第一篇：三菱M701F級燃機TCA冷卻系統設計說明要點（推薦）

TCA冷卻系統 1.概述

燃機透平冷卻空氣用于冷卻透平轉子和動葉片。冷卻空氣來自于壓氣機排氣，并通過TCA冷卻后供給透平轉子和動葉片。TCA的冷卻水來自高壓給水泵出口。

本文的主要內容為：TCA冷卻器給水系統的控制方法，管道、控制閥、儀表和其他相關設備的設計方法。

注意：為了確定TCA冷卻器給水控制閥門的整定值，在最后的設計階段，控制閥、儀表、各個設備的壓力值（高壓省煤器、流量計、控制閥）都是由三菱提出的。2.TCA冷卻要求

TCA冷卻器冷卻水系統和透平冷卻空氣供給溫度的要求如下： a：TCA冷卻空氣出口溫度（透平冷卻空氣入口溫度）：

在燃機啟動期間應小于100℃。

(從燃機點火到全速空載期間)在這個階段，TCA冷卻器的入口水溫應小于60℃。

b：TCA冷卻空氣出口溫度：在燃機全速空載后，溫度值應根據需求不斷調整。如果空氣溫度小于90℃，由于小于空氣的露點溫度，空氣會產生結露。

c：TCA冷卻器出口水溫：

TCA出口水溫應維持在不小于15℃，低于TCA出口的飽和溫度。d：TCA給水流量變化率：

TCA入口空氣流量和溫度需要根據燃機的工作狀態進行調整（燃機負荷，周圍環境溫度）。TCA冷卻器給水流量的控制是為了保持TCA冷卻器出口空氣溫度在規定值以下。

3.TCA冷卻器給水系統

如圖所示，為TCA給水流程圖。

由于這個給水系統是EPC設計的。并且為了使操作更加簡單順利，我們需要確認這個系統是否滿足第2部分提到的要求。需要注意的是TCA冷卻系統的流量控制閥是燃機控制系統GTC控制而不是DCS。

1）TCA冷卻器給水流量控制閥（凝汽器側）FCV-1 FCV-1是通過燃氣輪機GTC控制，并與壓氣機入口空氣溫度所對應的燃機負荷和TCA冷卻水流量相一致。給水流量的控制目標是冷卻空氣溫度，并且可以避免TCA冷卻器給水管路中的水出現汽化現象。FCV-1的主要作用如下：

a）TCA冷卻器給水流量隨燃機負荷變化： 在燃機低負荷時，保持足夠的冷卻水通過冷卻器和FCV-2是非常困難的。因為TCA冷卻器與高壓省煤器是并行運行的，在燃機低負荷（80~100MW）時，鍋爐的產氣量很小，使得高壓省煤器出入口壓差很小，那么在這種情況下，TCA有充足的冷卻水流量是不可能的。b）HRSG中流量控制閥的備用流量控制

當流量控制的主要閥門是FCV-2時，FCV-1的連續流量控制是作為FCV-2的備用控制，用于保持TCA的最小冷卻水量并避免管路中蒸汽的產生。由于以上原因，FCV-1應具有快開功能，快開時間為1s。

2）TCA冷卻器給水流量控制閥（余熱鍋爐側）FCV-2 TCA冷卻器出口冷卻水與高壓省煤器出口相連，并通過高壓汽包上的給水控制閥進入高壓汽包。

FCV-2的開關是根據壓氣機入口空氣溫度，通過燃氣輪機控制GTC和燃機負荷情況進行控制，避免FCV1或高壓汽包液位的干擾。開關控制的考慮因素如下：

a）達到透平冷卻空氣合適的溫度。b）避免TCA冷卻器管路中的水汽化。

（在燃機負荷增加時，FCV-2根據燃機負荷緩慢打開。但是TCA冷卻器的冷卻水流量跟不上，這時，由FCV-1提供足夠的冷卻水量。因此，TCA冷卻器冷卻水量是由FCV-1和FCV-2相互配合完成的。）

FCV-1和FCV-2的開關根據第2部分TCA給水流量變化特性進行調整。

3）高壓汽包給水調閥

這個閥門是通過其前后差壓4bar來控制給水流量。

4）TCA冷卻器入口閥 這個閥門用于在緊急情況下，切斷TCA冷卻器給水，并帶互鎖。關斷閥（25A）關斷的目的是防止TCA冷卻器出現水錘現象。因此，在第4部分中TCA冷卻器管路泄露的情況下，這些閥門需要迅速關閉?？礻P時間為1s。5）流量計FT1 在燃機運行期間，TCA冷卻器冷卻水流量是通過給水流量控制閥（凝汽器側）FCV-1控制的。FCV-1的控制是通過監視流量計FT1，流量信號會直接傳遞到燃機控制系統GTC。6）壓力變送器和溫度表

TCA冷卻器冷卻水的情況是通過壓力變送器和溫度表測得的。這些儀表的信號用于監視運行情況，不是用于TCA冷卻器的控制。7）低壓除氧器&汽包旁路閥

這個閥門是在燃機啟動期間作為低壓除氧器&低壓汽包的旁路，為了使得燃機冷卻空氣的溫度在100℃以下，通過這個閥門為TCA冷卻器提供低溫的冷卻水。在達到全速空載（FSNL）后，該閥門全關。（注意：TCA冷卻器的冷卻水溫度在第2部分的要求是60℃以下）8）給水泵最小流量

給水泵到凝汽器的最小流量是為了保證在燃機啟動期間給水泵的最小流量。

（注意：如果給水泵的最小流量再循環回到了汽包，而不是凝汽器，應避免汽包的液位過高）4.互鎖

以下討論的均為事故情況： 1）TCA冷卻器管路泄露

TCA冷卻器殼體側有4個液位檢測裝置。其中一個是液位高報警，其他三個用于高高跳機保護（三取二）。當液位高報警信號發出時，小放水閥（25A）開啟，但是燃機仍可繼續運行。但是，當水位繼續上升，達到跳機液位時，TCA冷卻器管路破裂，燃機跳機保護動作。與此同時，為了切斷TCA冷卻器的冷卻水防止冷卻水進入燃機，TCA冷卻器將切斷冷卻水系統（關閉TCA水側入口閥，FCV-1，FCV-2）和TCA冷卻器防水閥（50A）開啟。2）凝汽器保護

當凝氣器保護發生時，燃機跳閘。因為，TCA冷卻器系統中流量控制閥FCV-1不能使用，不能保持TCA最小冷卻水量。3）所有高壓給水泵跳閘

當所有高壓給水泵跳閘時，燃機跳機。因為在這種情況下，TCA冷卻器如果繼續運行將導致管內產生蒸汽。4）TCA冷卻水流量低

TCA冷卻水流量低報警和流量低跳機保護動作都會導致TCA冷卻器內部產生蒸汽。

5.三菱要求

通過燃機控制系統GTC設定TCA冷卻器冷卻水量。1）FCV-1冷卻水流量控制

控制閥特點，FCV-1特點。2）FCV-1冷卻水流量控制

a）控制閥規格，FCV-1特點，高壓省煤器入口調閥。b）高壓省煤器壓力值。c）流量計規格和壓力值。6．附件

TCA冷卻系統的設計條件。

TCA冷卻系統的設計條件: 0.簡介

該部分描述了EPC設計的TCA冷卻器冷卻水系統涉及的計算和系統設計。1.正常情況下的要求 1）TCA冷卻器熱負荷曲線 a）天然氣點火

如圖1所示，為TCA冷卻器的熱負荷隨燃機負荷變化曲線

設備在設計時要留有15%的工作余量。

2）冷卻水條件

高壓給水泵出口的水源用于TCA冷卻器的冷卻水。TCA冷卻器出口冷卻水將于高壓省煤器出口連接（在高壓給水控制閥前）。為了使TCA冷卻器有充足的冷卻水，在高壓汽包入口添加了高壓給水控制閥。TCA冷卻器的冷卻水流量通過TCA冷卻器出口的冷卻水控制閥。在緊急情況下，TCA冷卻器的冷卻水將排入凝汽器。

參考圖6，高壓給水系統圖，三菱公司和合作者的工作劃分

冷卻水條件：

出口壓力：大于165bar（*1）

流量（*2）：參考圖3A，3B，3C,4A,4B,4C 入口溫度（*3）：參考圖3A，3B，3C,4A,4B,4C 出口溫度：計算值（*4）

水側壓降：約1bar（*1）：小于240bar（*2）：圖3A，3B和3C描述了不同冷卻水入口溫度下，冷卻水流量隨燃

機負荷的變化。圖4A，4B和4C描述了不同環境溫度下，冷卻水流量隨燃機負荷的變化。

在設計管路、閥門和泵等時，需考慮20%的余量。

（*3）：三菱公司假定

TCA冷卻器出口溫度和需要的冷卻水流量需要根據入口溫度確定。

在設計點（100%燃機負荷，15℃環境溫度）下，入口溫度假定為138℃，設計范圍為118℃~158℃。

TCA冷卻器冷卻水條件應根據三菱和合作間在詳細設計階段確定。

（*4）：出口溫度可以通過換熱量、流量、壓力、入口溫度計算得到。

（*5）：若有其他疑問，可咨詢三菱。

2.啟機需求

1）TCA冷卻水操作

TCA冷卻器冷卻水的入口溫度應控制的盡量低。因此，需要控制低壓除氧器&汽包旁路閥的開度。并且，在此階段，TCA冷卻器冷卻水需要排入凝汽器二不是高壓省煤器出口。2）冷卻水條件

TCA冷卻水條件如下：

流量：參考圖5A 入口溫度：不大于60℃

熱負荷：約 27GJ/h 最大值

出口溫度：參考圖5B（*6）：若還有其他條件，可咨詢三菱。

在設計管路、閥門和泵等時，需考慮20%的余量。

圖6.TCA冷卻系統圖