歷時7年的自主攻關,國家能源大動脈西氣東輸管線核心設備——國產30兆瓦燃驅壓縮機組實現零的突破。
記者從中石油西北聯合管道有限責任公司獲悉,首臺國產30兆瓦燃驅壓縮機組——西三線煙墩站1號機于2015年12月26日首次點火成功,目前正在緊鑼密鼓的有序推進投產測試工作。
我國天然氣干線及支干線管道輸送壓力等級以10兆帕和12兆帕為主,輸量在100×108立方米/年以上,要保持高壓力大輸量管道安全、平穩、高效輸送,每隔150-170千米需要設置一座由2-4臺大功率壓縮機組組成的增壓站,因此壓縮機組被譽為長輸管道的“心臟”。
據了解,用來驅動壓縮機組的主要設備是燃氣輪機和電機,燃氣輪機由于技術攻關難度高,截至目前,除西二線東段應用7臺國產電驅壓縮機組外,其余電驅機組和全部燃驅機組均為進口,造成運行維護費用居高不下、戰略能源輸送受制于人等問題。國家能源大動脈迫切需要“中國動力”。
分步實施
時間回溯到2009年11月,國家能源局確定開展20兆瓦電驅壓縮機組、30兆瓦燃驅壓縮機組和高壓大口徑全焊接球閥三大天然氣長輸管道關鍵設備的國產化。在國家能源局的主導和推動下,中國石油西氣東輸管道公司代表中國石油天然氣集團公司與研制總承單位中國船舶重工集團公司第七〇三研究所及哈電集團哈爾濱汽輪機廠有限責任公司、沈陽鼓風機集團股份有限公司等參研企業簽訂了研制合同。
記者從七〇三所了解到,在該項目研制過程中,七〇三所充分考慮國內船用燃氣輪機的研制和生產情況,利用現有條件和存量資源,引進和國產化研制相結合,分步實施,降低技術風險。
第一階段,采用進口燃氣輪機與國產壓縮機及輔助系統集成,國產化率達52%,形成樣機“產品一”;第二階段,采用國產燃氣輪機與國產壓縮機及輔助系統集成,形成樣機“產品二”,其目標是自主設計完成燃氣輪機總裝、集成并通過性能試驗考核,最終形成國產化率96%以上的30兆瓦級燃驅壓縮機組。
“產品一”已在2011年10月27日通過國家能源局、中國機械工業聯合會和中國石油天然氣集團公司組織的新產品鑒定。
自主研制
“產品二”的研制是30兆瓦燃驅壓縮機組國產化的重頭戲。30兆瓦燃驅壓縮機組由功率等級為30MW的燃氣輪機、離心式壓縮機,以及進排氣、燃料、潤滑油、機組監控和保護、配電、消防等附屬系統組成。
七〇三所項目負責人告訴記者,“產品二”研制重點和難點在于30兆瓦級燃氣輪機的設計和生產,以及機帶燃料系統、機組監控和保護系統的設計和集成。在研制過程中,七〇三所突破了以貧燃預混燃燒為核心的低排放燃燒室設計技術,自主研制了低排放燃燒室,并通過了部件試驗和整機燃料比例影響試驗;突破了30兆瓦級大功率高速動力渦輪的設計技術,在國內首次自主研制30兆瓦級大功率高速動力渦輪,整機試驗表明高速動力渦輪性能滿足設計要求,并在國內首次完成了整機性能試驗和與壓縮機聯合機械運轉試驗,機組性能滿足研制要求。
哈汽首次承接30兆瓦燃驅壓縮機組核心部分——燃機本體國產化研制任務,以船用燃氣輪機動力渦輪研制經驗和9FA重型燃機生產制造技術,以及承擔的“863”項目“F級中低熱級燃料燃氣輪機關鍵技術與整機設計研究”成果為根基,高速度、快節奏,迅速備戰國產首臺30兆瓦燃機生產研制工作。
據哈汽副總工程師姚青文介紹,30兆瓦燃驅壓縮機組是一型先進的燃氣輪機,其本體部分包括低壓壓氣機、高壓壓氣機、高低壓渦輪、燃燒室和高速動力渦輪五部分組成,共有3143種、21771個零件,其中關鍵部套154個。
在生產過程中,哈汽嚴格按照國標的要求組織研制生產,攻克了一系列燃壓制造核心技術,完成了燃燒室、一二級空心冷卻葉片的研制,完成了高速渦輪三四級動導葉片、高低壓壓氣機鈦合金動葉片、不銹鋼導葉片、高溫空心冷卻葉片、高低壓壓氣機轉子、高低壓渦輪和動力渦輪高溫合金輪盤、高低壓壓氣機鈦合金輪盤、燃氣輪機燃燒室、燃氣發生器等關鍵性部件的生產制造任務,并于2012年12月4日,完成燃氣輪機制造并交付試車。
經過前期的精心攻關,首臺國產30兆瓦燃驅機組在2014年9月10日迎來了標志性的成果,機組通過了國家能源局、中國機械工業聯合會和中國石油天然氣集團公司共同組織的新產品鑒定。鑒定認為,研發團隊成功研制了具有自主知識產權的30兆瓦級天然氣增壓用燃氣輪機,突破了工業驅動用燃氣輪機、燃驅壓縮機組的研制、試驗、測試和成套關鍵技術;成功研制的30兆瓦級燃驅壓縮機組“產品二”整體性能滿足天然氣長輸管線建設和運行要求,達到國際先進水平、填補了國內空白,機組國產化率達到96%以上。
投產測試
在2015年下半年以后,機組進入到密集的投產測試工作。5月28日,西北聯合管道公司完成國產燃驅機組投產方案、操作運行規程及配套檢查記錄、應急預案等技術文件的編制和審核;7月3日,組織管道建設項目經理部、OEM廠商完成投產方案的最終審核;10月15日,組織完成煙墩站壓縮機組投產測試預驗收工作,共發現各類問題78項,及時組織開展問題整改;10月27日,完成機組氣密測試;11月30日,完成機組進氣前的所有單體功能測試;12月13日,完成動火連頭作業;12月25日,完成投產前檢查;12月26日,煙墩站國產首臺30兆瓦級燃驅壓縮機組首次點火成功。
據西北聯合管道公司項目負責人透露,煙墩站1號機組計劃在1月25日前后開展24小時測試,整體上計劃在1月底前完成機組的防喘振測試,并開展72小時近似性能測試;正常情況下,預計2月中旬可以完成全部投產測試工作。
另據悉,截至目前,中石油物資公司已與七〇三所簽訂了5臺燃驅壓縮機組的采購合同,其中,包括2臺“產品二”、3臺“產品一”。隨著煙墩站1號機組投產帶來的示范效應,中國天然氣大容量長距離安全穩定輸送將迎來更多的“中國心”。
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