Проверка защиты и сигнализации ГПА

Зашита газотурбинного агрегата и нагнетателя от недопустимых режимов работы является одной из основных функций системы автома­тического регулирования ГПА. Система зашиты, обеспечивая защиту ГПА во время пуска и остановки, также автоматически выполняет опе­рации, необходимые для восстановления нормального режима в процес-

Эксплуатау,ия ГПА с газотурбинным приводом

се работы. При аварийном режиме, она останавливает агрегат и пода­ет аварийный сигнал обслуживающему персоналу. Защитные устрой­ства предотвращают повреждение агрегата и обеспечивают безопас­ность обслуживающего персонала при возникновении аварийных со­стояний. Все системы защиты действуют независимо от системы управ- ^ ления с тем, чтобы при возникновении неисправности в системах управ­ления, системы защиты не вышли бы из строя. Во всех случаях быстрое отключение турбины и остановка агрегата при возникновении опасно­го состояния осуществляется прекращением подачи топливного газа к камере сгорания стопорным клапаном и открытием клапанов для вы­пуска воздуха из компрессора. Противопомпажная защита воздушного компрессора осуществляется сбросными клапанами, частично сбрасы­вающими воздух из компрессора.

Система защиты ГТУ предохраняет агрегат в случае отклонения показателей за допустимые пределы: давления масла смазки, осевого сдвига роторов, температуры подшипников, перепада «масло-газ», тем­пературы продуктов сгорания, давления топливного газа, частоты вра­щения роторов, вибрации подшипников, а также в случаях погасания факела в камере сгорания, нарушения заданной последовательности пус­ковых операций, задержке агрегата в зоне запрещенной частоты враще­ния, помпаже нагнетателей.

Кроме агрегатных систем автоматического управления и защиты ГТУ, существует комплекс средств контроля и автоматики компрессор­ного цеха, осуществляющий оперативное управление, защиту и конт­роль за работой оборудования цеха и объектов КС. В этот комплекс входят такие общестанционные системы защиты:

• защита цеха или укрытия ГПА от загазованности (высокой концент­рации газа);

• защита цеха или укрытия ГПА от пожара;

• защита компрессорной станции при аварийных ситуациях (аварий­ная остановка компрессорной станции ключом КАО);

• защита по давлению на выходе компрессорной станции;

• защита по высокой температуре газа на выходе компрессорной стан­ции;

• защита по высокому уровню жидкости в пылеуловителях, сепарато­рах и др.

При срабатывании защитного устройства, которое может быть элек­трическим, гидравлическим или пневматическим, и появлении защитно-

го сигнала, осуществляется экстренная остановка агрегата. Так, при­менительно к агрегатам типа ГТК-10, экстренную остановку осуществ­ляют органы предельной защиты, которые включают стопорный кла­пан, два электромагнитных клапана, подключенные к электрической системе защиты, два бойковых автомата безопасности, срабатываю­щих при достижении предельно допустимых частот вращения валов тур-бодетандера и турбин низкого давления или от ручного воздействия на кнопку управления. При аварийной ситуации одним из перечисленных устройств из линии предельной защиты выпускается воздух, давление снижается и стопорный клапан перекрывает подачу топливного газа к камере сгорания. Одновременно закрывается и регулирующий клапан. Открываются полностью выпускные воздушные клапаны (ВВК) осево­го компрессора и в результате турбина быстро останавливается.

Наладка защит ГТУ и нагнетателя проводится в три этапа: перед пуском на остановленной турбине, при пуске, работе без нагрузки и с нагрузкой.

Приведем краткое описание основных систем защиты применитель­но к агрегату ГТК-10-4.

Защита по давлению масла смазки

Эта защита останавливает агрегат при падении давления масла в смазочных системах турбины и нагнетателя ниже установленных вели­чин (< 0,2 кг/см²). Низкое давление масла смазки может нарушить усло­вия смазки и вызвать разрушение подшипников ГПА. Поэтому необхо­димо проверить включение защиты по маслу. Измерение давления про­изводится электроконтактными манометрами (ЭКМ). При падении дав­ления смазки подшипников стрелка манометра замыкает контакты, вы­давая через реле на главный щит управления (ГЩУ) сигнал «Аварий­ное давление масла». Одновременно с аварийным сигналом должен включаться резервный масляный насос (РМН), обеспечивая давление в смазочной системе не менее 0,4 кг/см².

Защита по погасанию факела

Система обнаружения пламени выполняет две функции.

Во время нормального запуска агрегата светочувствительные эле­менты фотореле обнаруживают установление пламени в камере сгора­ния и разрешают продолжать последовательность запуска агрегата. В противном случае прекращается подача топливного газа и, таким об­разом, исключается возможность его скопления в турбине, а следова­тельно, и возможность взрыва.

В случае срыва пламени во время работы немедленно прекращается подача топливного газа в камеру сгорания, в результате чего исключа-

ется возможность поступления несгоревшего топлива в патрубок тур­бины, где могло бы произойти вторичное зажигание в результате сопри­косновения топливного газа с горячими поверхностями, что опасно как для обслуживающего персонала, так и для самого оборудования.

Эта цепь защиты включается после открытия стопорного и регули­рующего клапанов. При проверке защит, после включения электропи­тания фотореле, должна сработать аварийная защита по импульсу от фотореле. При этом должны сработать электромагнитные клапаны в линии предельной защиты, закрыться стопорный и регулирующий кла­паны (СК и РК), включиться аварийный сигнал «Факел погас».

Защита по осевому сдвигу роторов

Эта защита срабатывает, останавливая агрегат, при увеличении давления масла в системе защиты по осевому сдвигу выше установлен­ных величин. При осевом сдвиге возможно задевание вращающихся деталей агрегата за неподвижные и разрушение отдельных узлов агре­гата.

Масло (воздух) к реле осевого сдвига (РОС) турбокомпрессора, сило­вой турбины и нагнетателя поступает через шайбы диаметром 3 мм, а сливается через зазоры между соплами реле и упорными дисками на ва­лах агрегата. Давление масла на ЭКМ должно составлять 1,2-1,8 кг/см² (давление воздуха при гидропневматической системе регулирования дол­жно составлять 0,3-0,6 кг/см²). Изменение давления масла, которое про­исходит при осевом сдвиге ротора, фиксируется электроконтактными манометрами системы защиты. Контакты на манометрах (ЭКМ) должны срабатывать при повышении давления масла до 3-3,5 кг/см² (или превы­шении давления по воздуху свыше 1 кг/см²), при этом на ГЩУ подается аварийный сигнал «Авария по осевому сдвигу».

Защита по перепаду между маслом уплотнения и газом в полости нагнетателя (защита «масло-газ»)

Для предотвращения протечек газа по валу из нагнетателя в машин­ный зал применяется система уплотнения нагнетателя. С этой целью к торцевому уплотнению, совмещенному с опорным вкладышем подшип­ника нагнетателя, подается масло с давлением на 1,0-1,5 кг/см² больше давления газа в нагнетателе. Для поддержания постоянной разности давления между маслом и газом применен регулятор перепада давления (РПД). Защита по перепаду давления «масло-газ» осуществляется с по­мощью дифференциального реле давления типа РДД-1М, осуществляю­щего электрическую блокировку и автоматическое переключение с ра­бочего винтового масляного насоса уплотнения (ВМНУ) на резервный при снижении перепада давления, а также остановку агрегата с отклю-

чением нагнетателя от газопровода при полном исчезновении перепада.

Таким образом, при проверке защиты по перепаду «масло-газ» про­веряют резервирование насосов (т.е. включение резервного насоса при отключении работающего ВМНУ). При отключении электродвигате­лей обоих ВМНУ, после установленной выдержки времени, должна сра­батывать защита по уменьшению перепада давления в уплотнении. При этом должен закрыться кран № 4 и включиться сигнал на ГЩУ «Ава­рийный перепад «масло-газ». При проверке работы РПД следят, чтобы давление масла все время было выше давления газа на!,0-1,5 кг/см². Необходимо проверить также, что при выключенном ВМНУ кран № 4 нельзя открыть ключом управления. Сигнал об открытии крана №4 включает защиту по перепаду.

При проверке защиты и сигнализации ГПА необходимо произвести опрессовку масляной системы уплотнения нагнетателя. Предохранитель­ный клапан в клапанной коробке ВМНУ ограничивает максимально допустимое давление на уровне 8,0 МПа при максимальном рабочем давлении насоса 6,4 МПа. При максимальном рабочем давлении ВМНУ 7,5 МПа, предохранительный клапан настраивают на максимальное давление 8,8 МПа.

Кроме этого, необходимо проверить защиту по низкому давлению уровня масла в аккумуляторе, системы уплотнения «масло - газ», а так­же работу кранов обвязки нагнетателя. Убедиться,что при перепаде давления на кране № 1 больше 0,2-0,3 МПа, краны №1 и 2 нельзя открыть ключом управления.

Защита от превышения температуры газа

Эта защита является одной из основных систем защит газовойтурбины.

При нормальных условиях эксплуатации температура газа обычно поддерживается регулированием расхода топлива. Однако при неисп­равностях в системе регулирования, помпажах осевого компрессора или нагнетателя количество подаваемого топлива, а значит, и температура газа могут превысить установленные нормы. Это может привести к вы­горанию лопаток проточной части, разрушению лопаточного аппарата и другим тяжелым последствиям. В начале система защиты от превыше­ния температуры газа включает предупредительный звуковой и свето­вой сигналы,что указывает на необходимость разгрузки турбины, пре­дотвращая тем самым ее отключение. Если же температура газа бу­дет продолжать повышаться, то система зашиты останавливает агре­гат. Система защиты спроектирована таким образом, что является неза­висимой от системы регулирования температуры газа. Температуру га­зов измеряют термопарами, устанавливаемыми за ТНД или перед ТВД.

Эксплуатация ГПА с газотурбинным приводом

В качестве вторичных приборов в цепи защиты по температуре газа используют потенциометр КСП и автомат температурной защиты АТЗ.

Защита по превышению частоты вращения роторов ТВД, ТНД и турбодетандера

Система защиты от превышения частоты вращения предназначена для защиты газовой турбины от возможных повреждений, вызываемых превышением максимальной частоты вращения валов ТНД, ТВД и тур­бодетандера. При повышении частоты вращения может произойти от­рыв лопаток, разрушение замков и дисков, могут появиться осевые сдви­ги и разрушения подшипников, корпусных деталей ГТУ и т.д..

Чтобы предотвратить превышение частоты вращения роторов ГТУ свыше допустимых значений, применяют разного рода автоматы безо­пасности. Легко разгоняемый ротор ТНД имеет два автомата безопас­ности: центробежный, (механический, бойкового типа) и гидродинами­ческий. Бойковый автомат имеет и ротор турбодетандера. Защита от превышения частоты вращения ротора ТВД осуществляется по давле­нию масла за главным масляным насосом.

Настройку автоматов безопасности для ГПА типа ГТК-10-4 произ­водят при следующих частотах вращения:

Защита по температуре подшипников

Система защиты по температуре подшипников выдает предуп­реждающий и аварийный сигналы при возрастании температуры выше допустимой, что может привести к разрушению подшипников, вып-лавлению баббита вкладышей, осевым сдвигам, повышенной вибра­ции и т.п.

Защита по температуре подшипников осуществляется с помощью малогабаритных платиновых термометров сопротивления (ГСП), уста­новленных во вкладышах опорных подшипников и колодках упорных подшипников. Термометры сопротивления подключены к электронно­му мосту, который осуществляет измерение и регистрацию температуры подшипников, а также выдает предупреждающий (при75°С) и аварий­ный (при 80°С) сигналы на ГЩУ.

Система защиты от вибрации

Защита агрегата от вибрации осуществляется с помощью датчиков, размещаемых на корпусах подшипников ГПА. При этом вибрация из­меряется в трех направлениях: вертикальном, поперечном и осевом. Сигнал поступает от пьезодатчика. Повышенная вибрация может при­вести к нарушению условий смазки и разрушению подшипников, за­деваниям вращающихся деталей в прочной части и другим аварийным ситуациям.

Имеется два уровня вибрации. При достижении первого уровня вклю­чается предупредительная сигнализация (сигнализация срабатывает при значении виброскорости V = 1,1 мм/с). При достижении второго уров­ня, когда вибрация становится более 11,2 мм/с, срабатывает аварийная сигнализация и происходит остановка агрегата.

Кроме перечисленных выше основных систем защиты применяются и другие:

• по минимальному и максимальному уровню масла в маслобаке агрегата;

• защита по аварийной остановке от кнопки АО;

• защита по давлению топливного газа;

• защита по предотвращению работы вала турбокомпрессора в диапазоне резонансных частот вращения 2500 - 4300 об/мин (более 5 мин);

• защита нагнетателя от помпажа;

• защита по разряжению на всасе осевого компрессора.

Проверку защиты в обязательной порядке и в соответствии с Прави­лами технической эксплуатации проводят при подготовке ГПА к пуску. Проверку проводит комиссия в составе сменного инженера, инженера службы КИПиА, машиниста ТКЦ, работники КИПиА с оформлением специального протокола приемки-сдачи защиты.

3.5. Пуск ГПА и его загрузка

Пуск ГПА является самым ответственным этапом в организации экс­плуатации компрессорной станции. Это связано с тем, что при пуске ГПА одновременно включается в работу очень большое количество систем как самого агрегата, так и вспомогательных систем КС, от под­готовки и правильной настройки которых зависит, насколько надежно

10. А. Н. Козаченко

Эксплуатация ГПА с газотурбинным приводом

этот пуск осуществляется. В процессе трогания роторов ГТУ начинают расти динамические нагрузки, возникают термические напряжения в узлах и деталях от прогрева ГТУ. Рост теплового состояния ведет к изменению линейных размеров лопаток, дисков, изменению зазоров в проточной части, тепловому расширению трубопроводов. При трога-нии ротора в первый момент не обеспечивается устойчивый гидравли­ческий клин в смазочной системе. Идет процесс перехода роторов с ра­бочих колодок на установочные. Компрессор ГПА близок к работе в зоне помпажа. Через нагнетатель осуществляется большой расход газа при низкой степени сжатия, что ведет к большим скоростям, особенно трубопроводов рециркуляции, что вызывает их вибрацию. В процессе запуска до выхода на режим «малого газа» валопроводы некоторых типов ГПА проходят через обороты, совпадающие с частотой собствен­ных колебаний, т. е. через резонансные обороты.

На начальном этапе пуска вследствие неустановившегося режима или нарушений в работе системы регулирования может происходить и заброс температуры.

Из сказанного можно сделать вывод, что процесс запуска характе­ризуется очень большим количеством и сочетанием неустановившихся режимов работы, а также периодического их изменения.

Правильные действия персонала при пуске агрегата - один из глав­ных показателей уровня эксплуатации компрессорной станции. Нару­шение технологии ремонта, нарушение регулировок узлов и деталей, любое неправильное действие в процессе пуска, сбои в работе защиты скажутся на пуске и обязательно приведут к нарушению алгоритма пус­ка и его сбою, а порою, при грубых нарушениях, и к аварийному ремон­ту ГТУ. Любые сбои на этапе запуска могут оказать существенное вли­яние и на эксплуатационные показатели в процессе работы машины.

Время пуска зависит от типа ГПА. Для стационарных ГПА оно со­ставляет 20-30 мин, для ГПА с авиационным приводом 5-10 мин.

Для стационарных оно больше по причине необходимости обеспече­ния равномерного прогрева корпусных узлов и деталей ГТУ. Эти узлы и детали имеют большую массу, поэтому для обеспечения их равномерно­го прогрева и одинакового расширения необходимо больше времени.

Пуск ГПА осуществляется с помощью пусковых устройств. В каче­стве основных устройств применяются турбодетандеры, работающие в основном на перепаде давления природного газа, который предвари­тельно очищается и редуцируется до необходимого давления. Турбоде­тандеры установлены на всех стационарных и некоторых авиационных ГПА. Иногда в качестве рабочего тела применяется сжатый воздух. Схема обвязки пускового устройства и топливного газа показана на рис.3.7.

Режимпуска агрегата

1234 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: