基于ASME PTC46的联合循环机组热力性能试验研究

富学斌，府东明，刘子烈，杨志行，许志铭

(黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨150030)

0 引言

ASME PTC 46－1996是美国机械工程师协会编写的全厂性能试验规程［1］，是联合循环机组性能试验经常采用的国际标准。依据该该标准，业主往往要求总承包商进行机组性能考核试验，验证机组的整体性能。由于每个主设备是由不同厂家来供货的，只能提供单独设备性能试验所用的修正曲线，但实际上燃机出力和效率的变化将会影响到余热锅炉和汽轮机组的出力和效率，需要1套完整的全厂性能试验修正曲线，用来修正参数变化时全厂的净出力和净热耗率。因此，本文用ASME PTC 46标准进行了206B燃气—蒸汽联合循环机组的性能试验，重点阐述试验的边界划定、结果计算与修正方面的特殊性，并分析了联合循环机组性能试验的一些技术要点。

1 保证值与基准条件

合同规定性能试验条件RSC(Reference Site Condition)，即现场参考条件:大气温度为38℃，大气压力为96.6 kPa，湿度为38%，燃料为LDO(柴油)，功率因数为0.8，频率为50Hz。

整个联合循环机组由2台燃机(PG6551B)、2台余热锅炉及1台蒸汽轮机组成，其中，燃气轮机额定功率(发电机)为30 575 kW，余热锅炉最大连续出力为59.4 t/h，出口蒸汽压力为6.9 MPa(g)，出口蒸汽温度为468+－510℃，给水温度为104℃;蒸汽轮机主蒸汽压力为 6.7 MPa，主蒸汽温度为465℃，排汽压力为 0.010 3 MPa，主蒸汽流量为118.8 t/h，额定功率(发电机)为31 067 kW。整个联合循环机组的净输出保证值(主变压器的高压侧)为87.92 MW，净热耗率保证值为8 408.2 kJ/kW·h。

2 试验方法与过程

图1 联合循环热力性能试验测点布置及边界范围

2.1 试验测点及边界范围

按照ASME PTC 46－1996、供货范围以及合同条款规定不同，试验边界范围也不相同。例如功率输出以发电机出口作为边界，或以主变高压侧作为边界。汽轮机的边界有很多种:若凝汽器和水塔都包含在试验范围内，则以环境温度作为基准;若水塔不在范围内，凝汽器在范围内，则以循环水温度作为基准;若水塔和凝汽器都不在范围内，则以汽轮机的排汽压力作为基准。由此可见，不同的边界范围，试验测点的选取是不一样的，本文试验是以主变高压侧作为功率的边界，以排汽压力作为汽轮机的边界。图1为该联合循环机组性能试验的测点布置及边界范围(图中虚线所示)。

试验所用仪表均按照ASME PTC 46－1996的要求，分别用0.1%级的绝对压力变送器、Pt100热电阻、0.05%级功率表、机械通风式干湿球温度计、RHEONIK质量流量计(0.15%)测量压力、温度、功率、湿度、燃油流量，燃料送到当地有资质的单位进行化验。所有仪表在试验前均送到法定计量部门进行校验。

2.2 试验过程

试验在机组试运结束后进行，试验前先进行一些准备工作，主要包括测量仪表的安装，2台燃机的水洗，燃机、余热锅炉、汽轮机运行状态检查及预备性试验等，其主要目的是确认试验条件满足程序要求，并使试验人员熟悉试验程序。为了与设计工况接近，对系统进行了必要的隔离，主要包括余热锅炉停止排污、吹灰，关闭系统所有放汽、放水阀门，考核试验在燃机基本负荷进行。机组各主要参数要调整至设计值，并保持稳定1 h后开始试验。参数波动的允许偏差如表1所示。所有为此试验加装的临时仪表均接入专用数据采集系统中，试验每个工况的周期定为1 h，采样频率如表2所示。试验开始条件和试验结束数据均由业主、供货商、监理方、试验方共同签字确认。

表1 性能试验参数允许偏差

表2 性能试验参数采样间隔

3 试验结果计算

数据采集系统将记录每个工况的试验原始数据存入计算机，经过平均值计算以及仪表校验值、零位、水位高差、大气压力等修正;同一参数多重测点测量时，取算术平均值。

试验工况机组功率的净输出为

式中Pgnet1、Pgnet2、Pst分别为主变高压侧实测的1号燃气轮机、2号燃气轮机、汽轮机的功率净输出，kW。

机组消耗的热量为

式中:GLDO1、GLDO2为实测的1号、2号燃机进口燃料流量，kg/h;HLDO为化验得出的燃料的低位发热量，kJ/kg。

则机组实测的净热耗率为

4 试验结果的修正

由于实际试验过程中各种参数、条件与设计值存在一定的偏差，因此需要将实测试验结果修正到设计状态。主要的修正项目有环境大气压力、温度、湿度、燃气轮机运行时间、汽轮机排汽压力、功率因数、燃料热值等。

修正项目可分为二类:一类修正项目为简单修正系数，如功率因数、汽轮机排汽压力等。这类修正系数只对单一设备的性能产生影响，例如燃机的功率因数偏离设计值，只对燃机本身的净功率输出和热耗率产生影响，不会影响余热锅炉和汽轮机的性能，采用厂家提供的修正曲线进行修正即可。另一类修正项目为复合修正系数，如环境大气压力、温度、湿度等，这类参数直接影响燃气轮机的净输出，同时燃机的排气温度、排气流量等参数发生变化，导致余热锅炉的性能受到影响，影响了汽轮机的出力和热耗率，因此整个机组的修正不能用燃机厂家提供的修正曲线。以燃机进口空气温度为例，该温度偏离设计值对燃机性能影响的修正曲线如图2所示。实际计算时不能简单应用此曲线，根据该曲线、余热锅炉厂家提供的燃机排气流量、排气温度对锅炉性能影响曲线、汽轮机厂家提供的主蒸汽参数变化对汽轮机性能影响修正曲线做出综合计算，计算过程如表3所示。根据表3的计算结果得出燃机进口空气温度对机组净输出和净热耗率的修正曲线，如图3所示。从图3可以看出，经过计算得到的修正曲线可以用来对机组净输出和净热耗率修正。

同样采取上述方法得到其它修正系数，最终修正后的机组的净输出为

最终修正后的机组净热耗率为

式(4)、式(5)中各修正系数含义如表4所示。经上述修正计算，整个联合循环机组的净输出功率为89.43 MW，优于保证值87.92 MW;净热耗率为7 794.77 kJ/kW·h，优于保证值8 408.2 kJ/kW·h。

表3 进口空气温度对机组性能的修正计算

表4 机组性能的修正系数汇总表

5 性能试验的注意事项

1)用ASME PTC 46－1996进行联合循环机组的性能试验时，需要准确划定试验边界，这对试验测点布置、试验结果的计算、各方责任的划分至关重要。

2)根据划定的试验边界选取试验测点，测点的安装位置对测量结果影响较大，对流场不均匀的位置应布置多重测点取平均值。

3)对试验结果进行修正的时，不能简单应用厂家提供的修正曲线，需要经过计算得出每个参数对整个机组性能的修正曲线，才能对机组的净出力和净热耗率进行修正计算。

4)由于修正计算相对复杂，试验时尽可能保证机组参数接近设计值，使修正量减小，从而降低试验的不确定度［2］。尤其是燃机运行小时数的修正，试验应该在机组试运结束后开始，以减少燃机的运行小时数修正带来的不必要的误差。

5)联合循环性能试验确定了净出力和净热耗率，机组的厂用电对试验的结果影响较大。因此，试验前应在试验程序中明确运行的辅机、附属用电设备的数量以及运行状态，编制检查清单，试验前有关各方共同检查确认。如果有辅机或附属设备与原定运行状态不同，就应进行相应的修正。

6)对试验的热力系统应进行严格的隔离，保证没有无关的工质和热量进出系统，例如锅炉的排污、系统的排汽等。对于确实无法消除的缺陷，试验前各方应讨论确定修正方法。

7)联合循环机组的性能试验结果涉及到商务索赔内容，因此试验每个步骤，包括试验程序的讨论、试验仪表的检定与安装、试验开始条件的确认、燃料采样的封存与化验、试验过程和试验数据的确认等，都应该由有关各方共同签字确认，分清责任。

6 结论

上述联合循环性能试验计算结果和修正过程表明，在正确划定燃气—蒸汽联合循环机组的性能试验边界条件、准确采集试验数据、合理使用修正曲线的情况下，采用ASME PTC 46－1996进行联合循环机组的性能试验，具有试验简捷、结论准确的特点。

［1］焦树建．浅论联合循环热力性能的验收试验［J］．燃气轮机技术，2004，17(1):1 －14．

［2］张敏，天罡，薛永锋．燃气—蒸汽联合循环机组热力性能验收试验计算方法［J］．东北电力技术，2008(12):1－5．

［3］任其智．燃气－蒸汽联合循环电站热力性能试验方法探讨［J］．热力发电，2001(3):2－5．

［4］阎保康，宋志刚．大型燃气—蒸汽联合循环机组热力性能试验研究［J］．华东电力，2003(9):74－76．