GB/T 28686-2012 燃气轮机热力性能试验

　　ICS 27. 040 K 56

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 28686—2012

　　燃气轮机热力性能试验

　　Gasturbinesthermodynamicperformancetests

　　2012-09-03发布 2013-01-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 28686—2012

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义及符号 1

　　3. 1 术语和定义 1

　　3. 2 符号 4

　　3. 3 下标 5

　　4 指导原则 5

　　4. 1 试验大纲 5

　　4. 2 试验准备 7

　　4. 3 试验实施 8

　　4. 4 试验记录 10

　　4. 5 试验的有效性 10

　　4. 6 不确定度 11

　　5 仪表和测量方法 11

　　5. 1 总体要求 11

　　5. 2 压力测量 13

　　5. 3 温度测量 14

　　5. 4 流量测量 15

　　5. 5 气体燃料测量 15

　　5. 6 液体燃料测量 17

　　5. 7 电功率测量 18

　　5. 8 转速测量 20

　　5. 9 用热力学计算法确定功率 20

　　5. 10 湿度测量 20

　　5. 11 热损失 20

　　5. 12 燃气轮机控制参数 20

　　6 试验结果的计算 21

　　6. 1 电功率计算 21

　　6. 2 电功率换算为机械功率 24

　　6. 3 耗热量 、热效率及热耗率 24

　　6. 4 试验结果的修正 — 基本性能公式 25

　　7 试验不确定度 29

　　7. 1 概述 29

　　7. 2 不确定度计算 30

　　附录 A (资料性附录) 计算示例 40

　　参考文献 51

　　GB/T 28686—2012

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由中国机械工业联合会提出 。

　　本标准由全国燃气轮机标准化技术委员会(SAC/TC259)归 口 。

　　本标准起草单位 :南京燃气轮机研究所 、上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂 、东方汽轮机有限公司 、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 、沈阳发动机设计研究所 、中国航空工业新能源投资有限公司 。

　　本标准主要起草人 :娄马宝 、崔耀欣 、赵世全 、吴爱中 、欧永钢 、陆培坚 。

　　Ⅰ

　　GB/T 28686—2012

　　燃气轮机热力性能试验

　　1 范围

　　本标准规定了燃气轮机发电装置的功率 、热耗率(热效率)等主要性能参数的试验方法 。其目的是确定燃气轮机在试验条件下的热力性能及试验结果的修正 。

　　本标准适用于燃用气体或液态燃料(或在进入燃气轮机之前固态燃料转化成气体或液体燃料)的燃气轮机试验 。包括带排放控制和/或功率增大设备(如流体注入和进气处理) 的燃气轮机试验 。 它可适用于联合循环装置中的或带其他热量回收系统的燃气轮机 。

　　本标准不适用于正在研制中的燃气轮机 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 384—1981 石油产品热值测定法

　　GB/T 2624. 1—2006 用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第 1 部分 :一般原理和要求

　　GB/T 2624. 2—2006 用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第 2部分 :孔板

　　GB/T 2624. 3—2006 用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第 3 部分 : 喷嘴和文丘里喷嘴

　　GB/T 2624. 4—2006 用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第 4 部分 : 文丘里管

　　GB/T 14100—2009 燃气轮机 验收试验

　　GB/T 15135—2002 燃气轮机 词汇

　　GB/T 18345. 1—2001 燃气轮机 烟气排放 第 1部分 :测量与评估

　　GB/T 18345. 2—2001 燃气轮机 烟气排放 第 2部分 :排放的自动监测

　　3 术语和定义及符号

　　3. 1 术语和定义

　　GB/T 14100、GB/T 15135界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1. 1

　　绝对性能 absoluteperformance

　　燃气轮机发电装置在特定条件下的性能(功率 、热耗率 、排气温度 、排气流量/能量) 。 3. 1. 2

　　辅助用电 auxiliarypower

　　燃气轮机发电装置需要的或由试验边界定义的其他场所需用的耗电功率 。

　　1

　　GB/T 28686—2012

　　3. 1. 3

　　比较性能 comparativeperformance

　　燃气轮机发电装置以差值或差率表达的性能参数变化 。

　　3. 1. 4

　　控制温度 controltemperature

　　由制造商确定的一定运行条件下用于控制燃气轮机的温度或温度曲线 。该温度与燃气轮机排气温度可能一致也可能不相一致 。控制温度是试验边界的基本条件之一 ,与实际测量位置无关 。

　　3. 1. 5

　　修正性能 corrected performance

　　按规定的参考条件进行修正的性能参数 。

　　3. 1. 6

　　烟气排放 exhaustgasemissions

　　试验运行条件下从燃气轮机排出的物质 。

　　3. 1. 7

　　排气能量 exhaustgasenergy

　　在试验边界定义的范围内 ,从燃气轮机排出的工质的能量 。

　　3. 1. 8

　　排气流量 exhaustgasflow

　　在试验边界定义的范围内 ,从燃气轮机排出的工质的流量 。

　　3. 1. 9

　　排气温度 exhausttemperature

　　在试验边界定义的范围内 ,从燃气轮机排出的工质的温度 ,它是用质量加权的平均温度 。

　　3. 1. 10

　　热耗率 heatrate

　　在试验边界定义的范围内 ,测得的单位时间内输入的燃料能量与燃气轮机所产生功的比值 。该值一般应注明是按燃料的净比能或总比能 。

　　3. 1. 11

　　抽气 extraction air

　　从试验边界内引出的专用空气 。

　　3. 1. 12

　　气体燃料 gaseousfuel

　　含有或不含有惰性气体的各种可燃物的混合体 。其中每一种成分在使用条件下均呈过热或饱和汽化状态

　　3. 1. 13

　　热损失 heatloss

　　排到试验边界出口外的能量 。

　　3. 1. 14

　　注入流体 injection fluid

　　除气体燃料和液体燃料以外 ,进入试验边界内的气体或液体 。

　　3. 1. 15

　　进气处理 inletairtreatment

　　在燃气轮机的压气机部件前 ,使用设备对进口空气进行冷却或加热 。试验边界必须明确说明该设备是在该试验范围内还是试验范围外 。

　　2

　　GB/T 28686—2012

　　3. 1. 16

　　液体燃料 liquid fuel

　　含有或不含有惰性成分的各种可燃物的混合体 。几乎全由在使用条件下均呈液态的成分所组成 。

　　3. 1. 17

　　热效率 thermalefficiency

　　单位时间内燃气 轮 机 所 产 生 的 功 与 所 消 耗 的 燃 料 能 量 的 比 率 。 热 效 率 可 按 净 比 能 或 总 比 能 来表示 。

　　3. 1. 18

　　参数 parameter

　　由单一仪表在某一位置直接测量的物理量值 、或该同一物理量值若干次测量的平均值 。

　　3. 1. 19

　　功率输出 poweroutput

　　在试验边界上直接测到的电气或机械的单位时间输出功 。

　　3. 1. 20

　　规定参考条件 specified referenceconditions

　　试验结果要按照它进行修正的所有条件值 。

　　3. 1. 21

　　试验 test

　　运行条件可能变化的一组试运行工作 。

　　3. 1. 22

　　试验边界 testboundary

　　试验范围定义的 、必须测定试验范围内的质量流和能量流的热力学控制空间 。根据不同的试验要求 ,可以使用不同的边 界 。试 验 边 界 的 定 义 图 是 帮 助 理 解 该 试 验 范 围 和 测 量 要 求 的 极 为 重 要 的 直 观工具 。

　　3. 1. 23

　　试验读数 testreading

　　所需的所有试验仪表的单次记录值 。

　　3. 1. 24

　　试验运行 testrun

　　在保持工况恒定或接近恒定的运行条件下 ,在规定时间内采集数据组 。

　　3. 1. 25

　　试验不确定度 testuncertainty

　　与修正试验结果有关的不确定度 。

　　3. 1. 26

　　测量不确定度 measurementuncertainty

　　与过程参数或变量测量有关的估计的不确定度 。

　　对测量结果质量的定量表征 。

　　表征合理赋予被测量之值的分散性 ,与测量结果相联系的参数 。

　　3. 1. 27

　　不确定度 uncertainty

　　含有 95%置信水平真值的测量或结果区间 。

　　3

　　GB/T 28686—2012

　　3. 1. 28

　　偏差 tolerance

　　偏离合同性能指标的商业允差 。

　　3. 1. 29

　　不可测变量 immeasurablevariable

　　无法直接测量 ,但可从其他测量参数进行计算的量 。

　　3. 2 符号

　　本文件中使用符号的说明(见表 1) 。

　　表 1 符号定义

　　符 号

　　名 称

　　单位(国际单位制)

　　B

　　系统误差

　　—

　　f

　　燃烧比

　　—

　　ExcLoss

　　励磁机功率

　　kW

　　FC

　　励磁电流

　　A

　　FDA

　　干空气馏分

　　—

　　FV

　　励磁电压

　　V

　　gc

　　重力常数

　　kg · m/s2

　　H

　　排气焓

　　kJ/kg

　　h

　　比焓

　　kJ/kg

　　HHV

　　燃料总比能

　　kJ/kg

　　HIR

　　热耗率

　　kJ/(kW · h)

　　I

　　电流

　　A

　　LHV

　　燃料净比能

　　kJ/kg

　　MF

　　摩尔分数

　　—

　　MW

　　相对分子质量

　　kg/kgmol

　　p

　　压力

　　Pa

　　P

　　功率

　　kW ,MW

　　q

　　质量流量

　　kg/s

　　qmol

　　摩尔流量

　　kgmol/h

　　PF

　　功率因数

　　—

　　Q

　　能量流

　　kW ,MW

　　S

　　标准偏差

　　—

　　U

　　不确定度

　　—

　　V

　　电压

　　V

　　W

　　湿度比

　　kg(水)/kg(干空气)

　　WF

　　重量分数

　　—

　　α

　　用于功率的乘法修正系数

　　—

　　4

　　GB/T 28686—2012

　　表 1 (续)

　　符 号

　　名 称

　　单位(国际单位制)

　　β

　　用于热耗率的乘法修正系数

　　—

　　Δ

　　用于功率的相加修正系数

　　—

　　ΔfH

　　生成热

　　J/mol

　　δ

　　用于排气温度的乘法修正系数

　　—

　　ε

　　用于排气能量的乘法修正系数

　　—

　　γ

　　用于排气流量的乘法修正系数

　　—

　　θ

　　用于不确定度计算的灵敏系数

　　—

　　3. 3 下标

　　本文件中使用下标的说明见表 2。

　　表 2 下标定义

　　下标

　　名称

　　atm

　　大气

　　avg

　　平均

　　calc

　　计算

　　corr

　　修正

　　exh

　　排气

　　ext

　　抽气

　　i

　　组分

　　inj

　　注入流体

　　j

　　燃料组分

　　k

　　非水排气组分

　　K

　　开氏温标

　　meas

　　测量

　　n

　　排气成分组分

　　sat

　　饱和

　　4 指导原则

　　4. 1 试验大纲

　　4. 1. 1 试验计划

　　试验开始前 ,试验承担方应向委托方提供试验计划 。试验计划应由委托方批准 。试验计划的内容至少应包括 :试验目的 、试验对象 、试验边界的划分 、试验的组织和人员职责 、试验准备 、试验步骤 、试验仪表的型式和校准要求 ,测量点布置 、燃机性能保证值的参考条件 、完成试验前的测量系统的不确定度

　　5

　　GB/T 28686—2012

　　分析 、试验状态及稳定性要求 、燃料的采样 、燃气轮机清洁度的检查 、试验数据的采集和资料的保管 、试验最终报告的格式和内容 。

　　4. 1. 2 试验准备

　　4. 1. 2. 1 仪表的校验

　　试验前应对使用仪表的精度 、校准及永久或临时安装的仪表位置进行检查 。

　　试验中所使用的所有仪表都应符合第 5 章有关用于主要试验测量仪表的要求 。所使用的仪表应由有资质的计量检定部门出具检定合格报告 ,燃气轮机热力性能试验的实施时间应在仪表计量检定合格报告的有效期内 。

　　4. 1. 2. 2 仪表的安装

　　对流量仪表建议使用差压式和涡轮流量计 ,流量测量设备应安装在水平管段 。 流量元件的安装应在管道酸洗和(或)冲洗之后进行 。

　　试验仪表所需的接管和管段诸如压力接管 、温度计套管 、流量计管段和临时试验仪表的电气计量连接应在装置设计阶段统一考虑 。

　　仪表的安装数量和位置应符合试验大纲的要求 。所有临时安装的仪表都应能够方便接近、容易隔离 。

　　使用仪表变压器时应有足够的线径以降低电压降 ;使用精确的三相功率表测量电功率时应提供中性点电缆 。

　　说明 :

　　参数 ① 、② 、③ 、④ 、⑤ 、⑥用于功率和热耗率计算 。

　　参数 ① 、② 、③ 、④ 、⑤ 、⑥ 、⑦用于排气流量 、排气能量和排气温度计算 。

　　在进行任何计算时都不要求进行排放测量 。

　　进口温度测量位置需要各方商定 。

　　图 1 通用试验边界

　　6

　　GB/T 28686—2012

　　4. 1. 3 通用试验边界(图 1 通用试验边界)

　　4. 1. 3. 1 两种典型的试验边界为 :

　　a) 测量边界范围内设备的性能(功率和热耗率或热效率)是使用硬件范围边界 。

　　b) 热平衡边界用来计算排气质量流量和能量 。该边界是包围燃气轮机装置的更为严密的一种边界 。

　　4. 1. 3. 2 典型的边界位置如图 1所示 。其中 :

　　a) 空气温度测量必须在进气口(或压气机入口) ,具体由双方商定 。

　　b) 实线箭头指示的是用于计算功率和热耗率和/或计算跨过试验边界的排气流量参数 :排气能量和排气温度及某些或全部质量流量 、热力学条件和化学分析 。

　　c) 虚线箭头指示的是不必确定用于计算试验结果的参数 。

　　4. 1. 4 所需测量的量(见表 3)

　　表 3 所需测量的量

　　能量和流体

　　功率和热耗

　　排气流量 、能量和温度

　　进口空气

　　压力 、温度 、湿度

　　压力 、温度 、湿度

　　燃料

　　温度 、流量 、组分 、压力

　　温度 、流量 、组分 、压力

　　注入流体

　　温度 、流量 、压力

　　温度 、流量 、压力

　　排气

　　压力 、温度

　　温度

　　功率

　　净功率输出 、功率因数

　　总功率输出 、功率因数

　　抽气

　　流量

　　温度 、流量

　　热损失

　　流量 、温度

　　注 1: 热损失 : 只有在进行排气流量或能量计算的试验时 ,才需要测量跨越试验边界的发电机 、润滑油冷却器 、透平罩壳 、转子空气冷却器等的热损失 。可使用估算值代替实际测量 。

　　注 2: 排放 :排放测定不在本标准范围内 , 因而没有规定排放限值或测量的要求 。但是 ,排放极限可能对试验结果有影响 ,故该试验计划应将规定排放水平或限值作为对试验运行条件的要求 。

　　4. 2 试验准备

　　4. 2. 1 在试验之前

　　按事先约定 ,及时通知试验各方 ,使其有必需的时间来作出响应 ,并准备人员 、设备或文件 。试验承担方应及时提供更新的信息 。

　　4. 2. 2 试验前的记录

　　试 验 前 应 记 录 : 燃 气 轮 机 的 型 号 、序 列 号 和 铭 牌 数 据 , 测 量 仪 表 的 序 列 号 和 型 号 及 其 计 量 检 定文件 。

　　7

　　GB/T 28686—2012

　　4. 2. 3 仪表不确定度的控制

　　用于数据采集的仪表应至少与试验前不确定度分析中规定的仪表同精度 。该仪表可为永久性设置仪表或临时试验用仪表 。

　　在试验之前应对所有仪表的校准进行充分检查 ,并必须提供这些记录和校准报告 。试验后 ,对任何一方观察到的记录不一致的仪表需进行重新校准或检定 。

　　4. 2. 4 设备检查和清洁度

　　试验前 ,被试机组应处于可靠的运行状态 ,制造商的代表应按自己的判断 ,确定被试机组是否处于可靠运行状态 。

　　被试机组应在新的 、清洁的状态下进行试验 ,制造商的代表应按自己的判断 ,确定被试机组是否处于新的 、清洁的状态 。

　　如果制造商的代表依自己的判断 ,认为被试机组未处于新的 、清洁的状态 ,应采用相应的措施恢复到新的 、清洁的状态 。

　　必须指出 ,任何燃气轮机的性能都会随时间的增长而衰减 ,其程度取决于燃料 、空气质量 、水质 、运行调度方法以及燃气轮机操作和维修时的精心程度 。建议试验各方应商定有关全新清洁机组的定义以及相应性能修正曲线的应用方法 。

　　4. 2. 5 初步运行和调整

　　在开始试验之前 ,燃气轮机应运行足够长的时间 , 以验证燃气轮机的运行可靠性和稳定性 , 而且控制变量在表 4 中所示偏差范围内 。在这个阶段 ,应对仪表进行检查 。

　　4. 2. 6 预试验

　　在开始总体性能试验之前应进行充分的预试验 ,并留有时间对初步试验结果进行计算 , 以审核实测数据的数量和质量 ,揭示存在的问题 。最终进行调整并修改试验要求和/或试验设备 。

　　4. 3 试验实施

　　4. 3. 1 规定的参考条件

　　这些条件是确定保证值的依据 ,它们是功率和热耗率的修正基础 。应尽一切努力尽可能接近规定的参考条件来进行该试验 , 以减少修正偏差 。

　　4. 3. 2 开始和停止试验和试运行

　　4. 3. 2. 1 开始条件

　　试验协调员负责确保在约定的试验开始时收集所有数据 ,并确保通知试验各方开始的时间 。

　　在开始性能试验之前 ,必须满足下列条件 :

　　a) 最大允许偏差 。使用的燃料 、设备运行状态和运行参数满足 4. 3. 5 的要求 。

　　b) 稳定性 。在开始试验之前 ,应使燃气轮机运行到稳定状态 。在连续监测时 ,稳定状态的读数在制造商确定的最大许可变动范围内 。