9FA燃機(jī)燃?xì)鈮毫Φ驼跀嘣蚍治黾疤幚?/h1>

2017-07-18 11:49:55丁建軍武海南馮鵬飛

浙江電力訂閱 2017年6期 收藏

關(guān)鍵詞：跳機(jī)燃機(jī)排空

丁建軍，武海南，馮鵬飛

（廣東粵電新會(huì)發(fā)電有限公司，廣東江門(mén)529149）

9FA燃機(jī)燃?xì)鈮毫Φ驼跀嘣蚍治黾疤幚?/p>

丁建軍，武海南，馮鵬飛

（廣東粵電新會(huì)發(fā)電有限公司，廣東江門(mén)529149）

介紹了一起9FA聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在運(yùn)行中因天然氣壓力低造成機(jī)組遮斷的事故，認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)供氣壓力低是由于安全切斷閥氣動(dòng)排空閥誤開(kāi)所致，而控制回路設(shè)計(jì)缺陷是排空閥誤開(kāi)的根本原因。對(duì)此，提出了有針對(duì)性的改造方案，為排空閥增加了1個(gè)控制電磁閥，與原控制電磁閥互為備用，2個(gè)電磁閥采取了巧妙的并聯(lián)布置方式。該方案簡(jiǎn)單可靠，成本低，可復(fù)制性強(qiáng)，并對(duì)燃料氣控制系統(tǒng)其他類(lèi)似氣動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行了相同改造，從而確保機(jī)組長(zhǎng)期安全運(yùn)行。

燃?xì)廨啓C(jī)；天然氣；電磁閥；遮斷；技術(shù)改造；燃?xì)鈮毫Φ?/p>

某發(fā)電廠(chǎng)2×390 MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，燃?xì)廨啓C(jī)由GE公司生產(chǎn)，型號(hào)為PG9351FA，由1臺(tái)18級(jí)的軸流式壓氣機(jī)、1套包含18個(gè)低NOX燃燒器的燃燒系統(tǒng)、1臺(tái)3級(jí)透平和有關(guān)輔助系統(tǒng)組成。汽輪機(jī)由哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)制造，型號(hào)為L(zhǎng)C85/N125-13.00/3.30/0.42/1.2，型式為三壓、再熱、三缸、沖動(dòng)、抽凝式汽輪機(jī)。余熱鍋爐采用東方日立鍋爐有限公司的三壓、再熱、自然循環(huán)、無(wú)補(bǔ)燃、臥式余熱鍋爐。

以下分析了該發(fā)電廠(chǎng)一起因燃?xì)鈮毫Φ蛯?dǎo)致的跳機(jī)事件，針對(duì)故障原因采取有效措施，擴(kuò)大故障防范范圍，目前機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好。

1 燃?xì)庀到y(tǒng)簡(jiǎn)介

進(jìn)入廠(chǎng)內(nèi)的天然氣由調(diào)壓站調(diào)壓，氣體燃料前置供應(yīng)系統(tǒng)過(guò)濾、分離和加熱，然后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃料氣控制系統(tǒng)。燃?xì)庹{(diào)壓系統(tǒng)接收上游天然氣管線(xiàn)的天燃?xì)?，并為下游前置模塊處理系統(tǒng)提供滿(mǎn)足燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行所需的具有一定壓力和溫度的天然氣，調(diào)壓系統(tǒng)內(nèi)有火警安全切斷閥門(mén)，在電廠(chǎng)火災(zāi)時(shí)會(huì)緊急關(guān)閉[1，2]。

天然氣前置模塊處理系統(tǒng)由1套雙聯(lián)前置過(guò)濾器，1套串聯(lián)的性能加熱器、1套啟動(dòng)用電加熱器、1套終端過(guò)濾洗滌器、流量計(jì)和變送器以及各單元的控制系統(tǒng)等組成。燃料氣控制系統(tǒng)的作用是以適當(dāng)?shù)膲毫土髁肯蛉紵逸斔腿剂蠚?，以滿(mǎn)足燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)、帶負(fù)荷和停機(jī)的所有要求，該系統(tǒng)的主要部件包括入口濾網(wǎng)、燃料氣截止閥（VS4-1）、燃料氣速比截止閥（VSR-1）、燃料氣放空閥（VS13-15）、燃料氣控制閥（VGC4-1/2/3/4）、燃料氣壓力傳感器、燃料氣溫度傳感器、輸送支管和噴嘴等。天然氣系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 天然氣系統(tǒng)流程示意

2 事故現(xiàn)象及原因分析

2.1 事故現(xiàn)象

2016年11月12日19∶00，1號(hào)機(jī)組總負(fù)荷295 MW，其中燃機(jī)發(fā)電機(jī)182 MW，汽機(jī)發(fā)電機(jī)113 MW。19∶06∶19，MARK VIe控制系統(tǒng)報(bào)警窗口發(fā)出“Fg Safety Shut off Vent Valve Position Fault（燃?xì)獍踩袛嚅y排空閥位置故障）”、“Gas Fuel Inter-valve Press.（P2）Low（氣體燃料P2壓力低）”報(bào)警，機(jī)組跳閘，跳閘首出原因?yàn)椤癓ow Low Gas Supply Pressure Trip（燃?xì)鈮毫Φ吞l）”。

2.2 事故原因分析

造成此次機(jī)組跳閘的首出原因是“燃?xì)鈮毫Φ汀保殡S“燃?xì)獍踩袛嚅y排空閥位置故障”和“氣體燃料P2壓力低”報(bào)警。跳閘后，運(yùn)行人員確認(rèn)MARK VIe控制畫(huà)面中VS4-1，VSR-1，VGC4-1/2/3/4關(guān)閉，VS13-15打開(kāi)，燃?xì)廨啓C(jī)惰走，但發(fā)現(xiàn)安全切斷閥（SSOV）的排空閥（VS13-18）也為打開(kāi)狀態(tài)，檢查天然氣供氣壓力并無(wú)異常，判斷此次跳機(jī)是SSOV的排空閥（VS13-18）誤開(kāi)導(dǎo)致。

圖2 排空閥VS13-18指令邏輯框圖

通過(guò)查看排空閥指令邏輯（如圖2所示），確認(rèn)排空閥（VS13-18）僅在泄漏試驗(yàn)（L4SSOVLTE）的第一步（L4SSOVT1A）或者以下任一特殊跳機(jī)情況出現(xiàn)時(shí)才打開(kāi)：火災(zāi)發(fā)生（L45FTX）；MARKVIe盤(pán)上的緊急按鈕被按下（L5E）；操作臺(tái)上急停按鈕被按下（r5e）；危險(xiǎn)氣體泄露（L45LEL_TRP）；透平間失去通風(fēng)跳機(jī)（L4BTFLT）。機(jī)組在運(yùn)行時(shí)上述5種情況并沒(méi)有觸發(fā)，熱控專(zhuān)業(yè)及運(yùn)行技術(shù)人員討論分析后，排除了MARK VIe控制系統(tǒng)誤發(fā)信號(hào)的可能。

安全切斷閥的排空閥如圖3所示，排空閥VS13-18為雙氣缸氣動(dòng)閥，排空閥電磁閥20VG-8得電打開(kāi)，儀用空氣經(jīng)過(guò)快排閥進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸，克服彈簧力并帶動(dòng)傳動(dòng)軸將閥門(mén)關(guān)閉；電磁閥20VG-8失電時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸內(nèi)儀用空氣在彈簧的推動(dòng)下經(jīng)過(guò)快速排放閥排掉，此時(shí)閥門(mén)開(kāi)啟。閥門(mén)無(wú)故開(kāi)啟可能是其控制氣源失去引起，就地檢查確認(rèn)儀用壓縮空氣壓力及供氣回路正常；進(jìn)一步推測(cè)是由于電磁閥20VG-8燒毀損壞導(dǎo)致氣源失去，遠(yuǎn)方傳動(dòng)檢查其能否帶電吸合，電磁閥未動(dòng)作，就地拆檢并測(cè)量電磁閥線(xiàn)圈電阻后確認(rèn)電磁閥燒毀。

圖3 安全切斷閥的排空閥

3 技術(shù)改造

3.1 電磁閥故障原因

電磁閥線(xiàn)圈燒壞的原因較多，包括：線(xiàn)圈受潮，引起絕緣不好而漏磁，造成線(xiàn)圈內(nèi)電流過(guò)大而燒毀，因此要防止雨水進(jìn)入電磁閥；彈簧過(guò)硬，反作用力過(guò)大，線(xiàn)圈匝數(shù)太少，吸力不夠也可使得線(xiàn)圈燒毀；當(dāng)電源電壓高于線(xiàn)圈額定電壓時(shí)，主磁通增加，導(dǎo)致線(xiàn)圈中的電流增加，鐵芯損失也將增加使鐵芯發(fā)熱，從而容易燒毀線(xiàn)圈[3，4]；此外，還可能是因?yàn)榫€(xiàn)圈質(zhì)量問(wèn)題或者環(huán)境溫度過(guò)高導(dǎo)致線(xiàn)圈老化[5]。

3.2 改造方案

排空閥VS13-18的電磁閥是常帶電工作，且僅有1個(gè)電磁閥控制排空閥的氣源，若電磁閥故障或者誤動(dòng)均會(huì)間接導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大，具有嚴(yán)重的安全隱患，不利于機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

針對(duì)1號(hào)機(jī)組運(yùn)行中因SSOV排空閥電磁閥燒毀導(dǎo)致排空閥誤開(kāi)進(jìn)而引起機(jī)組因燃?xì)夤鈮毫Φ吞鴻C(jī)的情況，對(duì)排空閥VS13-18的控制電磁閥進(jìn)行改造，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和相關(guān)專(zhuān)家建議，提出了下述改造方案。

20VG-8是2位3通電磁閥[6]，1個(gè)通道與氣源連接，另2個(gè)通道，其中1個(gè)與快速排放閥的進(jìn)氣口連接，另1個(gè)與排氣口連接，若電磁閥失電，則VS13-18通過(guò)快速排放閥快速卸掉氣缸內(nèi)的儀用空氣后在彈簧的作用力下打開(kāi)?，F(xiàn)增設(shè)1個(gè)電磁閥（如圖4所示），2個(gè)電磁閥并聯(lián)布置。右側(cè)電磁閥與原設(shè)計(jì)一樣，增設(shè)的左側(cè)電磁閥出氣孔與右側(cè)電磁閥排氣孔連通。正常運(yùn)行時(shí)，2個(gè)電磁閥帶電打開(kāi)，儀用空氣經(jīng)過(guò)右側(cè)電磁閥再經(jīng)過(guò)快排閥進(jìn)入氣缸，而經(jīng)過(guò)左側(cè)電磁閥的儀用空氣頂住右側(cè)電磁閥的排氣孔，保證右側(cè)電磁閥失電后，備用路儀用空氣能可靠供給。2個(gè)電磁閥互相備用，能夠有效避免電磁閥故障誤動(dòng)作，安全性、可靠性得到提高。

3.3 改造安全性分析

圖4 改造后的排空閥（VS13-18）

若2.2節(jié)中描述的5種情況中任一條件觸發(fā)，SSOV的排空閥必須保證能打開(kāi)，技術(shù)改造應(yīng)不影響原先處于安全考慮設(shè)計(jì)的初衷。機(jī)組發(fā)生火災(zāi)或者燃料/透平小間發(fā)生危險(xiǎn)氣體泄漏時(shí)非常危險(xiǎn)，機(jī)組跳機(jī)后，2個(gè)電磁閥失電關(guān)閉，隔斷儀用空氣，快排閥排氣口接通氣缸腔室泄壓，排空閥（VS13-18）在彈簧的作用力下打開(kāi)，迅速排走安全切斷閥和輔助截止閥之間管道內(nèi)的燃?xì)?，防止事故擴(kuò)大。

3.4 其他改造

GE燃機(jī)燃料氣控制系統(tǒng)相較于三菱公司的M701F機(jī)組復(fù)雜得多[7，8]，閥門(mén)眾多且多數(shù)為氣動(dòng)閥，因電磁閥問(wèn)題導(dǎo)致的跳機(jī)概率大大增加。在燃?xì)廨啓C(jī)啟停周期中，清吹閥與燃料控制閥有多次配合，從而實(shí)現(xiàn)多種工況下燃料與空氣的相互置換或隔離，清吹閥故障時(shí)將導(dǎo)致燃機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行。

與VS13-18閥不同，燃料氣管路清吹系統(tǒng)的9個(gè)氣動(dòng)閥控制用電磁閥設(shè)計(jì)時(shí)全部安裝在燃料小間內(nèi)部，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，燃料小間空間溫度較高，電磁閥長(zhǎng)期置于高溫環(huán)境下容易老化故障。雖然該廠(chǎng)未發(fā)生因?yàn)槿剂蠚馇宕迪到y(tǒng)故障導(dǎo)致跳機(jī)的事故，但為了安全起見(jiàn)，借鑒同類(lèi)型電廠(chǎng)技改成果，將燃料小間清吹系統(tǒng)所有電磁閥外移，可從根源上杜絕事故發(fā)生[9，10]。

另外，安全切斷閥（VS4-4）和燃料氣截止閥（VS4-1）的儀用壓縮空氣也是通過(guò)一個(gè)電磁閥控制閥門(mén)氣源，都可能因?yàn)殡姶砰y故障導(dǎo)致閥門(mén)關(guān)閉，從而引起機(jī)組失去燃料而跳機(jī)。上述2個(gè)閥門(mén)也采用VS13-18閥的改造方案，提高了機(jī)組的安全運(yùn)行能力。雖然經(jīng)過(guò)了改造，但由于閥門(mén)安裝在室外，要注意雨水天氣，做好防潮措施。

4 結(jié)語(yǔ)

燃料氣控制系統(tǒng)氣動(dòng)控制閥技在技術(shù)改造后，未發(fā)現(xiàn)因閥門(mén)故障引起天然氣供氣壓力異常進(jìn)而導(dǎo)致燃機(jī)跳閘事故。技改方案構(gòu)思簡(jiǎn)單，實(shí)施方便，技改耗時(shí)少，僅增加了一個(gè)元件，改造成本低；檢修及維護(hù)工作量基本不變；提高了閥門(mén)的可靠性，確保機(jī)組安全運(yùn)行；減少跳機(jī)次數(shù)，從而可減少啟停機(jī)時(shí)天然氣的浪費(fèi)，有利于中調(diào)考核，減少發(fā)電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)損失；利于推廣，可復(fù)制性強(qiáng)，可應(yīng)用于在建、已建GE燃機(jī)項(xiàng)目上。

[1]張東曉.大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)叢書(shū)設(shè)備及系統(tǒng)分冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]章素華.燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[3]曹曉暉.淺談燃機(jī)熱工維護(hù)經(jīng)驗(yàn)[C].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)燃機(jī)發(fā)電專(zhuān)委會(huì)年會(huì)論文集，2007.

[4]鄭培根.氣動(dòng)電磁閥綜合性能測(cè)試系統(tǒng)的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2011.

[5]WALKER S.Balding Site Improvements[C].Dubai∶GE User Group Conference，2010.

[6]陳學(xué)敏.工程中電磁閥的應(yīng)用探討[J].石油化工自動(dòng)化，2009，45（4）∶58-61.

[7]焦樹(shù)建.燃?xì)廨啓C(jī)與燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)裝置[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[8]廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司.燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備與運(yùn)行：機(jī)務(wù)分冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[9]劉小華.9FA燃料清吹系統(tǒng)問(wèn)題分析和技術(shù)改進(jìn)[J].價(jià)值工程，2015，34（2）∶32-33.

[10]許平寶.9FA機(jī)組燃料清吹閥門(mén)動(dòng)作故障分析與預(yù)防[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2012，25（2）∶59-63.

（本文編輯：張彩）

Cause Analysis and Treatment on Lower Gas Pressure Shutoff of 9FA Gas Turbine

DING Jianjun，WU Hainan，F(xiàn)ENG Penghui
（Guangdong Yudean Xinhui Generation Co.，Ltd.，Jiangmen Guangdong 529149，China）

This paper introduces a shutoff accident of 9FA combined cycle units due to low gas pressure in the operation.It is believed that the low gas pressure of the gas turbine is caused by mistaken switch-on of pneumatic exhaust valve of safety shutoff valve；however，design defect of control circuit fundamentally results in switch-on of the exhaust valve.Therefore，the paper accordingly presents a retrofit scheme∶equipping an electromagnetic control valve on the exhaust valve as a spare part of the original one，and the two valves are paralleled in a subtle way.The scheme is simple，reliable and low in cost，and can be easily duplicated；besides，it reconstructs fuel gas control system and other pneumatic valves in a similar way to ensure long operation safety of the units.

gas turbine；natural gas；electromagnetic valve；shutoff；technological transformation；low gas pressure

10.19585/j.zjdl.201706017

1007-1881（2017）06-0072-04

TK478

B

2017-03-29

丁建軍（1986），男，工程師，主要從事發(fā)電廠(chǎng)運(yùn)行及管理工作。

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