GE 9FA燃機電廠清吹系統(tǒng)典型故障及防范

王小江（福建能源集團晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 晉江 362251）

GE 9FA燃機電廠清吹系統(tǒng)典型故障及防范

王小江（福建能源集團晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 晉江 362251）

本文介紹了GE 9FA清吹系統(tǒng)典型熱工故障類型，分析其故障原因并制定相關(guān)防范措施。通過大量的實施實例，介紹了近年來某電廠采取的設(shè)備改進、邏輯優(yōu)化等技術(shù)改造工作，為防范清吹系統(tǒng)故障提供多種思路。采取技術(shù)改進措施后，極大提高燃機清吹系統(tǒng)穩(wěn)定性，有利于機組安全穩(wěn)定運行。

清吹閥；保護；改造；優(yōu)化

1 引言

GE 9FA燃機采用干式低氮燃燒的DLN2.0+燃燒系統(tǒng)，燃燒器由擴散燃燒通道D5、預(yù)混燃燒通道PM4、預(yù)混燃燒通道PM1。機組啟動至滿負荷過程中，燃燒室通過多種配氣模式組成各種燃燒模式。

當燃機燃燒進入預(yù)混階段，燃氣清吹系統(tǒng)將壓氣機排氣對D5燃燒器及管道進行大流量清吹。當燃燒方式在擴散燃燒時，則將提供小流量空氣對PM4燃燒器及管道連續(xù)進行清吹，以便將燃燒器及管道中的剩余燃氣清吹掉。當所有燃燒器燃燒時，清吹系統(tǒng)是不工作的。每路燃氣母管在不輸送燃料的時候都要清吹。如正常運行中燃料控制閥關(guān)閉，燃氣管路沒有天然氣流量時，清吹系統(tǒng)可以維持一定的壓氣機排氣流量通過燃料噴嘴通道。如果沒有進行必須的清吹，有可能損壞燃燒系統(tǒng)的部件。在燃氣輪機運行時，氣體清吹系統(tǒng)也用來為尚未投用的總管提供可靠的吹掃。清吹壓力必需足夠大以防止通過噴嘴的燃料回流，防止在燃料噴嘴以及燃燒室之間的來回干擾。

由于清吹系統(tǒng)對燃機安全穩(wěn)定運行起到重要作用，本文就清吹系統(tǒng)典型故障類型和熱工方面如何提高可靠性進行闡述。

2 清吹閥電磁閥移位改造

某電廠投產(chǎn)以來，由于燃料模塊氣動閥清吹閥問題，導(dǎo)致機組多次啟動失敗，機組燃燒模式多次不能正常切換以及機組在燃燒模式切換的過程中發(fā)生機組跳閘的情況也時有發(fā)生，對機組的使用壽命和電網(wǎng)負荷的穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴重威脅。

清吹閥電磁閥使用的是知名品牌ASCO電磁閥，電磁閥設(shè)計壽命可達動作上萬次以上。在每次出現(xiàn)閥門開啟或關(guān)閉故障時，檢查電磁閥均未發(fā)現(xiàn)有異常現(xiàn)象。為檢驗電磁閥的工作性能，設(shè)計了電磁閥試驗臺與測試邏輯。將待試驗性能的電磁閥裝在試驗臺上，接上儀用氣源，點擊試驗開始按鈕后，電磁閥可按預(yù)先設(shè)置的次數(shù)進行動作，通過監(jiān)視閥前和閥后壓力來對電磁閥動作性能進行判斷。

防范措施：電磁閥由于安裝在燃料模塊氣動閥門旁邊，而這些閥門所處的燃料模塊空間在機組正常運行中的環(huán)境溫度比較高，有可能導(dǎo)致電磁閥密封圈過早老化，電磁閥漏氣使閥門不能正常動作。為有效避免電磁閥密封圈失效，提高閥門的正常動作率，將燃料小間所有氣動閥門的電磁閥移出燃料小間并重新進行布置。同時由于燃料模塊空間有限，每次發(fā)生異常情況后，更換電磁閥極為不方便，經(jīng)過移位后，更換電磁閥的時間在幾分鐘內(nèi)就可以完成，為機組盡快并網(wǎng)贏得了時間。移位改造示意圖如圖1所示。

圖1 電磁閥移位改造示意圖

移位改造內(nèi)容：將燃料小間輔助關(guān)斷閥、清吹閥、排空閥電磁閥移出燃料小間布置；儀用空氣由儀用氣母管引來，用2"不銹鋼管作為分支母管，母管設(shè)有壓力表，對母管儀用氣進行監(jiān)視，并設(shè)有排放閥，可定期對分支母管進行排污；電磁閥閥前有氣源隔離閥，電磁閥閥后裝配儀表閥和壓力表，可對電磁閥閥后壓力進行監(jiān)視。為提高儀用空氣品質(zhì)，還可在儀用空氣母管增加除油除水過濾器。

3 清吹閥動作時間監(jiān)測

GE技術(shù)規(guī)范中規(guī)定了清吹閥的開關(guān)時間要求，閥門打開時間在35±5秒，關(guān)閉時間根據(jù)彈簧關(guān)力矩的不同略有不同，一般在2秒以內(nèi)。當閥門出現(xiàn)卡澀或氣動執(zhí)行機構(gòu)出現(xiàn)故障時，會在閥門的開關(guān)時間上提前反應(yīng)出來，所以監(jiān)視閥門動作時間非常有必要。圖2為MARKVI清吹閥門動作時間監(jiān)視畫面。

圖2 MARKVI清吹閥門動作時間監(jiān)視畫面

監(jiān)視畫面相關(guān)時間的詳細描述：

（1）清吹閥VA13-1開關(guān)時間

動作過程：燃燒模式由PPM上切至PM時，VA13-1閥打開。燃燒模式由PM下切至PPM時，VA13-1閥關(guān)閉。

（2）清吹閥VA13-2開關(guān)時間

動作過程：燃燒模式由PPM上切至PM時，VA13-2閥打開。燃燒模式由PM下切至PPM時，VA13-2閥關(guān)閉。

（3）清吹閥VA13-5開關(guān)時間

動作過程：啟機時，轉(zhuǎn)速到14HM，VA13-5閥打開，燃燒模式由sPPM上切至PPM時，VA13-5閥關(guān)閉。停機時， 燃燒模式由PPM下切至sPPM時，VA13-5閥打開，轉(zhuǎn)速低于14HT時關(guān)閉。

（4）清吹閥VA13-6開關(guān)時間

動作過程：啟機時，轉(zhuǎn)速到14HM，VA13-6閥打開，燃燒模式由sPPM上切至PPM時，VA13-6閥關(guān)閉。停機時，燃燒模式由PPM下切至sPPM時，VA13-6閥打開；轉(zhuǎn)速低于14HT時關(guān)閉。

閥門動作時間復(fù)位有兩種方式：當點擊“START”進行機組啟動時；當點擊GAS PURGE畫面的RESET TIMERS按鈕時。

4 清吹控制閥位置反饋改造

某電廠清吹控制閥VA13-1、5、6位置開關(guān)采用TOPWORX品牌Valvetop DXP M系列位置反饋裝置，該裝置配置有兩個微動開關(guān)，當閥門開啟或關(guān)閉過程中，通過轉(zhuǎn)軸帶動凸輪使微動開關(guān)動作，向控制系統(tǒng)發(fā)送閥門全開信號和全關(guān)信號。

實際使用過程中，屢次發(fā)生閥門無全開或全關(guān)信號，嚴重時導(dǎo)致了機組跳閘。發(fā)生故障時，檢查閥門位置反饋裝置，發(fā)現(xiàn)凸輪未頂住微動開關(guān)，沒有達到微動開關(guān)動作值，導(dǎo)致位置無反饋。分析認為該類型位置反饋裝置為機械式微動開關(guān)型式，在長期使用過程中，由于閥門振動、環(huán)境高溫、轉(zhuǎn)軸機械磨損、凸輪與微動開關(guān)接觸面積等綜合因素影響，不可避免出現(xiàn)信號反饋異常的現(xiàn)象。

為解決存在的閥門反饋裝置問題，采用了該品牌 L系列的位置反饋裝置。該系列裝置配置兩個單刀雙擲的GO SWITCH接近開關(guān)，為一體式不銹鋼外殼，觸點完全密封，適合防爆場合和本案要求，可防止機械傳動等原因引起的信號異常。

改造效果：在對反饋裝置進行改造后，閥門位置信號檢測正常、穩(wěn)定。如果對信號檢測要求高的話，L系列反饋裝置還可配置4個雙刀雙擲的接近開關(guān)，滿足全開、全關(guān)信號的三冗余要求。

5 清吹調(diào)節(jié)閥位置反饋改造

清吹調(diào)節(jié)閥VA13-2位置反饋裝置與清吹控制閥VA13-1、5、6的品牌一樣，所不同的是它配置了4個微動開關(guān)，作為閥門行程位置的監(jiān)視手段。

GE公司設(shè)計清吹調(diào)節(jié)閥VA13-2有4個位置信號的目的是為了監(jiān)視清吹調(diào)節(jié)閥定位器是否工作正常，其閥門開度是否在設(shè)計開度范圍之內(nèi)，一旦閥門的開度超越相應(yīng)微動開關(guān)的設(shè)定值，會引起燃燒預(yù)混閉鎖、自動停機、跳機等安全事故。

投產(chǎn)以來，燃機在燃燒模式從PPM切換至PM時，多次發(fā)生預(yù)混閉鎖，無法成功切換。在燃燒模式切換時，清吹調(diào)節(jié)閥VA13-2需從全關(guān)位置開啟至50%行程進行短時間清吹，而后關(guān)閉至正常運行的行程（一般在15%~30%行程），在關(guān)閉的過程中，觸發(fā)了最小位置L33PG2-1信號，導(dǎo)致預(yù)混閉鎖，無法完成燃燒模式切換。檢查反饋裝置的最小位置微動開關(guān)，未發(fā)現(xiàn)異常，但由于最小位置微動開關(guān)行程設(shè)置區(qū)間很小，一般在8%~12%之間，無法精確調(diào)整。

由于機械式反饋裝置精度不高，主要從提高閥門行程精確度方面進行改造。采用的是ROSEMOUNT 333U HART通訊模塊，可將閥門智能定位器DVC6000中閥門行程信息通過HART協(xié)議進行讀取，并將HART信號轉(zhuǎn)化為4~20mA的模擬量信號進行遠傳。閥門的實時模擬量行程信號進入MARKVI邏輯，經(jīng)過比較模塊判斷后將最小位置行程信號取代，并在畫面顯示閥門實時行程。改造后，再也沒有出現(xiàn)燃燒模式切換失敗的現(xiàn)象。

6 清吹閥間壓力檢測優(yōu)化

6.1 清吹閥間增加壓力監(jiān)視點

清吹閥發(fā)生泄漏時無監(jiān)測手段，一旦清吹閥泄漏量大可能造成燃機燃燒切換失敗跳機等事故。增加清吹閥與閥之間的壓力監(jiān)視點，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)清吹閥的泄漏，及時更換清吹閥，減少跳機事故的發(fā)生。

某電廠在清吹閥VA13-1和VA13-2，VA13-5和VA13-6之間各增加了壓力表和壓力變送器，壓力變送器遠傳至MARKVI畫面顯示，并進入歷史趨勢和泄漏壓力高聲光報警。

增加壓力監(jiān)視點如圖3所示。

圖3 清吹閥間壓力監(jiān)視示意圖

6.2 清吹閥間壓力開關(guān)改造

某電廠清吹閥間壓力開關(guān)采用ITT品牌壓力開關(guān)，機組投產(chǎn)以來時不時出現(xiàn)壓力開關(guān)高報警信號，誤認為清吹閥存在泄漏情況。分析認為現(xiàn)場使用的壓力開關(guān)為一體式，通過檢測阻值來判斷壓力開關(guān)是否動作，而壓力開關(guān)使用年限久，存在不同程度的內(nèi)阻增大的問題，阻值增大，影響壓力開關(guān)動作值的判斷。

將該品牌壓力開關(guān)更換為SOR隔爆型機械式壓力開關(guān)后，再也沒出現(xiàn)壓力開關(guān)誤報警的情況。

7 增設(shè)清吹閥動作測試按鈕

燃機電廠一般作為調(diào)峰機組，一旦停機備用時間長時，閥門的可靠性高低對機組啟動成功率有著至關(guān)重要的作用。通過冷態(tài)開機前的閥門活動試驗，可提前發(fā)現(xiàn)閥門卡澀或執(zhí)行機構(gòu)問題，及時進行處理。

某電廠在MARKVI畫面增加D5、PM4清吹通道閥門測試按鈕和復(fù)位按鈕及相關(guān)測試邏輯。當TEST按鈕按下時，D5、PM4的清吹閥和排空閥進行動作，通過閥門開啟時間可判斷閥門是否動作正常。當RETEST按鈕按下時，D5、PM4的清吹閥和排空閥恢復(fù)到原來狀態(tài)，通過閥門關(guān)閉時間可判斷閥門是否動作正常。

同時，為了機組運行時閥門測試按鈕被誤按下，將按鈕進行有條件隱藏，邏輯條件為L4等于0。

8 結(jié)語

作為兩班制調(diào)峰運行機組，啟機和停機較頻繁，對設(shè)備可靠性提出了較高的要求。作為檢修維護人員，必須對故障現(xiàn)象進行深入地分析，采取有效的防范措施和對存在的設(shè)備問題進行解決，才能有效保證機組的安全穩(wěn)定運行。同時點檢人員和運行人員需加強日常的點檢和監(jiān)視，切實落實設(shè)備定期檢查、維護和試驗工作，才能真正地提高電廠設(shè)備管理水平。

[1] 燃氣輪機發(fā)電機組控制系統(tǒng)/章素華主編[M]. 北京: 中國電力出版社, 2012.

Typical Faults and Prevention of GE 9FA Gas Turbine Power Plant Gas Purge System

This paper introduces the typical thermal fault types of the GE 9FA purging system, analyses the fault reason and formulate relevant preventive measures. Through the implementation of a large number of examples, the paper also introduces the recent technical innovation about the equipment improvement and logic optimization at any power plant, which provides a variety of ideas for preventing the fault of blowing system. After taking these measures, the stability of the combustion engine purging system is greatly improved, this is good for the safe and stable operation of the unit.

Purge valve; Protection; Transformation; Optimization

王小江（1979-），男，福建泉州人，工程師，本科，現(xiàn)就職于福建能源集團晉江天然氣發(fā)電有限公司，主要從事大型燃氣輪機發(fā)電機組熱工技術(shù)管理方面的工作。

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1003-0492(2015)04-0079-03

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