M701F燃?xì)廨啓C(jī)2級(jí)轉(zhuǎn)子輪盤溫度偏高原因分析及處理

張軍

(廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東 惠州 516082)

1 設(shè)備概述

日本三菱公司生產(chǎn)的M701F燃?xì)廨啓C(jī)采用了1個(gè)可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)葉(IGV)的17級(jí)高效率軸流式壓氣機(jī)，圍繞軸系中心線以環(huán)繞方式排列布置的20個(gè)筒形燃燒器、內(nèi)筒及尾筒構(gòu)成了燃燒室，4級(jí)靜葉環(huán)及4級(jí)反動(dòng)式動(dòng)葉構(gòu)成透平，附屬零部件包括2組徑向可傾瓦、1組推力瓦、缸體、氣管、油管、支架以及測(cè)點(diǎn)元件等。

2 M701F燃機(jī)風(fēng)煙系統(tǒng)簡(jiǎn)介

空氣通過空氣過濾系統(tǒng)、進(jìn)氣室、IGV等部件進(jìn)入壓氣機(jī)，在壓氣機(jī)內(nèi)，空氣被強(qiáng)有力地壓縮，并通過出口導(dǎo)液(OGV)送到燃兼壓缸。壓縮空氣根據(jù)功能主要分成3部分：一部分與天然氣一道進(jìn)入燃燒器并參與燃燒；一部分被抽出，變成透平冷卻空氣(TCA)；一部分分別從6級(jí)、11級(jí)、14級(jí)靜葉環(huán)抽出，通過抽氣管道及其節(jié)流孔板流經(jīng)對(duì)應(yīng)靜葉環(huán)、靜葉及氣封體，作為冷卻空氣來冷卻4級(jí)、3級(jí)、2級(jí)靜葉環(huán)。

以壓氣機(jī)14級(jí)靜葉為一個(gè)平面，2級(jí)靜葉冷卻空氣以間隔120°角分3根管從中抽出，經(jīng)母管匯合后分上、下2根管進(jìn)入透平2級(jí)靜葉環(huán)，通過靜葉組件專門冷卻孔冷卻靜葉環(huán)、遮熱環(huán)、靜葉、氣封體等零部件。冷卻空氣從氣封體貫穿孔流出后，一部分流向2級(jí)靜葉與1級(jí)動(dòng)葉密封刷處，以隔離熱氣源，另一部分流向氣封體蜂窩氣封，并最終流向2級(jí)靜葉與2級(jí)動(dòng)葉葉根處，以隔離熱氣源。

3 透平2級(jí)轉(zhuǎn)子輪盤溫度高故障概述

3.1 轉(zhuǎn)子輪盤溫度測(cè)點(diǎn)簡(jiǎn)介

轉(zhuǎn)子輪盤溫度(DCT)是一個(gè)監(jiān)測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)是否正常運(yùn)行的重要參數(shù)，DCT大于460 ℃則超溫報(bào)警。DCT熱電偶從靜葉環(huán)專門導(dǎo)管插入，貫穿透平缸、靜葉環(huán)、靜葉及氣封體，熱電偶頂端距離轉(zhuǎn)子約5 mm左右。安裝完畢的熱電偶穿過導(dǎo)管并幾乎直達(dá)氣封體蜂窩密封底部。在熱電偶正常工作情況下，當(dāng)2級(jí)DCT出現(xiàn)高溫報(bào)警時(shí)，則往往意味著透平風(fēng)煙系統(tǒng)出現(xiàn)異常。

3.2 故障1

某M701F燃?xì)廨啓C(jī)并網(wǎng)后，在升負(fù)荷過程中發(fā)生了2級(jí)DCT高溫報(bào)警故障。從CCLoad 205 MW(GT Load 120 MW)開始，2級(jí)DCT(右側(cè))從445 ℃急劇上升到477 ℃，此時(shí)CCLoad 243 MW(GT Load 159 MW)，負(fù)荷繼續(xù)升高，2級(jí)DCT基本保持在480 ℃左右。 在CCLoad 350 MW(GT Load 220 MW)時(shí)，2級(jí)DCT升至486 ℃。降低負(fù)荷至CCLoad 269 MW(GT Load 144 MW)時(shí)，2級(jí)DCT相應(yīng)下降，重新升高負(fù)荷后，2級(jí)DCT最高升至491 ℃。負(fù)荷上升過程中，轉(zhuǎn)子冷卻空氣(RCA)溫度從160 ℃升高到210 ℃，并無異常。

3.3 故障2

某機(jī)組負(fù)荷維持在250 MW左右基本不變時(shí)，2級(jí)輪盤溫度在40 min內(nèi)緩慢升至報(bào)警值(最高到470 ℃)，退出機(jī)組自動(dòng)發(fā)電量控制(AGC)，將負(fù)荷降至215 MW，2級(jí)輪盤溫度(左側(cè))基本穩(wěn)定在448 ℃左右。負(fù)荷上升過程中，RCA溫度從160 ℃升高到219 ℃，并無異常。

3.3 故障總結(jié)

(1)DCT隨負(fù)荷大小而相應(yīng)升高或降低。

(2)經(jīng)觀察，DCT在負(fù)荷200 MW升至280 MW的過程中經(jīng)常出現(xiàn)上升較快的現(xiàn)象。

(3)DCT有時(shí)在某些特定負(fù)荷區(qū)域偏高但其余區(qū)間正常。

4 DCT偏高危害

DCT偏高且機(jī)組長(zhǎng)期超溫運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

(1)密封保持環(huán)長(zhǎng)期在460 ℃以上高溫運(yùn)行，材質(zhì)金相組織會(huì)發(fā)生變化，蠕變速度加快，加上機(jī)組每天啟、停引起的熱脹冷縮，材質(zhì)穩(wěn)定性更加惡化，保持環(huán)端面及外圓很容易出現(xiàn)剛性變形，進(jìn)而嚴(yán)重影響保持環(huán)的使用壽命。

(2)密封保持環(huán)溫度過高會(huì)引起蜂窩氣封、刷子氣封等出現(xiàn)相應(yīng)程度的膨脹，與轉(zhuǎn)子配合的間隙將減小，因此很容易與轉(zhuǎn)子輪盤碰磨，如此更加影響保持環(huán)的密封效果。如果溫度進(jìn)一步升高，則將形成惡性循環(huán)，任其發(fā)展將會(huì)加劇密封保持環(huán)整體失效。一旦密封保持環(huán)失效，熱氣直接沖刷轉(zhuǎn)子輪盤，轉(zhuǎn)子受熱膨脹，動(dòng)葉與分割環(huán)間隙隨之減小，甚至出現(xiàn)碰磨，機(jī)組振動(dòng)也隨之增大，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起跳機(jī)、轉(zhuǎn)子彎曲及動(dòng)葉片與轉(zhuǎn)子碰磨等極端事故。

(3)密封保持環(huán)受熱變形后與靜葉葉根間隙變大，熱氣損失增加，透平做功減少，效率下降。

(4)DCT偏高，機(jī)組負(fù)荷受限，偏離機(jī)組最佳運(yùn)行工況點(diǎn)，整臺(tái)機(jī)組燃料增加、效率下降，從而造成較大損失。

5 2級(jí)DCT高原因分析

根據(jù)DCT監(jiān)測(cè)位置、燃?xì)廨啓C(jī)靜葉環(huán)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以及透平風(fēng)煙系統(tǒng)流程，當(dāng)2級(jí)輪盤出現(xiàn)高溫報(bào)警時(shí)，建議從以下幾方面進(jìn)行檢查。

(1)2級(jí)DCT熱電偶探頭工作是否異常，測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確。

(2)燃燒調(diào)整是否出現(xiàn)下述問題：空氣與天然氣空燃比匹配差，燃燒不平穩(wěn)，尾筒排氣溫度局部偏高，溫度場(chǎng)分配不均勻，偏離設(shè)計(jì)要求，燃燒產(chǎn)物流過靜葉后局部溫度偏高引起氣封體溫度異常。如燃燒室未出現(xiàn)壓力波動(dòng)或動(dòng)葉徑溫度計(jì)(BPT)排煙溫度偏差大等報(bào)警，燃燒振動(dòng)也無異常，該原因可以首先排除。

(3)冷卻空氣參數(shù)發(fā)生變化。

1)壓氣機(jī)入口溫度(大氣溫度)偏高。

2)壓氣機(jī)IGV開度不夠，進(jìn)氣量偏少，或壓氣機(jī)局部發(fā)生大范圍泄漏，冷卻空氣抽氣量隨之減少。

3)壓氣機(jī)工作異常，OGV排氣壓力不夠或溫度偏高。

(4)TCA冷卻空氣異常，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子溫度偏高，主要原因有3點(diǎn)。

1)TCA抽氣管道法蘭泄漏。

2)TCA濾網(wǎng)堵塞、疏水閥泄漏。

3)抽氣閥出現(xiàn)內(nèi)漏，導(dǎo)致部分冷卻空氣直接流向燃機(jī)排氣缸。

(5)靜葉環(huán)冷卻空氣異常。

1)壓氣機(jī)抽氣管法蘭泄漏。

2)抽氣管節(jié)流孔板堵塞。

(6)氣封體出現(xiàn)異常。

1)氣封體與轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生間隙。氣封體與轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生間隙主要是由于安裝時(shí)，靜葉環(huán)找中出錯(cuò)或氣封體及靜葉環(huán)出現(xiàn)物理變形。

2)氣封體零部件配合間隙超標(biāo)。如圖1所示，J8，J9，J10間隙都超出相應(yīng)的允許值，引起冷卻空氣泄漏，從而直接引起冷熱氣流壓力失衡，最終導(dǎo)致DCT偏高。間隙超標(biāo)主要原因包括密封刷與轉(zhuǎn)子輪盤出現(xiàn)磨損，氣封體擋氣板出現(xiàn)變形或磨損，螺釘出現(xiàn)彎曲或變形，氣封體后流側(cè)與靜葉根出現(xiàn)磨損。

圖1 氣封體零部件配合間隙超標(biāo)

(7)靜葉環(huán)異常。靜葉環(huán)的冷卻通道出現(xiàn)損傷，如堵塞、破裂等；靜葉環(huán)由于冷卻效果不良引起溫度上升，進(jìn)而引起氣封體溫度升高。

6 2級(jí)DCT偏高臨時(shí)處理方案

根據(jù)廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司多年9F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及每次T檢情況分析，2級(jí)DCT偏高往往由上述第(6)條原因造成，但要從根本上處理該缺陷則需要進(jìn)行開缸處理，工作量大且工期長(zhǎng)，成本非常高。建議采用加大冷卻空氣風(fēng)量來臨時(shí)消除該缺陷。

(1)手動(dòng)增加IGV開度，使進(jìn)氣量增加，但該方法會(huì)直接破壞燃燒情況，燃?xì)廨啓C(jī)效率明顯下降，而且壓氣機(jī)3級(jí)、4級(jí)抽氣都會(huì)受到影響，加上具體增加多少開度很難計(jì)算，因此該方法非常不安全、不可取。

(2)擴(kuò)大2級(jí)抽氣管節(jié)流孔板，使2級(jí)靜葉環(huán)冷卻空氣量增加。這是目前某廠所采用的臨時(shí)處理方法，該方法主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

1)該方法只需將節(jié)流孔板通流面積適當(dāng)增加，處理簡(jiǎn)單，拆裝方便。

2)2級(jí)DCT冷卻空氣采用的是14級(jí)抽氣，不影響6級(jí)、11級(jí)的抽氣效果。

3)增加了2級(jí)DCT冷卻空氣量，壓氣機(jī)OGV排氣隨之減少，但試驗(yàn)證明對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒影響比較輕微，可忽略不計(jì)。

4)節(jié)流孔板擴(kuò)孔增加量具體增加多少才可以既保證DCT下降到安全范圍，又降低燃?xì)廨啓C(jī)效率，三菱公司有較完整的計(jì)算方法，依據(jù)此方法計(jì)算出節(jié)流孔板擴(kuò)孔增加量，可保證機(jī)組安全運(yùn)行。

7 運(yùn)行效果

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司在出現(xiàn)2級(jí)DCT偏高后，將2級(jí)抽氣節(jié)流孔板節(jié)流孔的直徑尺寸由最初的117.36 mm增加到122.36 mm，通過1年多運(yùn)行時(shí)間證明，DCT一直穩(wěn)定在安全范圍內(nèi)，且機(jī)組效率并未出現(xiàn)明顯下降，事實(shí)證明該臨時(shí)方案可行、安全，當(dāng)類似機(jī)組出現(xiàn)同樣問題但短期內(nèi)又無檢修機(jī)會(huì)時(shí)，可參考該方案臨時(shí)進(jìn)行處理。