9FA型燃?xì)廨啓C(jī)防喘放氣閥故障原因分析及解決對(duì)策

摘要：9FA型燃?xì)廨啓C(jī)為重載、單軸、快裝式機(jī)組，軸流式壓氣機(jī)從外界吸入空氣并使之增壓，同時(shí)空氣溫度也相應(yīng)升高，壓送到燃燒室的空氣與燃料噴嘴噴入的經(jīng)處理過(guò)的天然氣混合、燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體進(jìn)入透平做功。文章闡述了GE公司9FA型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組上防喘放氣閥的故障現(xiàn)象、故障原因以及所采取的防范措施。

關(guān)鍵詞：9FA型燃?xì)廨啓C(jī)；防喘放氣閥；放氣閥故障；軸流式壓氣機(jī)；空氣溫度 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TK471 文章編號(hào)：1009-2374（2016）26-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.031

1 防喘放氣閥簡(jiǎn)介

9FA型燃?xì)廨啓C(jī)由美國(guó)GE公司制造，為重載、單軸、快裝式機(jī)組，軸流式壓氣機(jī)從外界吸入空氣并使之增壓，同時(shí)空氣溫度也相應(yīng)升高，壓送到燃燒室的空氣與燃料噴嘴噴入的經(jīng)處理過(guò)的天然氣混合、燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體進(jìn)入透平做功。壓氣機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣容積流量減少到某一個(gè)數(shù)值后，壓氣機(jī)就不能穩(wěn)定工作，這時(shí)壓氣機(jī)中的空氣會(huì)強(qiáng)烈的脈動(dòng)，壓比也會(huì)隨之上下波動(dòng)，同時(shí)還伴有低頻、狂風(fēng)般的怒吼聲，使壓氣機(jī)產(chǎn)生比較劇烈的振動(dòng)，這種現(xiàn)象就是喘振。為避免喘振現(xiàn)象發(fā)生，9FA型燃機(jī)除了采用可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉外，還在壓氣機(jī)第9級(jí)、第13級(jí)后各布置有2個(gè)防喘放氣閥，分別從壓氣機(jī)第9級(jí)、第13級(jí)抽氣排入燃?xì)廨啓C(jī)擴(kuò)壓段。這些閥門(mén)通過(guò)MK6控制邏輯自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，三通電磁閥（20CB-1、20CB-2）處于失電狀態(tài)，4個(gè)防喘閥全開(kāi)，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的95%且并網(wǎng)成功后，4個(gè)防喘放氣閥立即關(guān)閉。當(dāng)防喘放氣閥打開(kāi)時(shí)，燃機(jī)的運(yùn)行線將遠(yuǎn)離壓氣機(jī)的喘振邊界線，擴(kuò)大了機(jī)組的穩(wěn)定工作范圍。

2 防喘放氣閥的控制原理

防喘放氣閥是兩位式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，三通電磁閥：20CB-1（控制9級(jí)兩個(gè)防喘閥）、20CB-2（控制13級(jí)兩個(gè)防喘閥）帶電時(shí)，壓縮空氣通過(guò)電磁閥進(jìn)入氣缸推動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉；電磁閥失電時(shí)，壓縮空氣通過(guò)電磁閥排氣口排出，靠氣缸內(nèi)彈簧力使閥門(mén)打開(kāi)。在氣缸輸出軸上布置有一個(gè)位置反饋裝置，內(nèi)有兩個(gè)磁性開(kāi)關(guān)表示閥門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉狀態(tài)，開(kāi)關(guān)信號(hào)傳送到MK6控制系統(tǒng)。

當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)指令發(fā)出時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)防喘閥離線試驗(yàn)指令：L20CB_TEST，使三通電磁閥20CB-1帶電，壓氣機(jī)第9級(jí)2個(gè)防喘放氣閥立即關(guān)閉，延時(shí)2秒，三通電磁閥20CB-2帶電，第13級(jí)2個(gè)防喘閥關(guān)閉。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速>420r/min或檢測(cè)到有火信號(hào)后，4個(gè)防喘閥打開(kāi)。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到2130r/min時(shí)第13級(jí)兩個(gè)防喘閥立即關(guān)閉，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到2280r/min，第13級(jí)兩個(gè)防喘閥打開(kāi)。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升到2850r/min且發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，l20CBX信號(hào)置“1”，四個(gè)防喘閥關(guān)閉。

全速前，四個(gè)防喘閥任一不能打開(kāi)；啟動(dòng)前離線試驗(yàn)時(shí)四個(gè)防喘閥任一位置錯(cuò)誤或不能關(guān)閉；轉(zhuǎn)速在2340～2850r/min之間，3#、4#防喘閥任一未打開(kāi)均觸發(fā)跳機(jī)信號(hào)。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，四個(gè)防喘閥應(yīng)該都關(guān)閉，當(dāng)任一個(gè)防喘閥位置錯(cuò)誤（開(kāi)、關(guān)信號(hào)均未置“1”）或任一防喘閥打開(kāi)（開(kāi)信號(hào)置“1”，關(guān)信號(hào)置“0”），觸發(fā)減負(fù)荷L70L信號(hào)。

3 防喘閥故障現(xiàn)象

（1）2012年9月18日，2號(hào)燃機(jī)正常運(yùn)行（負(fù)荷345MW），16∶23突然減負(fù)荷，16∶28負(fù)荷減到0，發(fā)電機(jī)解列；（2）2013年8月6日，1號(hào)燃機(jī)啟動(dòng)做防喘閥離線試驗(yàn)時(shí)發(fā)生1#、2#防喘閥不能關(guān)閉觸發(fā)機(jī)組跳閘信號(hào)；（3）2014年5月13日，2號(hào)燃機(jī)啟動(dòng)點(diǎn)火沖轉(zhuǎn)至2400r/min時(shí)發(fā)生3#防喘閥開(kāi)故障導(dǎo)致跳機(jī)；（4）2014年7月期間，2號(hào)機(jī)3#、4#防喘閥因排氣擴(kuò)壓間溫度高等原因反復(fù)出現(xiàn)位置反饋故障導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)時(shí)跳閘；（5）2015年6月8日，2號(hào)燃機(jī)啟動(dòng)，防喘閥離線試驗(yàn)結(jié)束后發(fā)生3#防喘閥不能打開(kāi)觸發(fā)機(jī)組跳閘信號(hào)。

4 防喘閥故障原因分析

4.1 第一次故障

經(jīng)查事件記錄確認(rèn)為4#防喘閥關(guān)到位信號(hào)翻轉(zhuǎn)觸發(fā)燃機(jī)自動(dòng)減負(fù)荷信號(hào)。到現(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)位置反饋裝置蓋子，對(duì)磁性開(kāi)關(guān)和接線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)關(guān)到位開(kāi)關(guān)中有一根多股小線在接線端子處似斷非斷，導(dǎo)致關(guān)到位信號(hào)反復(fù)翻轉(zhuǎn)，致使4#防喘閥位置錯(cuò)誤（開(kāi)、關(guān)信號(hào)均未置“1”），觸發(fā)減負(fù)荷信號(hào)L70L。

2號(hào)燃機(jī)在2011年10月中修期間壓氣機(jī)由GE進(jìn)行升級(jí)改造，4個(gè)防喘閥的位置反饋進(jìn)行了功能升級(jí)，由原來(lái)一個(gè)開(kāi)信號(hào)開(kāi)關(guān)改成兩個(gè)開(kāi)關(guān)。本次故障的開(kāi)關(guān)就是改造后新增的關(guān)到位開(kāi)關(guān)。斷線是從開(kāi)關(guān)本體引出到接線端子的預(yù)制線，該線采用多股軟導(dǎo)線，線徑較細(xì)，端子上螺絲的緊力都作用在線上，加上長(zhǎng)期在振動(dòng)環(huán)境下工作致使導(dǎo)線在接線端子處斷裂。

4.2 第二次故障

通過(guò)事件追憶確認(rèn)為做離線試驗(yàn)時(shí)，9級(jí)兩個(gè)防喘閥不能關(guān)閉觸發(fā)機(jī)組跳閘信號(hào)。

對(duì)9級(jí)兩個(gè)防喘閥進(jìn)行校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電磁閥20CB-1得電后兩個(gè)閥門(mén)都未動(dòng)作，拆開(kāi)氣缸進(jìn)氣管接頭發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣量很小，拆開(kāi)電磁閥出口氣源管接頭發(fā)現(xiàn)出氣量很小。對(duì)電磁閥解體確認(rèn)為電磁閥閥體滑桿卡澀導(dǎo)致1#、2#防喘閥不能正常關(guān)閉。電磁閥20CB-1控制9級(jí)兩個(gè)防喘閥的開(kāi)、關(guān)，當(dāng)電磁閥得電，兩個(gè)防喘閥關(guān)閉，失電閥門(mén)打開(kāi)。由于電磁閥安裝在排氣擴(kuò)壓間內(nèi)，長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下工作使得電磁閥滑桿內(nèi)的潤(rùn)滑脂失效，引起滑桿卡澀，導(dǎo)致故障的發(fā)生。

4.3 第三次故障

通過(guò)事件追憶確認(rèn)為機(jī)組沖轉(zhuǎn)到2400r/min時(shí)，3#防喘閥開(kāi)信號(hào)出現(xiàn)抖動(dòng)，導(dǎo)致開(kāi)故障觸發(fā)了機(jī)組跳閘信號(hào)。對(duì)防喘閥進(jìn)行離線校驗(yàn)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作正常，時(shí)間符合要求。機(jī)組再次啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)到2400r/min時(shí)又出現(xiàn)跳閘，原因還是3#防喘閥開(kāi)故障。到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)反饋裝置進(jìn)行仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)固定磁性開(kāi)關(guān)壓板上的兩個(gè)螺絲有松動(dòng)現(xiàn)象。靜態(tài)校驗(yàn)時(shí)因?yàn)闆](méi)有振動(dòng)，閥門(mén)動(dòng)作正常，開(kāi)關(guān)信號(hào)到位；機(jī)組沖轉(zhuǎn)到2400轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)較大，反饋裝置抖動(dòng)明顯，因固定壓板上的螺絲松動(dòng)使得磁性開(kāi)關(guān)出現(xiàn)抖動(dòng)，與磁頭的接觸位置發(fā)生偏移導(dǎo)致反饋信號(hào)出現(xiàn)反復(fù)抖動(dòng)，致使機(jī)組跳閘。

4.4 第四次故障

第四次故障發(fā)生在2014年7月間，因夏季溫度高，加上排氣擴(kuò)壓間部分管道法蘭存在泄漏等原因使防喘閥周?chē)h(huán)境溫度升高，機(jī)組運(yùn)行時(shí)用點(diǎn)溫儀測(cè)量位置反饋裝置表面達(dá)160℃，遠(yuǎn)超出磁性開(kāi)關(guān)最高工作溫度，致使磁性開(kāi)關(guān)損壞和磁頭出現(xiàn)失磁，導(dǎo)致了反饋裝置頻繁故障，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)跳閘。

4.5 第五次故障

通過(guò)事件追憶確認(rèn)為防喘閥離線試驗(yàn)結(jié)束后，3#防喘閥開(kāi)到位信號(hào)未置“1”觸發(fā)機(jī)組跳閘信號(hào)。

對(duì)3#防喘閥檢查發(fā)現(xiàn)閥門(mén)在中間位置，開(kāi)、關(guān)信號(hào)均為碰到，強(qiáng)制電磁閥帶電使氣缸進(jìn)氣閥門(mén)關(guān)閉正常，釋放強(qiáng)制信號(hào)后閥門(mén)未能正常打開(kāi)仍在中間位置。聯(lián)系機(jī)務(wù)對(duì)氣缸彈簧力進(jìn)行調(diào)整后閥門(mén)開(kāi)關(guān)恢復(fù)正常。

防喘閥是氣關(guān)式的兩位式氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)電磁閥得電壓縮空氣進(jìn)入氣缸推動(dòng)閥門(mén)關(guān)閉，電磁閥失電后靠氣缸彈簧力使閥門(mén)打開(kāi)。本次故障正是由于防喘閥離線試驗(yàn)結(jié)束后電磁閥失電閥門(mén)打開(kāi)的時(shí)候，3#防喘閥因氣缸彈簧力不足導(dǎo)致閥門(mén)不能開(kāi)啟到位，觸發(fā)了跳閘信號(hào)。

5 防范措施

通過(guò)對(duì)以上五次防喘閥故障的原因分析，基本上故障類(lèi)型可以歸納為以下五類(lèi)：（1）磁性開(kāi)關(guān)電纜接線問(wèn)題；（2）電磁閥故障；（3）磁性開(kāi)關(guān)壓板固定螺絲松動(dòng)；（4）高溫、振動(dòng)等環(huán)境因素致使開(kāi)關(guān)故障；（5）氣缸、閥門(mén)卡澀、彈簧力調(diào)整不當(dāng)?shù)葯C(jī)械原因。

針對(duì)以上分析的故障類(lèi)型，我們應(yīng)采取的防范措施如下：（1）對(duì)磁性開(kāi)關(guān)本身的預(yù)制線、送至控制系統(tǒng)導(dǎo)線的線頭做好接線柱，接線柱采用耐高溫材質(zhì)如PHOENIX品牌，從而防止接線端子上因螺絲直接壓在導(dǎo)線上由于緊力過(guò)緊、振動(dòng)等原因造成導(dǎo)線斷裂。對(duì)開(kāi)關(guān)本身的預(yù)制線、送至控制系統(tǒng)電纜開(kāi)出來(lái)的導(dǎo)線部分套上耐高溫套管，避免了因高溫導(dǎo)致導(dǎo)線絕緣降低、檢修維護(hù)拆接線導(dǎo)致導(dǎo)線外皮破損從而致使短路、接地情況的發(fā)生。并修改邏輯，把當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，任一個(gè)防喘閥位置錯(cuò)誤（開(kāi)、關(guān)信號(hào)均未置“1”）觸發(fā)減負(fù)荷L70L信號(hào)這一條件去除（在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，防喘閥應(yīng)在關(guān)閉位置，關(guān)信號(hào)置“1”，開(kāi)信號(hào)置“0”，如果開(kāi)關(guān)故障、接線斷裂等原因都會(huì)使得關(guān)信號(hào)置“0”，而實(shí)際閥門(mén)是在關(guān)閉位置，使得保護(hù)誤動(dòng)作，觸發(fā)減負(fù)荷信號(hào)），保留任一防喘閥打開(kāi)（開(kāi)信號(hào)置“1”，關(guān)信號(hào)置“0”）觸發(fā)減負(fù)荷L70L信號(hào)；（2）利用機(jī)組檢修、停機(jī)消缺機(jī)會(huì)對(duì)防喘閥進(jìn)行校驗(yàn)，檢查電磁閥動(dòng)作是否靈活，閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間是否滿(mǎn)足要求，有無(wú)卡澀漏氣現(xiàn)象，檢查過(guò)濾減壓閥、管路接頭有無(wú)漏氣，對(duì)接頭進(jìn)行緊固，做好電磁閥的使用周期、更換記錄，對(duì)使用年限較長(zhǎng)、有老化現(xiàn)象的電磁閥進(jìn)行更換；（3）利用燃機(jī)啟停頻繁、停機(jī)時(shí)間較多的特點(diǎn)，定期到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)反饋裝置進(jìn)行檢查。打開(kāi)蓋子對(duì)固定磁性開(kāi)關(guān)的壓板進(jìn)行檢查，對(duì)固定螺絲加裝彈簧墊圈并緊固，對(duì)接線端子上的接線螺絲進(jìn)行緊固；（4）對(duì)于排氣擴(kuò)壓間溫度高的影響，可以開(kāi)兩臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)來(lái)加強(qiáng)冷卻。同時(shí)可以在反饋裝置上加裝壓縮空氣連續(xù)吹掃冷卻裝置。即在雜用氣管道上取一路氣源，加裝閥門(mén)、過(guò)濾減壓閥，敷設(shè)氣源管路到每一個(gè)反饋裝置的端蓋上，在端蓋底部開(kāi)兩個(gè)孔，一個(gè)用于連接氣源管，另一個(gè)用于空氣的流通和端蓋底部冷凝水的排出。根據(jù)氣源管路的粗細(xì)、管道的長(zhǎng)度調(diào)整好氣源壓力，使壓縮空氣對(duì)每一個(gè)反饋裝置進(jìn)行連續(xù)吹掃冷卻，從而降低磁性開(kāi)關(guān)的工作溫度，延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)的使用壽命，確保了機(jī)組安全穩(wěn)定地運(yùn)行；（5）由于防喘閥工作的空間溫度較高，閥門(mén)、氣缸的機(jī)械部分也容易發(fā)生故障。在機(jī)組檢修、停機(jī)消缺期間熱工維護(hù)人員會(huì)同機(jī)務(wù)人員定期對(duì)防喘閥進(jìn)行校驗(yàn)，到現(xiàn)場(chǎng)查看防喘閥的動(dòng)作情況，一旦發(fā)現(xiàn)閥門(mén)卡澀、氣缸漏氣、開(kāi)關(guān)動(dòng)作遲緩等現(xiàn)象及時(shí)進(jìn)行處理，把事故扼制在萌芽狀態(tài)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上所采取的防范措施，有效避免了由于各種因素所導(dǎo)致的防喘閥的故障情況，延長(zhǎng)了位置反饋裝置的使用壽命，確保了防喘閥動(dòng)作的可靠性和開(kāi)關(guān)位置的準(zhǔn)確性，避免了保護(hù)誤動(dòng)作，從而保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] GE Operation and Maintenance Manual.

[2] Gas and Steam Turbine Mark VI Technical Training Manual.

作者簡(jiǎn)介：朱?。?982-），男，江蘇蘇州人，江蘇華電望亭發(fā)電廠燃控班副班長(zhǎng)，助理工程師，研究方向：9FA燃機(jī)檢修和維護(hù)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）