三菱M701F4燃機(jī)透平#2輪盤腔室溫度高處理

吳為彪

摘 要： 本文介紹了三菱M701F4燃機(jī)透平冷卻空氣系統(tǒng)概況，并對(duì)中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司M701F4燃機(jī)某次冷態(tài)啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的透平#2輪盤腔室溫度高事件經(jīng)過、原因分析、處理情況及采取的措施進(jìn)行了詳細(xì)的論述，對(duì)同類型機(jī)組處理類似問題具有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞： M701F4；#2輪盤腔室溫度高；原因分析；處理

引言

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電作為清潔能源得到了越來越多的青睞，由于發(fā)電效率高，功率大，三菱M701F4燃機(jī)在我國(guó)的投產(chǎn)項(xiàng)目不斷增加，但是關(guān)于M701F4的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還比較有限。本文就三菱M701F4燃機(jī)在某次冷態(tài)啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的透平#2輪盤腔室溫度高事件的經(jīng)過、原因及處理進(jìn)行了總結(jié)，希望給同類型機(jī)組的技術(shù)人員提供參考和幫助。

1、透平冷卻空氣系統(tǒng)概況

中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司配備兩套三菱M701F4級(jí)聯(lián)合循環(huán)熱電機(jī)組。三菱M701F4燃?xì)廨啓C(jī)冷卻空氣系統(tǒng)執(zhí)行兩個(gè)基本功能，第一個(gè)功能是給暴露在煙氣通道，溫度高于工作金屬的溫度極限的部件提供直接冷卻；第二個(gè)功能是給透平環(huán)境控制提供服務(wù)，為確保整個(gè)透平維持設(shè)計(jì)的環(huán)境。

如圖1所示，冷卻轉(zhuǎn)子和透平動(dòng)葉的空氣來自壓氣機(jī)排氣，壓氣機(jī)排氣經(jīng)過水冷式冷卻器（TCA）并過濾后冷卻轉(zhuǎn)子。直接冷卻發(fā)生在每一級(jí)動(dòng)葉樅樹形根部，這種冷卻方式向暴露在燃?xì)飧邷赝ǖ赖膭?dòng)葉和透平轉(zhuǎn)子輪盤間提供熱障。透平靜葉通過幾種不同的方式進(jìn)行冷卻。第一級(jí)靜葉使用壓氣機(jī)排氣從燃機(jī)內(nèi)部進(jìn)行冷卻。第二級(jí)、第三級(jí)、第四級(jí)靜葉分別使用第14 級(jí)、第11 級(jí)、第6 級(jí)壓氣機(jī)抽氣進(jìn)行冷卻。靜葉還為冷卻空氣提供通到級(jí)間氣封腔室的內(nèi)部通道。冷卻空氣被導(dǎo)入由級(jí)間氣封和轉(zhuǎn)子形成的通道，最后通過相應(yīng)的氣體流道。該冷卻空氣維持輪盤處于可以接受的環(huán)境溫度中。如圖2所示，第2、3、4級(jí)的輪盤腔室溫度用熱電偶監(jiān)測(cè)，熱電偶插入級(jí)間迷宮的空氣通道中，當(dāng)輪盤溫度超過報(bào)警值時(shí)，為避免轉(zhuǎn)子輪盤燒損必須通過降負(fù)荷以降低輪盤溫度。

如圖3所示，TCA系統(tǒng)冷卻水來自高壓給水泵，經(jīng)過TCA后流向凝汽器（路線一）和高壓汽包（路線二）。路線一用于機(jī)組啟動(dòng)過程和燃機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行以及緊急狀況，路線二用于機(jī)組正常帶負(fù)荷運(yùn)行。路線一和路線二是通過兩個(gè)流量控制閥來進(jìn)行TCA冷卻水的流量控制，冷卻水流量越大，TCA氣側(cè)出口溫度越低。另外，調(diào)節(jié)燃機(jī)冷卻空氣冷卻器旁路手動(dòng)閥的開度也可以調(diào)節(jié)TCA氣側(cè)出口溫度。

2 具體事件

2.1事件經(jīng)過

2016年2月3日9：34第I套機(jī)組啟動(dòng)，13：36 #1燃機(jī)升到160MW，TCS報(bào)“#2輪盤腔室溫度高”（溫度高報(bào)警值460℃），當(dāng)值立即降負(fù)荷到145MW，#2輪盤腔室溫度下降，隨即當(dāng)值對(duì)燃機(jī)所有水洗閥門進(jìn)行檢查，特別針對(duì)2級(jí)靜葉冷卻氣源壓氣機(jī)14級(jí)高壓抽氣進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)問題。18：09第I套機(jī)組負(fù)荷停留在270MW，#2輪盤腔室溫度最高升到518℃，23：00咨詢東方廠家后要求#1燃機(jī)降負(fù)荷運(yùn)行，燃機(jī)負(fù)荷限高130—150MW。

2.2 原因分析

2月4日，運(yùn)行人員對(duì)#1燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全面檢查，并依據(jù)廠家所給的東汽廠家關(guān)于輪盤腔室溫度高的原因進(jìn)行逐個(gè)分析。廠家所給的原因有5點(diǎn)：1.熱電偶故障及安裝位置不正確、2.TCA冷卻效果惡化、3.TCA過濾器堵塞或外部管道發(fā)生泄漏、4.透平靜葉裝配不正確、5.燃機(jī)密封環(huán)磨損，密封間隙擴(kuò)大所致。

針對(duì)以上的可能原因進(jìn)行一一排除，首先，機(jī)組已經(jīng)投運(yùn)約1年多時(shí)間，并由熱工及機(jī)務(wù)檢修人員進(jìn)行確認(rèn)，排除了熱電偶故障及安裝位置不正確和透平靜葉裝配不正確的原因。對(duì)TCA的進(jìn)出溫度的歷史趨勢(shì)進(jìn)行比較，同時(shí)結(jié)合其他靜葉輪腔溫度都比較正常，也排除了TCA冷卻效果惡化和冷卻空氣管堵塞的可能原因。因此，我們認(rèn)為最有可能的原因應(yīng)為：燃機(jī)密封環(huán)間隙過大，高溫的燃?xì)饴┤腱o葉腔導(dǎo)致溫度增高。燃機(jī)密封環(huán)間隙過大導(dǎo)致輪盤腔室溫度異常升高的原因分析如下：

如圖4所示，靜葉環(huán)上的徑向密封、表面密封和轉(zhuǎn)子隔離出透平缸的冷卻室。正常情況下，冷卻空氣將級(jí)間輪盤腔室區(qū)域加壓，從而防止高溫氣流進(jìn)入該區(qū)，燒損輪盤。但當(dāng)靜葉環(huán)上的徑向密封和表面密封間隙變大時(shí)，情況會(huì)如圖5所示，冷卻室的壓力下降，當(dāng)?shù)陀诟邷貧饬鞯膲毫r(shí)，高溫氣流就會(huì)從表面密封和徑向密封倒流至輪盤腔室，從而使#2輪盤腔室溫度升高。

由于最有可能的原因是靜葉環(huán)上的徑向密封和表面密封間隙變大導(dǎo)致的#2級(jí)輪盤腔室溫度異常升高，所以確認(rèn)的調(diào)整方向是減小靜葉環(huán)上的徑向密封和表面密封間隙。因?yàn)殪o葉環(huán)上的徑向密封和表面密封緊靠燃機(jī)轉(zhuǎn)子，所以在機(jī)組運(yùn)行的情況下，調(diào)整間隙只能增加燃機(jī)轉(zhuǎn)子徑向的膨脹量。結(jié)合圖6燃機(jī)轉(zhuǎn)子及動(dòng)葉冷卻空氣的示意圖可知，要增加燃機(jī)轉(zhuǎn)子徑向的膨脹量可通過提高轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度實(shí)現(xiàn)。

2.3處理過程

通過以上分析已經(jīng)確定調(diào)整方向，于是2月4日，8：20下令手動(dòng)調(diào)整#1燃機(jī)TCA汽包側(cè)流量閥，以提高轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度。白班運(yùn)行人員執(zhí)行操作，當(dāng)#1燃機(jī)TCA汽包側(cè)流量閥從25%關(guān)到18%，其TCA流量從76T/H降到了45T/H，轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度由168℃升到181℃，#2級(jí)輪盤腔室溫度（L側(cè)）從447℃降到421℃，（R側(cè)）從403℃降到391℃。從數(shù)據(jù)來看，#2輪盤腔室溫度明顯下降，且溫差縮小，因此，提高轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度來降低#2輪盤腔室溫度這個(gè)措施是正確的。

采取上述措施后，#2輪盤腔室溫度421℃已經(jīng)低于正常運(yùn)行時(shí)的最高溫度，為了檢驗(yàn)燃機(jī)在最高負(fù)荷下，#2輪盤腔室溫度不超溫，12：30將第I套機(jī)組負(fù)荷升到420MW，運(yùn)行兩小時(shí)，#2輪盤腔室溫度分別為421℃和419℃，從數(shù)值和溫差來看，都和之前機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的參數(shù)一致。

14：20將I套機(jī)組負(fù)荷降到270MW，#2輪盤腔室溫度（L側(cè)）升到441℃，按熱工要求手動(dòng)調(diào)整TCA空氣側(cè)旁路手動(dòng)閥，以提高轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度。將TCA旁路手動(dòng)閥開大到50%左右（原來基礎(chǔ)上按手輪圈數(shù)，共開20圈），轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度穩(wěn)定在210℃，#2輪盤腔室溫度穩(wěn)定在427℃和394℃。

下圖為#2輪盤腔室溫度及轉(zhuǎn)子冷卻空氣曲線圖：

雖然調(diào)整了TCA空氣側(cè)旁路手動(dòng)閥，但TCA冷卻水側(cè)汽包側(cè)流量控制閥一直手動(dòng)調(diào)整，對(duì)轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度影響很大，因此，熱工對(duì)該閥自動(dòng)邏輯和參數(shù)進(jìn)行修訂，16：12投入自動(dòng)后TCA流量基本穩(wěn)定。2月4日運(yùn)行至今，#2輪盤腔室溫度（L、R兩側(cè)）已恢復(fù)正常?？偨Y(jié)起來，通過減少TCA冷卻水流量和開大TCA空氣側(cè)旁路手動(dòng)閥來提高轉(zhuǎn)子冷卻空氣溫度，進(jìn)而使靜葉環(huán)上的徑向密封和表面密封間隙變小，降低#2輪盤腔室溫度是正確有效的。

3 結(jié)語

M701F4機(jī)組在我國(guó)的投產(chǎn)的項(xiàng)目越來越多，隨著運(yùn)行時(shí)間和機(jī)組啟停次數(shù)的增加，暴露的問也題會(huì)越來越多。本文就中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司三菱M701F4燃機(jī)在某次冷態(tài)啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的透平#2輪盤腔室溫度高事件的經(jīng)過、原因及處理進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)分析，對(duì)同類型機(jī)組的技術(shù)人員處理類似問題具有很好的借鑒意義?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]1.2×460MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機(jī)組機(jī)務(wù)運(yùn)行規(guī)程.中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).2017.