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重庆幸运农场中奖金额:重型燃气轮机数字化仪控设计标准及分析

【发布时间:2016-03-23】    【信息来源:仪控工程网

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  摘 要:

  结合美国通用、西门子、三菱重工和阿尔斯通重型燃气轮机仪控的设计,对重型燃气轮机仪控相关标准体系进行分析,为我国重型燃气轮机仪控标准化提供建议,可供燃气轮机数字化仪控系统自主化设计参考。

  关键词:

  重型燃气轮机;仪控;标准体系

  中图分类号:TL421.1 文献标识码:A 文章编号:1671-1041(2015)01-0084-03

  引言

  燃气轮机自上世纪30年代诞生以来迅速发展,在发电领域,重型燃气轮机联合循环发电热效率已达到了60%,是人类目前已掌握的热-功循环效率最高的大规模商业化发电方式 [1] 。

  发达国家都力求垄断燃气轮机这一领域,一方面在技术上实行严格控制、保密,另一方面又不断投入大量人力、财力,竭力提升这一技术水平。虽然我国“十五”期间,国家发展和改革委员会进行了3次捆绑招标,引进美国通用电气、德国西门子和日本三菱3种F级大型单轴燃气轮机机组共54套,全部建成后总装机容量超过20000MW。但燃气轮机在我国尚未能实现产品整套自行设计和制造,没有掌握重型燃气轮机产品整套设计、制造技术,与国外相比在某些技术上差距还很大 [2] 。

  数字化仪控系统设计是燃气轮机关键核心技术之一。在国家“打捆招标”引进重型燃气轮机制造技术过程中,无论是GE的Mark系列、Siemens的TXP还是MHI的DIASYS均未实现燃气轮机仪控系统设计核心技术的转让,甚至国内都没有修改调试阶段任何控制参数的权限和能力,不仅产业发展受到了严重地制约,而且由于燃气轮机电厂与电网关联密切,对我国公众安全构成潜在挑战。

  由此可见,在燃气轮机数字化仪控的设计开发过程中并无捷径可走,作为共性技术之一的标准研究与分析就变得愈发重要和紧迫,必须首先对涉及燃气轮机仪控设计前沿的国内外相关标准进行消化整理分析,为指导燃气轮机数字化仪控设计提供共性支撑与理论依据。

  1 国内燃气轮机标准体系 [3]

  1.1 国内燃机标准的发展

  国内燃机研制工作起步于20世纪50年代,直至20世纪70年代中期才意识到标准、规范的重要性,航空和地面燃机有关部门开始收集、翻译、研究国外的标准、规范。20世纪80年代初航空部筹建了燃机标准技术委员会,聘请了一批专家负责制定、审查标准。经过几年的学习、研究、消化美国空军、海军用各种发动机通用标准,结合我国国情于1987年颁布了《航空涡喷、涡扇发动机通用标准》和《航空涡桨、涡轴发动机通用标准》。与此同时,工业用和舰船用轻型燃机的设计、生产部门也在学习、吸收国外燃机标准的基础上,参考国内航空燃机通用规范,制定了较为全面、完善、既有先进性、又有现实性的适合我国国情的轻型燃机标准、规范系列,也考虑到了国产轻型燃机出口的需要。至于重型燃机,目前国内以引进、合作开发为主,因此主要遵照重型燃机出口国的标准。

  1.2 国内燃机标准的作用

  近20年来,燃机行业贯彻执行制定的标准、规范,设计、工艺、加工、试验等各方面人员重视质量管理,已经显示出对燃机产业的促进作用。标准、规范是研制燃机的重要管理工具,不仅起着保证和提高产品研制质量(性能、可靠性、寿命等)的作用,而且作为仪控设计输入的组成部分,设计中采用的法规、导则、规范和标准具有极其重要的地位。在承担仪控项目的设计、设备采购和制造、调试过程中,应确定法规、导则、规范和标准的采用原则,并编制目录清单。

  规范还体现了供需双方对产品的基本要求,提供了燃机用户和供货方签订研制、生产合同的依据,也使验收有章可循,有助于改善产品供需双方的关系,这表现在双方对产品质量有一个公认的要求,生产方必然尽力满足产品要求,以获得经济效益;用户也会为得到满意的产品,多方关注与配合。因此,遵守标准和规范,既是燃机研制工作的科学管理方法,又是提高燃机研制质量,提高可靠性、耐久性、维修性的捷径。

  2 重型燃气轮机仪控设计标准分析

  燃气轮机生产研制过程中标准发挥了重要作用,其仪控设计开发过程也不例外,标准必须先行,先进的标准是产品质量的保证。

  通过对现行国内外的燃气轮机仪控标准进行筛查整理分析,重型燃气轮机仪控设计过程中需要满足和采纳以下6类标准的要求:采购总体要求、安全可靠性要求、监测系统要求、环保要求、电磁兼容要求、联合循环热工要求。
  
  2.1 采购总体要求

  燃气轮机仪控采购的总体要求来自燃气轮机采购标准ISO3977,《燃气轮机:采购(GB/T 14099.3/ISO 3977-3)》标准在2004年进行了升版,2009年由中国机械工业联合会提出、全国燃气轮机标准化技术委员会(SAC/TC 259)归口,南京燃气轮机研究所等单位的多位专家将该标准转化为国标GB/T 14099.3。该标准给出了采购方从成套商采购各种用途的燃气轮机和燃气轮机系统及其辅助设备的设计要求,其中第6章包括了控制与仪器仪表的整体功能要求,对仪控系统总体功能地确定有重大指导意义。例如6.12.1.2给出了控制器冗余的设计依据:当非计划?;憷床晒悍焦娑ǖ淖钚〈问侵凉刂匾?,按照采购方与成套商之间的商定意见,可以为控制系统、电源、发动机测量仪和终端装置配备三套硬件提供三选二的控制方式,并实现损坏的控制部件或测量仪的在线更换 [4] 。

  2.2 安全可靠性要求

  随着仪控系统可靠性技术地发展,我国对安全相关系统的要求地不断提高,有关安全相关系统的标准也不断跟随国外标准制定机构而进行更新和完善,为了促进和规范燃气轮机安全相关的仪控?;は低车纳杓?、制造和应用,国内外一直致力于制定相关的安全标准。

  ISO技术委员会(ISO/TC192)近日制定出版了ISO21789:2009《燃气轮机的使用—安全(Gas turbineapplications-Safety)》。在开篇就指出基于IEC61508/ ISO14121-1的安全评估是凌驾于一切之上的设计准则。该国际标准化为供需双方提供了一套明确的、全球公认的安全要求,人们可以对比这些要求去评估与具体燃气轮机相关的风险,并且确保所有利益相关方有一个唯一的参照基准。

  该标准虽然是欧盟法规,但这并不妨碍在欧盟以外的其他国家和地区的使用,然而该标准还未在国内进行转化。

  IEC61850系列标准是涉及燃气轮机仪控设计领域非常普遍、通用和基础的规范,在世界上影响非常大,众多国内外招标文件经常规定仪控系统所需满足的安全完整性等级,成为进入燃气轮机仪控?;ち煊虻幕久偶?,下面以重型燃气轮机几大知名厂商为例进行说明。西门子燃气轮机?;は低巢捎肁S620F(S5-95F/H)故障安全子系统,遵守SIL3的安全要求的认证 [5] 。法国阿尔斯通应用于轮机控制与?;さ腁LSPA系统的CE3500三重冗余子系统也获得了TUV的SIL3认证。美国通用也推出了Mark VIeS 安全控制系统,用于符合IEC61508的安全关键部件,使用ControlST套装软件来简化维护工作。日本三菱重工(MHI)2013年8月27日在其网站上公布,应用于燃气轮机控制与?;さ腄IASYS系统已经获得IEC 61508(SIL3)国际标准的功能安全认证。

  2.3 监测系统要求

  ISO在2005年推出了《燃气轮机装置的数据获取和趋势监控系统要求(Gas Turbine-Data acquisition and trendmonitoring system requirements for gas turbine installations,ISO19860:2005)》,该标准规定仪表成套需要满足性能监视、燃烧监视、排放监测和机械振动监测四大方面的要求,并将这些必要的测点整理成表 [6] 。

  2.4 环保要求

  2001年,南京燃气轮机研究所和上海发电设备成套设计研究院等单位将ISO11042-1标准(Gas turbine-Exhaustgas emission-Part1:Measurement and evaluation)转化为我国国标(GB/T 18345.1),规定了燃气轮机烟气排放测量与评估方法,并定义了相关的排放术语,提供了对试验现场、仪表配置及测量精度与数据修正的要求,使烟气排放的鉴定有了统一的标准。同时还给出了表示烟气排放物的各种形式之间的关系 [7] 。

  另外,在国家节能减排大背景下,许多地方也制定了燃气轮机排放标准,其仪表测量与成套也需注意,比如北京市地方标准《固定式燃气轮机大气污染物排放标准(DB11/ 847—2011)》。

  2.5 电磁兼容要求

  ISO3977采购标准规定控制屏地设计和制作不应让外部电磁辐射干扰其工作,且应将任何辐射限制在其工作所要求的范围,当有国家规定时,成套商应遵循这些规定 [4] 。我国执行的是IEC61000系列的标准。

  2.6 联合循环热工要求

  联合循环热工要求与其他火力发电厂差别不大,可以执行《燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定(DL/T5174-2003)》第12节热工自动化的相关章节。

  3 结束语

  全球范围内燃气轮机仪控相关的国际标准、国家或区域标准、行业标准构成了燃气轮机仪控标准体系。其中以ISO/IEC标准及其衍生标准构成了标准体系的主体,其他类型的标准也起到了不可或缺的作用。这些标准相互影响,相互促进,各标准之间既有联系,又有差异。各国采用的燃气轮机仪控标准是不完全相同的,但在上述6个方面都积极与国际权威标准化组织的标准接轨。其中被广泛采用的国际标准包括ISO3977系列标准和IEC61508/61000系列标准。

  国际上四大重型燃气轮机供应商(GE/SIEMENS/MHI/ALSTOM)对仪控?;さ陌踩煽啃跃冉瞎刈?,IEC61850已广为业界认同,SIL3等级的仪控基本上成为进入该领域?;は低车闹匾偶?。

  在世界范围内燃气轮机仪控相关标准的制修订活动是非?;钤镜?,但在我国,虽然近年来国家对标准化事业越来越重视,但我国在采纳吸收国际国外先进标准方面滞后,而且国际标准中几乎没有中国实质性参与制定的国际标准。

  作者简介:

  张强(1979-),男,工程师,从事机组控制系统研究与开发。

  参考文献:

  【1】蒋 洪 德 . 重 型 燃 气 轮 机 的 现 状 和 发 展 趋 势 [ J ] . 热 力 透平,2012,41(2):83-88.

  【2】糜洪元.国内外燃气轮机发电技术的发展现况与展望[J].电力设备,2006,10(7):8-10.

  【3】李孝堂.现代燃气轮机技术[M].1.航空工业出版社,2006.GB/T 14099.3-2009,燃气轮机:采购[S].

  【4】阎志敏.V94.3A燃气轮机控制系统[J].电气技术,2008(5):99-103.

  【5】ISO19860:2005,Gas Turbine-Data acquisition and trend

  【6】monitoring system requirements for gas turbine installations[S].

  【7】ISO11042-1,Gas turbine-Exhaust gas emission-Part1:Measurementand evaluation[S].(上海发电设备成套设计研究院 发电设备技术研发与服务事业部,上海 200240)

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