M701F4型燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組調(diào)試問題及優(yōu)化措施

朱放明

摘要：機組在調(diào)試過程中出現(xiàn)問題，將增加調(diào)試周期，大幅提高調(diào)試成本。本文基于燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在調(diào)試過程中遇到的問題，對M701F4型燃氣輪機調(diào)試期間發(fā)生的如燃機震動噪音大、天然氣系統(tǒng)泄漏、臨時濾網(wǎng)堵塞等問題進行了總結(jié)分類，對問題原因進行了深入剖析，并提出優(yōu)化改進措施，為同類型燃氣蒸汽機組的調(diào)試提供了寶貴經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：燃氣電廠；蒸汽循環(huán)機組；M701F4；“一拖一”；調(diào)試分析；優(yōu)化措施

中圖分類號：TK26文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2018）02-0140-02

某電廠采用日本三菱生產(chǎn)的M701F4型燃氣輪機組建的“一拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)機組，主要設(shè)備包括M701F4型燃氣輪機、燃機發(fā)電機、余熱鍋爐、蒸汽輪機和汽機發(fā)電機等部分。在電廠設(shè)備調(diào)試過程中，出現(xiàn)了類似天然氣臨時濾網(wǎng)堵塞、燃機震動大、天然氣系統(tǒng)泄漏、TCA冷卻水流量低及BPT偏差大等問題，延長了設(shè)備調(diào)試運行周期，增加了調(diào)試成本。因此，對三菱M701F4燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組在調(diào)試過程中產(chǎn)生的問題進行深入剖析，并針對相應(yīng)問題提出優(yōu)化改進施，可為同類型機組調(diào)試提供寶貴的經(jīng)驗。

1 M701F4型燃氣蒸汽機組生產(chǎn)工藝

M701F4重型燃機本體結(jié)構(gòu)主要可分為進氣系統(tǒng)、壓氣機、燃燒器、透平和排氣系統(tǒng)等部分，輔助系統(tǒng)主要由潤滑油系統(tǒng)、控制油系統(tǒng)和TCA系統(tǒng)等組成。燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組正常運行可分為燃氣發(fā)電和蒸汽發(fā)電兩部分。

1.1 燃氣發(fā)電

燃氣發(fā)電主要由經(jīng)過處理的燃氣和空氣在燃機燃燒器內(nèi)燃燒做功，并帶動燃機發(fā)電機旋轉(zhuǎn)來進行發(fā)電。天然氣先后經(jīng)過調(diào)壓站、燃料加熱和分配系統(tǒng)等，進行過濾、調(diào)壓、計量、加熱等處理，最后通過各噴嘴進入燃燒器中?？諝鈩t通過燃機進氣系統(tǒng)過濾作用后，進入壓氣機中壓縮升壓，最后進入燃燒器與天然氣進行充分的混合燃燒。燃燒過程中產(chǎn)生的高溫高壓煙氣，在燃機透平中進行做功，推動透平轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進而帶動壓氣機和發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。一般來說，壓氣機耗功約占透平輸出功率的2/3，另外的1/3輸出功率用于帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能。

1.2 蒸汽發(fā)電

在燃機透平做功后的煙氣排出至余熱鍋爐，加熱余熱鍋爐各受熱面中的給水、飽和蒸汽，產(chǎn)生符合要求的高溫高壓蒸汽，進入汽輪機中膨脹做功，帶動汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終帶動發(fā)電機做功產(chǎn)生電能輸出。

1.3 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電

汽輪機做功后的乏汽進入凝汽器中進行冷卻凝結(jié)，然后通過給水系統(tǒng)重新進入余熱鍋爐中進行除氧、加熱、蒸發(fā)等，形成燃氣蒸汽循環(huán)發(fā)電。

2“一拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)機組調(diào)試問題

2.1 天然氣臨時濾網(wǎng)堵塞

調(diào)試期間，天然氣管道中異物較多，為對燃機進行充分的保護，防止異物進入燃燒器中造成損傷，某電廠在燃氣終端過濾器后各燃料集管處增設(shè)了臨時濾網(wǎng)。但在調(diào)試期間，即使已對天然氣管道進行吹掃，仍會頻繁出現(xiàn)燃機剛開機不長時間后，臨時濾網(wǎng)的前后差壓就達到報警閾值的情況，導致機組無法繼續(xù)運行，只能停機將濾網(wǎng)清理干凈后再重新啟機，大大降低了調(diào)試效率，增加了燃機的調(diào)試時間。

2.2 TCA冷卻水低流量保護動作

TCA系統(tǒng)即燃機透平冷卻空氣系統(tǒng)，其主要功能是為透平轉(zhuǎn)子提供合格的冷卻空氣。TCA冷卻空氣從燃兼壓缸中抽出，經(jīng)過水冷式冷卻器冷卻和濾網(wǎng)過濾后進入燃機轉(zhuǎn)子。TCA冷卻水取自給水系統(tǒng)，為確保TCA的冷卻效果，機組配置了冷卻水低流量保護功能。在某電廠調(diào)試過程中，多次觸發(fā)TCA冷卻水低流量保護動作導致機組跳閘，使得調(diào)試工作無法順利開展，影響調(diào)試進程。

2.3 BPT偏差大保護動作

BPT即葉片通道溫度，M701F4型燃氣機組配制了20個熱電偶用于測定葉片通道溫度。當某個熱電偶測量值與BPT平均溫度（去除最大值和最小值后的平均值）相差大于保護設(shè)定值都會觸發(fā)BPT分布偏差大保護動作。M70IF4燃機規(guī)定，當某一點的BPT值與BPT平均溫度的差值大于20℃或小于-30℃，TCS將發(fā)生報警；若偏差大于25℃或小于-40℃，延時30秒自動停機；若偏差進一步擴大（大于30℃或小于-60℃）則觸發(fā)跳閘保護。某電廠調(diào)試過程中，多次因BPT偏差大而導致的跳閘，影響調(diào)試進度，且葉片通道溫度偏差大直接導致燃機葉片經(jīng)受的熱應(yīng)力也大，降低了機組運行安全和可靠性。

2.4 天然氣系統(tǒng)管道泄露

天然氣易在充氮接頭、管路焊接和連接法蘭等地方出現(xiàn)泄漏，且天然氣管路上設(shè)置的充氮口多采用卡套連接，易導致泄漏隱患，存在安全隱患，一旦遇到火花，后果不堪設(shè)想。天然氣管道出現(xiàn)漏點，只能進行停機整頓處理，確保無任何泄漏后方可進行下一步工作，影響了機組的安全運行和調(diào)試進程。

2.5 燃機振動

某電廠在燃氣機組調(diào)試初期，啟動升速過程中軸承振動超過預(yù)警值。當燃機運轉(zhuǎn)正常后，振動值仍然很大，嚴重超過標準要求。燃機振動現(xiàn)象不僅大幅降低了燃機運行的安全性和可靠性，還嚴重影響軸承的密封性，且若振動大是由于壓氣機喘振而導致，還會使壓氣機出口進氣壓力降低，使燃機不能正常工作。燃機振動對設(shè)備的損害也是巨大的，會大幅縮短燃機的使用壽命。

2.6 油系統(tǒng)滲油或漏油

由于本電廠的設(shè)備采用的“一拖一”多軸聯(lián)合模式，因此整套機組采用單軸的布局方式。由于空間限制及成本考量，采用一套潤滑油箱和交流泵為燃機本體、汽機本體及發(fā)電機各油系統(tǒng)提供供給。在機組調(diào)試過程中，出現(xiàn)了潤滑油油質(zhì)不合格及濾油時間過程、由于燃機軸承漏油導致燃機進氣室進油、發(fā)電機進油（發(fā)電機氫氣置換過程中）等問題，嚴重影響了機組的安全運行和調(diào)試進度。

3 問題原因分析及優(yōu)化措

3.1 天然氣臨時濾網(wǎng)堵塞分析

深入對比剖析臨時濾網(wǎng)堵塞的原因，可歸結(jié)為四種情況。（1）濾網(wǎng)與支架不緊密接觸，氣流沖擊導致間隙；（2）濾網(wǎng)間管道吹掃結(jié)束后，通氣時間間隔長，管道保護效果差；（3）上游供氣管網(wǎng)吹掃不徹底，或后期施工導致的金屬焊渣等雜物較多；（4）Y型濾網(wǎng)受熱效應(yīng)影響變形，導致實際高度與設(shè)計值存在誤差，存在一定的間隙。

采取的應(yīng)對措施：（1）采用專用清洗劑及超聲清洗工藝對臨時濾網(wǎng)進行徹底清洗或更換新濾網(wǎng)；（2）管道吹掃后要做好成品保護，碳鋼管道要充氮保養(yǎng)；（3）Y型濾網(wǎng)加裝密封圈，確保密封良好的密封性；（4）可在上游過濾器處增加高溫磁棒，防止金屬雜質(zhì)進入下游。

3.2 TCA冷卻水低流量保護分析

TCA系統(tǒng)存在的問題可概況為以下幾類：（1）升降負荷時，TCA出口冷卻水到高壓汽包或凝汽器的切換過程中，由于流量擾動較大可能導致冷卻水流量過低；（2）冷卻水至汽包的調(diào)節(jié)門未形成閉環(huán)控制，存在較大隱患；（3）發(fā)生高壓旁路系統(tǒng)快關(guān)時，會導致TCA冷卻水進出口壓差降低，流量降低觸發(fā)保護機制。

采取的應(yīng)對措施：（1）調(diào)整TCA出口冷卻水回高壓汽包和凝汽器的特性曲線，改善開關(guān)速度，確保兩種模式間的切換不發(fā)生冷卻水流量大幅波動；（2）調(diào)整TCA流量跳閘保護曲線，設(shè)定好減溫水低流量報警值。同時，加強巡視監(jiān)管，確保減溫水流量不低于設(shè)定值。

3.3 BPT偏差大保護分析

BPT偏差大導致跳機的原因可能是熱電偶的正負極接反，或是未正確連接屏蔽線，最終導致無法實現(xiàn)溫度補償。另外，還可能存在TCS顯示與保護信號不一致的情況，導致保護效率低，保護誤動率高。針對BPT偏差大的原因，主要采取以下措施：（1）認真校正BPT熱電偶，測量根部標準信號是否正確，同時確保溫度顯示及變化正確。做好冷態(tài)信號相互對比工作，確保熱電偶的正確性和靈敏性。（2）改善BPT溫度顯示和保護系統(tǒng)，實現(xiàn)可靠保護。

3.4 天然氣系統(tǒng)管道泄露分析

針對采樣管等測量點處易泄漏的問題，可將卡套連接方式轉(zhuǎn)換為焊接連接，消除安全隱患；同時，需要添加密封圈等密封裝置，降低天然氣泄漏率；對于已發(fā)現(xiàn)的因焊接工藝不過關(guān)或因管路損耗而導致的焊縫開裂等情況，要進行重新焊接或封焊。

3.5 燃機振動分析

燃機振動的主要原因有兩個：（1）燃機轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均衡，旋轉(zhuǎn)過程中由于轉(zhuǎn)子的不均衡性導致運轉(zhuǎn)不平衡，產(chǎn)生較大的振動；（2）燃機運轉(zhuǎn)過程中，存在壓氣機旋轉(zhuǎn)失速的現(xiàn)象。

針對以上問題，主要采取以下措施：（1）在調(diào)試前，要求廠家對燃機轉(zhuǎn)子進行均衡性試驗，消除由于轉(zhuǎn)子的不均衡性導致經(jīng)的振動；（2）若存在壓氣機旋轉(zhuǎn)失速的現(xiàn)象，可對葉片進行重新的計算選型，更換新設(shè)計的葉片；（3）燃機啟動時，增大IGV開度，并緊固機構(gòu)連桿螺栓，確保IGV系統(tǒng)正常；（4）修改燃機啟動時靜態(tài)變頻啟動裝置退出時間；（5）燃機啟動時，打開高壓防喘放氣閥，轉(zhuǎn)速達到一定值后關(guān)閉。

3.6 油系統(tǒng)滲油或漏油分析

通過對調(diào)試過程中出現(xiàn)的漏油滲油情況的分析，其主要原因可以總結(jié)為以下幾點：（1）在前期進行油管道清理時，由于清理不夠徹底導致油的循環(huán)時間過長。（2）燃機軸承端蓋未能完全密封，導致油流入進氣室。（3）在置換氫氣時，由于氫壓上升，排氫調(diào)節(jié)油箱旁路閥關(guān)閉，排氫調(diào)節(jié)油箱出油閥未打開，造成發(fā)電機內(nèi)進油。（4）用潤滑油對機組的軸承進行首次潤滑清洗過程中，由于潤滑油箱油煙風機未運轉(zhuǎn)，軸承回油不暢，造成油進入發(fā)電機油煙風機。

針對滲油、漏油的問題，在調(diào)試過程中一定要加強清洗力度，注重質(zhì)量驗收過程中的特別注意檢測系統(tǒng)管路、閥門等的密封、清洗情況。同時，機組的首次投入使用過程中，嚴格按照規(guī)范化、標準化的操作流程來進行。

4 結(jié)語

基于某M701F4型燃氣機組在調(diào)試過程中遇到的天然氣濾網(wǎng)堵塞、TCA冷卻水低流量保護及BPT偏差大等問題，對調(diào)試過程中問題進行深入剖析、總結(jié)分析，制定了相應(yīng)的技術(shù)策略。一方面可為同行業(yè)同型號燃機機組提供借鑒和參考的價值，另一方面可大幅提高機組的使用壽命，產(chǎn)生更高的經(jīng)濟回報率。

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