运用

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图1 LNG工艺简化图
1. 原料气、重烃分离器 2.深冷箱 3.冷MRC分离器 4.燃气轮机 5.循环压缩空冷器 6.循环压缩进口储罐 7.循环高压分离口 8.预冷箱
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三、西门子SGT－600燃气轮机的特点
1）S G T－600燃气轮机在I S O条件下的轴功率为 25.4M W驱动用于L N G工厂冷剂循环的E B A R A的三级压 缩机， EBARA压缩机的最大转速为7 400r/min，SGT－ 600动力透平输出轴转速范围为3 850～8 085r/min，额 定转速为7 700r/min，两者是相当的匹配。
四、结语
经过两年的平稳运行，通过对N O x的连续监测， D L E燃烧室在含35%体积含量的燃料气经过燃烧后在 废气中的NOx < 25×10-4%。西门子SGT－600燃气轮机 每年安全稳定运行累计达340天，每天的天然气处理量 为90万m3，液化天然气的产量为75万m3，约为560t左 右。按每吨2 000元来计算已为新疆广汇L N G厂产生了 巨大的经济效率，同时证明了S G T－600燃气轮机能运 行在苛刻的燃料气条件如起动用天然气，运行时运用 体积含量达28%的氮气的闪蒸气，苛刻的环境条件， 如沙漠戈壁的L N G工厂，充分地说明西门子的S G T－ 600燃气轮机完全有能力对苛刻的工艺和外界条件适应 性。
（4）S G T－600废热回收单元 的影响 LNG工艺的需要采用导热 油来加热工艺组分，S G T－600燃 气轮机燃烧后的废气中含有大量的 余热，在废热排放管道中安装了废 热回收系统对导热油进行加热，导 致废热通道的压降增大而降低S G T －600的出力。
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将采用工艺生产中产生的闪蒸气作为运行的燃料， SGT－600燃气轮机在起
动和运行中，其燃料是变化的，由天然气到工厂生产伴生的废气即闪蒸气
（5%的天然气和95%的甲烷气。95%的甲烷气中是含有体积含量达28%的氮
气）。燃料的变化致使S G T－600的燃烧室必须满足起动用天然气运行用闪
蒸气，如何保证燃烧室能够在氮气体积含量达28%的闪蒸气下安全平稳的燃
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西门子SGT－600燃气轮机 (25MW)在LNG上运用
西门子（中国）有限公司能源部 （北京100102）何 俊
【摘 要】吐哈油田的LNG天然气液 化厂采用三级制冷压缩循环，该循环的 核心是西门子SGT－600燃气轮机驱动的 冷剂压缩机。通过对特定液化工艺条件 （尤其是液化工艺特殊的压缩机负载性 能、燃料成分等）和特定现场条件的研 究，使得该LNG厂得以顺利运行。
1.电动机 2.10级轴流压缩（燃气发生器） 3.18个双燃料环燃烧室 4.2级动力透平 5.2级压缩透平
温度稳定运行。 8）输出轴的动力透平是采用两级非冷却结构。
四、S G T－600燃气轮机为L N G产品的 稳定生产和运行采取的措施
（1）燃气室改造 SGT－600的DLE燃烧系统发展 于1989～1990年，有着长期的运行天然气的经验，18个 环管形燃烧室燃烧大约60%的燃气发生器的压缩空气， 采用强制冷却。这种D L E燃烧系统的基本原理是从燃气 轮机中含少量的氮气到高达80%的氮气的燃料气对燃烧 的动能的影响非常有限，但是燃料气中氮气量的增加将 提高燃料进入燃烧室的速度，从而影响燃烧室中的火焰
2. S G T－600燃气轮机为L N G产品生产的安全平稳运行需满足的
LNG工艺设计特殊要求
（1）运行条件苛刻
L N G工厂远离海洋，位于沙漠戈壁中，离海
平面大约600m，大气压低于标准大气压为93k P a，环境温度变化为+45
－20º C，空气的湿度为4%~15%，意味着S G T－600燃气轮机运行的外部条
2）随重烃成分增加的冷剂将 提高燃气轮机的输出轴的转矩(起 动时亦然)。
3）冷剂压缩机的防喘振控制 系统是在S G T－600的主控中，防 喘振控制不得不随冷剂组分的变化 来自动调节，随工厂负荷的增加， 冷剂的需求量亦随着增加，冷剂的 变化量将直接影响到压缩机的防喘 振系统调节和稳定性，势必会影响 SGT－600的平稳运行。
的温度场。 S G T－600以前的仅仅应用含有14%氮气， 要应用于L N G工厂必须对燃烧室加以改进，以满足生 产的需求。
采用的方式为对火焰筒的燃料气的注射孔的尺 寸，加入注射孔的数量还是辅助注射槽(pilot injection slots)的修改。西门子对已有SGT－600的DLE燃烧火焰 筒进行了大量的试验，试验的结果是采用标准火焰筒配 置辅助注射槽，能够满足相当高的氮气组分下联焰成功 并稳定地燃烧，同时没有火焰脉冲，回火可以通过火焰 筒的压降来监控，增加点火时的燃料流量就可以将氮气 稀释的燃料气点着。
采用新型的D L E燃烧室（如图3所示），即S G T600
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的标准火焰筒配置辅助注射槽，N O x的含量主要是靠 辅助燃料的比率，NOx的增加是随辅助燃料（pilot gas fuel）中N2的增加而增加，主燃料(main gas fuel)中的 N2对NOx没有什么影响，而CO2的产生则相反。
件十分苛刻。
（2）燃料控制系统控制安全稳定运行 伴随LNG的生产，工艺产生含
甲烷和氮气的闪蒸气，其中氮气的含量随整个工厂的负荷增加而增加，在
工厂满负荷时氮气的体积含量达28%。由于闪蒸气的增加将导致工厂的负
荷进一步增加，必须将其导出到工厂的废气火炬中烧掉，这将是一个巨大
的浪费。 基于L N G工厂的设计，S G T－600起动时是采用天然气，运行时
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5）S G T－600燃气发生器的轴流压缩机10级压缩的 压比为14:1，前两级安装有可变导叶系统，可变导叶系 统能够使S G T－600燃气轮机在起动时远离喘振区，安 全快捷地起动。
6）双燃料的干式低排放（D L E）燃烧室采用强 冷环形燃烧室由18个预混的火焰筒构成，既能燃烧气 体燃料，亦可燃烧液体燃料，并加以旁通阀（B y p a s s V a l v e）控制燃烧废气的氮氧化合物含量ห้องสมุดไป่ตู้燃烧天然气 时：
主燃气
燃烧空气
辅助燃气
主燃气 雾化孔
燃 气加入孔
火焰
图3 DLE新型燃烧火焰筒 （2）对起动顺控程序进行了修改 由于起动时 燃气轮机已经带有负荷，将S G T－600的加速程序调长 一些以便把已有的负荷慢慢地加载到燃气轮机的输出 上，起动相对要容易一些。 （3）加速程序修改 由于S G T－600的加速程序 比标准的设计要长，在起动过程中当燃气发生器加速 时容易产生燃气轮机的废气出口高温，调试时出现多 次，而且S G T－600是在夏天进行的调试，空气的温度 达35 45℃，湿度为4%，进入燃气轮机的空气稀薄， 加速非常容易产生高温，措施为对起动的参数设定 如：联焰时燃料的量，加速的斜率进行重新设定。 （4）起动设计 SGT－600燃气轮机在起动时采 用天然气，而运行时采用工厂的闪蒸气，在运行时由 于工厂的布局，从产生闪蒸气的储罐到燃烧室有55m 远的管网是没有天然气的，在靠近燃气轮机的地方安 装了一个小丙烷储罐。当起动时没有天然气供给时， 采用丙烷起动，故对起动的控制程序进行了修改，即 运用上一次停车时计算的燃料阀的值来起动燃气轮 机。 （5）在线监测 LNG工厂安装的在线气体分析仪 对燃料气和冷剂的组分进行连续地、动态地分析和监 测，同时将数据传输到燃气轮机的控制系统中作参考 以保证稳定运行。 （6）防喘振 对SGT－600燃气轮机驱动EBARA 压缩机的防喘振系统在配合燃气轮机的调试时进行了 大量的摸索。在起动时要把握好关防喘振阀的时机， 即可保证防喘振系统稳定工作，正常运行时，系统将 自动控制。
【关键词】冷剂 DLE 燃气轮机 燃烧室
一、前言
新疆广汇L N G厂是对吐哈油田的伴 生气进行处理加工成L N G，然后用槽车 将L N G销往全国用户的L N G厂。整个工 厂采用林德A G的液化技术工艺，工厂的 核心——冷剂（冷触媒）循环由西门子 S G T－600燃气轮机驱动E B A R A公司三级 压缩缩机来完成，而该西门子S G T－600 燃气轮机以L N G生产过程中产生的工业 废气为燃料。
烧以保证燃气轮机的运行稳定，同时燃气的氮气含量变化，S G T－600的燃
料控制系统如何调节以保证燃烧室不会发生熄火故障和低的NOx含量等。
（3）冷剂 基于设计的考虑，冷剂采用碳氢化合物，目的是对工厂运
行过程中冷剂的消耗的补充。冷剂是由S G T－600燃气轮机驱动的三级压缩
的E B A R A压缩机来完成循环的。在工厂起动时，冷剂是用天然气；工厂运
（7）控制阀 在SGT－600燃气轮机的B级维护保 养中，对不同载荷和燃料组分进行了综合分析，重新 对燃料气的控制阀组的特性进行了整定，使起动更加 容易。
（8）环境温度 对SGT－600的功率输出进行连续 的两年的记录和比对，对S G T－600的T7温度（废热的 温度）进行整定，确保了S G T－600在平稳运行中的高 温限制功率的问题。
（收稿日期：2009/10/27）
NOx < 25×10-4%(15% O2 )，CO < 25×10-4% (15% O2 )，满足环保的要求。
环形燃烧室的内表面经过热障涂层处理，延长了 燃烧室的使用寿命，提高了热效率。
7）轴流压缩机的压缩透平为整体冷却的两级透平 构成，使S G T－600燃气轮机能够在相当高的燃烧火焰
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图2 SGT－600的结构图
二、L N G工厂工艺对S G T－600燃气轮机 的要求
1. 广汇LNG工厂工艺 L N G工厂座落于中国新疆的吐哈油田，位于乌鲁木 齐的东南方300k m的沙漠戈壁中，离古丝绸之路不远。 L N G工厂运用吐哈油田的伴生气作原料进行生产，天 然气液化日处理能力为150万m3，是目前国内生产规模 最大，具有世界先进技术的天然气液化工厂，进入工厂 的原料气需先经过压缩，然后通过M E A水溶液将C O2除 去，最后清洁的燃料气（除去压缩水的）方可进入液化 单元。在液化单元对高压原料气进行预冷却，液化和深 冷。天然气液化所需的冷量是通过S G T－600燃气轮机驱 动闭式混合冷剂（氮气、甲烷、乙烯、丙烷和戊烷等组 分）循环而获得的。最终产品为液化天然气(L N G)，储 存在常压贮罐内。储罐内L N G用槽车运送到全国的天然 气用户。装置工艺所需要的加热介质是经由S G T－600燃 气轮机透平的尾气加热后的热油。S G T－600燃气轮机驱 动的冷剂压缩机使整个L N G工厂像一个巨大的制冷箱， 将天然气在－180ºC液化（如图1所示）。
2）S G T－600是采用整体橇装的双轴燃气轮机，便 于运输和现场安装，辅机系统采用模块化设计，方便于 现场检修。
3）S G T－600燃气轮机的设计和制造适用于极端条 件下运行如：在－30 50 º C的环境条件下亦可起动和 运行。
4）S G T－600燃气轮机的核心部分由燃气发生器， 燃烧室和动力透平三部分构成（如图2所示）。
行，由于L N G贮罐的温度下降而产生的重烃将导入到冷剂循环中来维持工
厂载荷的增加所需要的冷量。
1）由S G T－600燃气轮机的动力透平驱动的可变转速的E B A R A压缩
机一直服务和维持工厂工艺的冷剂循环， 冷剂量的变化，即载荷变化，易
引起S G T－600燃气轮机的载荷波 动；由于冷剂一直处于循环中， S G T－600燃气轮机的起动带有一 定的负荷，加大了起动的困难。即 冷剂量的变化将影响S G T－600的 平稳运行。