一种应用于海上设施的13MW级双燃料燃气轮机发电机组的制作方法

一种应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组
技术领域
1.本发明专利涉及一种应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，能够使用天然气和柴油，属于能源动力装备专业领域，可以应用于海上平台设施及其它使用燃气轮机发电机组，单/双燃料供给，发电稳定性有高要求的场所及设施。


背景技术：

2.燃气轮机发电机组是指以燃气轮机为原动设备，通过传动装置带动发电机的装置，可使用液体(柴油)或气体(天然气)燃料的燃气轮机发电机组。通过在燃气轮机中实施双燃料燃烧技术，可以提高燃气轮机发电机组对燃料的适应性，拓宽燃气轮机发电机组的应用领域，广泛应用于对燃料适应性有较高要求的海上平台、fpso等设施、场所。
3.目前，国内海上设施使用的13mw级燃气轮机发电机组领域品牌单一。国内主要海上设施如各类平台、fpso等，均采用全进口发电机组，不利于市场竞争，无形中抬高了海上油气开采成本，在国际贸易形势复杂的情况下，很容易对上游的油气生产造成极大的影响。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明为了解决国内13mw燃气轮机发电机组来源单一的问题，同时为海上设施对燃料供给适应性有较高要求的应用场所提供可靠、有效的燃气轮机发电机组替代，提供了一种应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组。
5.本发明的目的是这样实现的：
6.一种应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，包括燃气轮机1、齿轮箱2和发电机3、进排气系统、通风系统、燃料系统、滑油系统、控制系统、电气系统和火气系统；双燃料燃气轮机1、齿轮箱2和发电机3依次连接并设置在底架4上，底架4上安装有箱体9，箱体9将双燃料燃气轮机封装在内，箱体9上方开设有进排气系统接口和通风系统接口；燃料系统包括柴油橇12、天然气过滤器13和丙烷瓶橇14，通过管路将燃料介质输送给双燃料燃气轮机，所述燃料系统独立安装在海上平台上。
7.本发明还包括如下技术特征：
8.1、所述进排气系统包括进气过滤室5、进气消音器6、排气消音器10；燃烧进气通过进气过滤室5和进气消音器进入到双燃料燃气轮机1中，并通过排气消音器排出。
9.2、所述进气过滤室5包括气水分离级、f7级滤器和e12级滤器。
10.3、所述通风系统包括通风过滤室7和通风风机8，通风进气通过通风过滤室7，在通风风机8的作用下流入到箱体9内完成热量交换之后排出通风系统。
11.4、所述通风过滤室包括气水分离级和f7级滤器。
12.5、柴油输送橇12和丙烷瓶橇14满足机组液体燃料的需求，天然气过滤器13及公用系统提供的天然气满足机组气体燃料的需求。
13.6、滑油系统提供稳定的润滑油供给，包括滑油箱18，滑油空冷器15和燃机油雾分离器16，所述滑油箱设置在底架4下，滑油空冷器15独立安装在海上平台上，油雾分离器16
安装在箱体9顶部，从滑油箱18中的供给滑油先经过滑油空冷器15，经过温控阀将滑油温度控制在控制系统设定温度后，供给双燃料燃气轮机发电机组。
14.7、所述箱体9上的进风接口和排风接口上设置有挡板阀11，当机组发生火灾时，通过关闭挡板阀11、配合火气系统实现箱体内的紧急处理。
15.8、所述火气系统包括co2橇17，当发生火情时，co2橇17将co2释放道箱体内部。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.本发明能够实现液体/气体两种燃料使用条件下，向海上设施供给13mw级电力的燃气轮机发电机组，可以广泛应用于海上油气设施。
18.本发明能够满足海上平台等海洋油气设施对于供电设备燃料适应性的要求，在柴油/天然气两种燃料下起动、运行，实现两种燃料间的切换。
19.本发明设备、管路及螺栓等零部件均采用不锈钢材料制成，并做防锈蚀处理，能够满足海上运行要求。
20.本发明采用集成化、模块化设计，可满足海上平台有限空间对机组布置、橇体尺寸的限制及要求。
附图说明
21.图1为双燃料燃气轮机发电机组组成框架示意；
22.图2a-c为双燃料燃气轮机发电机组各主要橇体布置示意；
23.图3为双燃料燃气轮机发电机机组整体示意图；
24.各部分组件编号如下：
25.1-燃气轮机；
26.2-齿轮箱；
27.3-发电机；
28.4-底架；
29.5-进气过滤室；
30.6-进气消声器；
31.7-进风过滤器；
32.8-通风风机；
33.9-箱体；
34.10-排气消音器；
35.11-通风挡板阀；
36.12-柴油橇；
37.13-天然气过滤器；
38.14-丙烷瓶橇；
39.15-滑油空冷器；
40.16-油雾分离器；
41.17-co2橇；
42.18-滑油箱。
具体实施方式
43.一种应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，包括燃气轮机、齿轮箱、发电机、进排气系统、通风系统、燃料系统、滑油系统、控制系统、电气系统及火气系统。其各组成设备及系统均为13mw级专门设计，燃气轮机、齿轮箱和发电机均满足13mw发电需求，控制系统和电气系统可配合燃气轮机、齿轮箱及发电机实现13mw发电目标。
44.燃气轮机1与齿轮箱2、发电机3作为核心设备安装在同一底架4上，共同组成机组的主机橇，以便于集成、运输及维护。为适应海上设施的使用环境，主机橇采用三点支撑隔振结构，减少机组与平台设施间的振动相互影响。
45.进排气系统主要由进气过滤室5、进气消声器6及进气通道组成。进气过滤室5中设有三级过滤(气水分离级、f7级滤器、e12级滤器)，以适应海洋高湿、高盐的工作环境。进气系统为经过过滤的气流进入燃气轮机1提供密封、降噪、可靠的通道。排气系统主要结构组成为排气通道及其上接口，可根据作业现场要求适配不同的设备(如余热锅炉)或排放。
46.通风系统主要由进风过滤器7、通风风机8、箱体9和进排风管道组成。机组通风系统采用正压通风方式，将经过过滤后的空气持续不断的送入箱体9内，带走箱体9内的热量，并排出箱体9外。在箱体9进风、排风接口位置，设有挡板阀11，当机组发生火灾时，通过关闭挡板阀11、配合火气系统实现箱体内的紧急处理。
47.燃料系统由于机组的双燃料适配性需求，主要组成包括：柴油输送橇12、天然气过滤器13、丙烷瓶橇14以及机上双燃料系统设备。其中柴油输送橇12和丙烷瓶橇14满足机组液体燃料的需求，天然气过滤器13及公用系统提供的天然气满足机组气体燃料的需求。柴油橇12和天然气过滤器13的主要功能为，将公用系统提供的燃料(柴油/天然气)进行处理，使其压力和过滤精度等参数满足燃气轮机1的使用要求；完成计量反馈，配合机上双燃料系统设备完成燃料切换。
48.滑油系统将燃气轮机1、齿轮箱2、发电机3的滑油系统合并为同一系统，并将滑油箱18集成到燃气轮机大底架4内，极大地节省了空间，更有利于机组在海上平台设施的应用。滑油系统主要由滑油箱18(集成在底架内)、滑油空冷器15、燃机油雾分离器16组成。其功能为向燃气轮机1、齿轮箱2、发电机3主设备各轴承部件提供稳定的润滑油供给，协助轴承润滑、冷却，完成润滑油在滑油箱、空冷器与主设备之间循环供给。同时，通过滑油空冷器15完成滑油的冷却，通过温控阀完成供油温度的温度调节。油雾分离器16可以将回油系统中的空气与滑油进行分离，并将油液回收。
49.控制系统在燃气轮机冷吹、起动、运行、到整个机组加载、减载、双燃料切换，直到停机的整个过程中时刻对机组进行着监测、控制、调节和保护。能够实现机组起动/停机顺序控制、重要参数回路调节、运行状态监测、故障停机保护和预警检测等主要功能，并能够合理的、有效地实现并网发电的整套流程。
50.电气系统主要实现燃气轮机发电机组各用电设备的电力供应、控制、管理及保护；控制中压部分实现励磁、并网等功能。
51.火气系统作为燃气轮机发电机组独立的保护应急系统，主要由两部分组成：包括传感器、指示器在内的控制系统和co2橇17。传感器、指示器分别布置在箱体内外，以监测、指示箱体9内的消防状态。co2橇17布置在箱体9外部，并通过管路连接，当发生火情时，在火气系统的控制下，释放co2气体。
52.为适应海上运行要求，提高机组海洋环境的适用性，机组各设备、管路及机组所用螺栓等零部件均采用316l不锈钢材质，机组设备、管路、螺栓等零部件采用锌铬涂层、特氟龙涂层或磷化发黑工艺处理，防止机组在海上运行时发生锈蚀。
53.为适应海上设施的供货安装条件，提高机组海洋环境适用性及布置空间的紧凑性，机组采用模块化设计及集成技术，将整套燃气轮机发电机组集成为4个橇体及若干散供设备。
54.在厂内生产期间，各橇体独立生产集成，各自完成系统所要求的机械、仪表、电气设备的组装及调试，并预留现场安装接口；在现场安装期间，各橇体独立安装，并通过焊接、螺栓等形式连接固定，后期可根据厂内预留的安装接口，统一配置橇间管路、线缆，便于现场开展各工种、设备的交叉作业。其中，由于交通限制，运输过程主机橇上仅安装燃气轮机1、齿轮箱2、发电机3、底架4与箱体9，其它进排气、通风系统部件单独包装运输，并至现场安装就位。
55.本发明中，成功以13mw级燃气轮机为核心构建了发电机组，大范围采用国产化设备。实现并解决了如下突破及问题：
56.1)实现了应用于海上设施稳定发电的13mw级燃气轮机发电机组。
57.2)实现具有自主维护、自主备件供货渠道的机组组成模式，有效降低使用风险。
58.3)实现了燃气轮机发电机组能够以天然气或燃油燃料起动、稳定运行。
59.4)根据海上设施空间有限、承重位置精准等特点，采用高度模块化集成设计，将燃气轮机发电机组各系统高度集成并做合理化布置。
60.具体实施方式一：本实施方式所述为一种广泛应用于海上设施的13mw级燃气轮机发电机组，它主要由双燃料燃气轮机、齿轮箱、发电机、进排气系统、通风系统、燃料系统、滑油系统、控制系统、电气系统及火气系统组成。如图1所示。
61.具体实施方式二：燃气轮机1、齿轮箱2、发电机3、底架4、进排气系统和通风系统作为一个整体，以主机橇的形式集成实施。燃气轮机1、齿轮箱2与发电机3安装在整体底架4上，各自通过地脚螺栓与底架4相连。底架4下方通过三点支撑的方式，布置有avm减振台，并通过焊接与平台基础连接。
62.燃气轮机1、齿轮箱2与发电机3通过联轴器机械连接。联轴器安装前可通过顶丝等工装工具调整燃气轮机1、齿轮箱2、发电机3在底架4上的姿态，以满足对中要求。箱体9安装在底架4上，通过螺栓与底架连接固定，并将燃气轮机整体封装在箱体内。箱体9上方开设有进排气系统、通风系统通道接口。进风接口与排风接口处布置有挡板阀11，以实现箱体不同状态下的封闭/开启要求。箱体9后端通过可拆卸的半月壁板形式，为联轴器的安装提供空间。
63.进排气系统中，进气滤室5共设有三级过滤(气水分离级、f7级滤器、e12级滤器)。燃烧进气除经过气水分离级、f7级滤器、e12级滤器，随后通过进气消音器6及通道并最终进入燃气轮机通流部件中。燃气轮机排出的燃气通过接口与后续适配设备(如余热锅炉)连接或排放。
64.通风系统中，通风滤室7共设有二级过滤(气水分离级、f7级滤器)。通风进气经过气水分离级、f7级滤器后，在箱体通风风机8的作用下，离开进气滤室5进入进风通道，并最终流入箱体9完成热量交换，随后经排风通道部件排出整个通风系统。
65.具体实施方式三：燃料系统中，丙烷瓶橇14，柴油橇12、天然气过滤器13独立橇体供货安装，与平台基础采用焊接或地脚螺栓连接。通过连接至主机橇上的橇间管路，将公用系统中的燃料介质在柴油橇12、天然气过滤器13中完成前置处理，并供至燃气轮机。
66.具体实施方式四：滑油系统中，滑油空冷器15以独立橇体方式供货安装，通过焊接或地脚螺栓的方式与平台基础连接；油雾分离器16通过螺栓集成安装在燃机箱体9顶部。各设备与主机橇通过橇间管路连接，以实现滑油介质的循环。滑油系统中，从滑油箱18中的供给滑油先经过滑油空冷器15，经过温控阀将滑油温度控制在控制系统设定温度后，供给各主设备。
67.具体实施方式五：控制系统、电气系统、火气系统通过线缆将传感器、执行器及各橇体设备上的控制元件与控制、电气、火气盘柜相连。其中火气系统作为机组独立的保护应急系统，配置有co2释放橇17，通过消防管路与箱体连接。当发生火情时，在火气系统及控制系统配合下，co2释放橇17中的灭火剂(co2)将通过管路释放道箱体内部。
68.工作原理：
69.当燃气轮机发电机组起动时，机组控制系统、电气系统及火气系统始终处于投用状态。控制系统向滑油系统、进排气系统、通风系统、燃料系统发出指令，进行滑油加热与循环、开启通风挡板阀、阀门按照工艺设计开启或关闭等动作，完成燃气轮机启动前的准备和连锁检查。
70.随后，在控制系统的指令下，可以使用天然气或柴油任意一种燃料起动燃气轮机并稳定运行。机组运行期间，可附属系统在控制系统的监控下，为机组提供必要的支持。当进行燃料切换时，燃料系统中，柴油橇、天然气橇交替投用，实现双燃料快速、稳定的切换。
71.综上所述：一种13mw燃气轮机发电机组，可使用天然气、柴油两种燃料，能够广泛应用于海上各种设施平台的电力供应领域，它涉及燃气轮机行业。本发明的目的是实现以13mw级燃气轮机为核心构建发电机组，能够以天然气、柴油燃料起动、运行，并在运行过程中完成双燃料相互切换。本发明中的燃气轮机发电机组可以有效满足：海上设施生产过程中用电需求，在天然气供应不足时，在不停机、不甩载的情况下，完成备用燃料(如柴油)的稳定切换，保证海上电网及用电设备的稳定运行。本发明能够广泛应用于海上平台设施及其它使用燃气轮机发电机组，单/双燃料供给，发电稳定性有高要求的场所及设施。

技术特征：
1.一种应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，其特征在于，包括燃气轮机(1)、齿轮箱(2)和发电机(3)、进排气系统、通风系统、燃料系统、滑油系统、控制系统、电气系统和火气系统；双燃料燃气轮机(1)、齿轮箱(2)和发电机(3)依次连接并设置在底架(4)上，底架(4)上安装有箱体(9)，箱体(9)将双燃料燃气轮机封装在内，箱体(9)上方开设有进排气系统接口和通风系统接口；燃料系统包括柴油橇(12)、天然气过滤器(13)和丙烷瓶橇(14)，通过管路将燃料介质输送给双燃料燃气轮机，所述燃料系统独立安装在海上平台上。2.根据权利要求1所述的应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，其特征在于，所述进排气系统包括进气过滤室(5)、进气消音器(6)、排气消音器(10)；燃烧进气通过进气过滤室(5)和进气消音器进入到双燃料燃气轮机(1)中，并通过排气消音器排出。3.根据权利要求2所述的应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，其特征在于，所述进气过滤室(5)包括气水分离级、f7级滤器和e12级滤器。4.根据权利要求1所述的应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，其特征在于，所述通风系统包括通风过滤室(7)和通风风机(8)，通风进气通过通风过滤室(7)，在通风风机(8)的作用下流入到箱体(9)内完成热量交换之后排出通风系统。5.根据权利要求4所述的应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，其特征在于，所述通风过滤室包括气水分离级和f7级滤器。6.根据权利要求1所述的应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，其特征在于，柴油输送橇(12)和丙烷瓶橇(14)满足机组液体燃料的需求，天然气过滤器(13)及公用系统提供的天然气满足机组气体燃料的需求。7.根据权利要求1所述的应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，其特征在于，滑油系统提供稳定的润滑油供给，包括滑油箱(18)，滑油空冷器(15)和燃机油雾分离器(16)，所述滑油箱设置在底架(4)下，滑油空冷器(15)独立安装在海上平台上，油雾分离器(16)安装在箱体(9)顶部，从滑油箱(18)中的供给滑油先经过滑油空冷器(15)，经过温控阀将滑油温度控制在控制系统设定温度后，供给双燃料燃气轮机发电机组。8.根据权利要求1所述的应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，其特征在于，所述箱体(9)上的进风接口和排风接口上设置有挡板阀(11)，当机组发生火灾时，通过关闭挡板阀(11)配合火气系统实现箱体内的紧急处理。9.根据权利要求1所述的应用于海上设施的13mw级双燃料燃气轮机发电机组，其特征在于，所述火气系统包括co2橇(17)，当发生火情时，co2橇(17)将co2释放道箱体内部。

技术总结
本发明提供了一种应用于海上设施的13MW级双燃料燃气轮机发电机组，包括燃气轮机、齿轮箱和发电机、进排气系统、通风系统、燃料系统、滑油系统、控制系统、电气系统和火气系统；双燃料燃气轮机、齿轮箱和发电机依次连接并设置在底架上，底架上安装有箱体，箱体将双燃料燃气轮机封装在内，箱体上方开设有进排气系统接口和通风系统接口；燃料系统包括柴油橇、天然气过滤器和丙烷瓶橇，通过管路将燃料介质输送给双燃料燃气轮机，所述燃料系统独立安装在海上平台上；本发明实现以13MW级燃气轮机为核心构建发电机组，能够以天然气、柴油燃料起动、运行，并在运行过程中完成双燃料相互切换。并在运行过程中完成双燃料相互切换。并在运行过程中完成双燃料相互切换。


技术研发人员：王巍 宋磊 孙鹏 裴勇 胡汀 胡悦丰 郑涛 程忆晗 刘乃聪 王云峰
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇三研究所
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/10/15