燃驱天然气压缩机组性能仿真与维护研究

【摘要】：燃驱天然气压缩机组是西气东输压气站的关键设备，对该大型设备的性能与维护方案开展研究对于保障压气站安全运行、节省运营成本意义重大。利用仿真代替实际机组进行试验和研究分析其性能，试验周期短，耗费成本低。机组的历史运行数据切实地反映其过去的运行状态，可用来验证仿真的准确性；通过对机组的历史故障数据的研究可用来预测某些部件的故障规律，从而为维护工作提供帮助。因此本文主要对GE公司研制的某燃驱天然气压缩机组的工作过程进行性能仿真，并开展了对西气东输压气站的故障数据的分析和维护工作的研究，开展的工作包括以下几个方面： （1）采用模块化的方法，在Matlab/Simulink平台上分别建立压气机模块、燃烧室模块、涡轮模块、容积模块，转子模块、PID控制模块等模块库，并建立离心式压缩机模块作为燃气轮机的负载，搭建了燃驱天然气压缩机组的动态仿真模型。 （2）在验证了燃驱天然气压缩机组系统准稳态计算的准确性的基础上，进行燃驱天然气压缩机组变工况特性的仿真，并对其在典型动态阶跃变化时的动态响应特性进行了研究。 （3）开发了基于压气站现场运行数据的燃气轮机稳态计算模型，以运行数据作为模型输入量得到燃气轮机各个截面的性能参数。计算结果可以看出，随着机组运行时间的累计，燃气轮机的性能会产生明显的下降。为科学地评估燃气轮机的性能引入了工程管理中的控制图工具，分析燃气发生器水洗前后压气机效率的变化，分析结果与预期吻合，可作为燃气轮机的水洗维护工作的参考。 （4）研究燃气轮机中滑油系统的历史故障记录，发现润滑油滤芯的折旧损坏是最主要故障形式。认为滤芯的寿命服从Weibull分布，基于此开发了滤芯剩余寿命的预测模型，为燃气轮机滑油系统的维护工作提供了合理性意见。 本文所开展的工作可用来模拟压气站燃驱天然气压缩机组的动态响应过程，并为系统的维护策略的制定提供参考，对于保障西气东输压气站经济、合理地运行有很强的借鉴意义。 【关键词】：燃气轮机 压缩机 性能分析 维护 控制图 Weibull分布
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 课题背景与研究目的13-15
• 1.2 燃驱压缩机组仿真国内外研究进展15-18
• 1.2.1 燃气轮机的仿真研究进展16-17
• 1.2.2 压气站长输管道的仿真研究进展17-18
• 1.3 维护工作的研究现状18-20
• 1.3.1 维护的发展概述18-19
• 1.3.2 西气东输压气站现行的维护状况19-20
• 1.3.3 研究压气站维护工作的工具20
• 1.4 本文研究内容20-22
• 第2章 燃驱天然气压缩机组模块化建模研究22-45
• 2.1 燃气轮机概况及工作原理22-23
• 2.1.1 某型燃气轮机概况22
• 2.1.2 某型燃气轮机工作原理简介22-23
• 2.2 MATLAB/SIMUlink 仿真平台介绍23-24
• 2.3 燃气轮机机组模型的建立24-36
• 2.3.1 压气机模块25-29
• 2.3.2 燃烧室模块29-30
• 2.3.3 透平模块30-33
• 2.3.4 转子模块33-35
• 2.3.5 容积模块35-36
• 2.3.6 PID 模块36
• 2.4 天然气压缩机负载模块的建立36-44
• 2.4.1 离心式压缩机37-40
• 2.4.2 Annubar 流量计模块40-43
• 2.4.3 输运管道模块43-44
• 2.5 小结44-45
• 第3章 燃驱天然气压缩机组性能仿真与结果分析45-56
• 3.1 燃驱天然气压缩机组仿真模型的验证45-47
• 3.2 燃驱天然气压缩机组变工况性能47-49
• 3.3 燃驱天然气压缩机组动态性能研究49-55
• 3.3.1 下游用户需求压力变化对燃驱压缩机组的影响49-52
• 3.3.2 动力转子转速变化对对燃驱压缩机组的影响52-55
• 3.4 小结55-56
• 第4章 基于控制图的燃驱压缩机组性能评价方法56-66
• 4.1 燃驱天然气压缩机组监测系统56-57
• 4.2 燃气轮机机组稳态性能分析模型57-60
• 4.3 控制图法评价燃气轮机性能60-65
• 4.3.1 控制图法的概述60-61
• 4.3.2 控制图的要素与原理61-62
• 4.3.3 控制图法评价准则62-63
• 4.3.4 控制图法对分析燃气发生器的工作状态63-65
• 4.4 小结65-66
• 第5章 燃驱压缩机组滑油系统维护的研究66-81
• 5.1 滑油系统的功能及组成66-69
• 5.1.1 滑油系统的功能描述66-67
• 5.1.2 滑油系统的组成描述67-69
• 5.2 滑油系统的历史故障数据69-71
• 5.3 基于 weibull 分布的剩余寿命模型71-72
• 5.4 滑油系统部件可靠性分析研究72-80
• 5.4.1 可靠性分析软件72-75
• 5.4.2 计算滤芯寿命所需数据的来源75
• 5.4.3 计算模型结果的分析75-80
• 5.5 小结80-81
• 第6章 研究结论与展望81-83
• 6.1 全文总结81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 参考文献83-86
• 致谢86-87
• 攻读学位期间发表的学术论文87

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