焦爐煤氣燃氣輪機啟動欠速的故障處理

朱大偉, 翟永斌, 高光輝, 姚 鑫

(鄭州沃特節(jié)能科技股份有限公司, 鄭州 450052)

大力神130型焦爐煤氣燃氣輪機為美國索拉公司生產(chǎn)，運行比較穩(wěn)定，自動化程度較高。河南某公司配備三臺該型機組，其中一臺機組在某次啟動中多次出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)，機組無法正常運轉(zhuǎn)。本文針對該故障進行分析，總結(jié)出一些運行經(jīng)驗，為同類故障機組提供參考。

1 主要技術(shù)參數(shù)及工作流程

大力神130型焦爐煤氣燃氣輪機為美國索拉公司生產(chǎn)，由于焦爐煤氣氫氣含量較高(55%以上)，不能夠直接點火，故該機型設(shè)計雙燃料系統(tǒng)，首先用柴油點火，機組達到額定轉(zhuǎn)速(100%)后可以切換燃氣(焦爐煤氣)運行。該機組為14級壓氣機，壓縮比16∶1，設(shè)計流量47 kg/s，配備環(huán)形傾斜預(yù)混燃燒室，3級動力渦輪，21個固定燃燒噴嘴及12個T5(三級動力渦輪入口溫度)熱電偶，燃氣輪機和發(fā)電機之間經(jīng)過行星式減速齒輪箱減速(由11 197 r/min減速到1 500 r/min)，額定功率13 MW，冬季最大可達15 MW,效率可達35%，額定工況下排氣溫度約500 ℃，所有的變頻系統(tǒng)均為AB公司生產(chǎn)。燃氣輪機結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 大力神130型焦爐煤氣燃氣輪機結(jié)構(gòu)

正常工作過程為機組點擊啟動按鈕后，機組會進行機罩吹掃4 min(防止機罩內(nèi)局部可燃氣體濃度高)，盤車在20%轉(zhuǎn)速時先吹掃10 min(防止燃燒室及余熱鍋爐可燃氣體濃度高)，然后進入柴油點火，點火器持續(xù)點火10 s，30 s后若T5平均溫度(三級動力渦輪入口溫度)超過204 ℃則點火成功,否則點火失敗，燃氣輪機開始升速，到65%轉(zhuǎn)速時，盤車自動脫扣，進氣可調(diào)導(dǎo)葉在75%轉(zhuǎn)速時開啟，防喘閥在78%轉(zhuǎn)速時關(guān)閉，整個升速過程約4 min。100%轉(zhuǎn)速后，可手動把柴油切換到焦爐煤氣運行，然后并網(wǎng)帶負荷。

2 故障概述

2018年7月27日，該燃氣輪機煤氣量不足，正常停機。19:16分啟動該燃氣輪機，燃氣輪機轉(zhuǎn)速在69%時，出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)跳停，再次啟動時機組轉(zhuǎn)速達到77%左右再次出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)，初步懷疑燃氣輪機機組溫度低，所以又啟動第3次，燃氣輪機仍然是在75%轉(zhuǎn)速左右出現(xiàn)該故障停機，機組無法啟動，為保證機組的安全穩(wěn)定運行，決定對各個系統(tǒng)進行排查。

3 原因分析及處理

FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)，說明燃氣輪機動力不足，需對啟動系統(tǒng)、燃料及空氣等系統(tǒng)進行徹底檢查。

3.1 啟動系統(tǒng)檢查

檢查發(fā)現(xiàn)停機時，每次機組升速時AB變頻器PLC均出現(xiàn)故障代碼F8，查看AB變頻器故障代碼手冊,F8為變頻器超溫引起，查看變頻器冷卻風機工作正常。拆除變頻器風機進一步檢查，發(fā)現(xiàn)變頻器冷卻風機入口堵塞嚴重，清理灰塵，并恢復(fù)風機，并增加外置冷卻風扇給變頻器降溫。

3.2 空氣系統(tǒng)檢查

燃氣在點火及升速過程中離不開點火及噴嘴霧化空氣系統(tǒng)(該系統(tǒng)見圖2)，點火期間空氣來源于外置螺桿式壓縮機，燃氣輪機在升速過程，隨著壓氣機壓力的升高，慢慢切換到壓氣機供氣系統(tǒng)，柴油泵變頻器也在不斷地加速，液體燃料在進入燃燒室時，若空氣壓力不足，容易形成比較大的液滴，液滴無法與空氣有效地混合，無法充分燃燒，會直接引起燃氣輪機動力不足。因此該系統(tǒng)設(shè)計霧化空氣進入液體燃料噴嘴中，以保證液體燃料的良好霧化。

圖2 點火及噴嘴霧化空氣系統(tǒng)霧化空氣靠外置螺桿式壓縮機提供。壓縮空氣經(jīng)過FS911-1(空氣過濾器)后由V2P935(總關(guān)斷閥)控制，分為兩路，一路由減壓閥PCV933-1控制，進入點火器，保證點火時的正常霧化，空氣壓力設(shè)計為261 kPa；另一路由減壓閥PCV933控制，進入噴嘴霧化空氣管，保證噴嘴的正常霧化，空氣壓力設(shè)計在172～207 kPa之間。

拆除FS911-1空氣濾芯，發(fā)現(xiàn)灰塵較多，更換濾芯。由于機組點火正常，可以排除減壓閥PCV933-1故障的可能。拆除彈簧止回閥VCH932，檢查止回閥正常。在PCV933減壓閥之后安裝一臨時壓力表，強制開啟總關(guān)斷閥V2P935，檢查噴嘴霧化空氣壓力為200 kPa，在正常范圍內(nèi)，此次未做調(diào)整(手動調(diào)整PCV933頂部螺母可以調(diào)整噴嘴霧化壓力，隨著燃氣輪機速度的提高，壓氣機來氣壓力會越來越高，會經(jīng)過PCV933來代替壓縮空氣)，更換空氣過濾系統(tǒng)濾網(wǎng)。

3.3 液體燃料系統(tǒng)檢查

燃氣輪機點火時，柴油泵入口V2P949閥門自動開啟，柴油泵P931由變頻器控制啟動， VR931-1為柴油泵出口彈簧過壓閥，壓力超過8.273 MPa會自動打開。液體燃料系統(tǒng)見圖3。

拆除柴油泵出口濾網(wǎng)FS936，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)較臟，更換柴油濾網(wǎng)；檢查VFD443變頻器各參數(shù)在正常范圍內(nèi)(因出廠前已校驗好，此次未修改)；強制開關(guān)各閥門，動作正常。

強制排污閥V2P945-1開關(guān)動作正常，未發(fā)現(xiàn)漏油情況，若排污閥V2P945-1漏油，也會出現(xiàn)燃氣輪機動力不足情況，即FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)。

3.4 各輔助設(shè)備檢查

1) 可調(diào)導(dǎo)葉位置：可調(diào)導(dǎo)葉的位置故障直接會影響到燃氣輪機的燃燒及燃燒室的冷卻。檢查燃氣輪機啟動趨勢，可調(diào)導(dǎo)葉開度設(shè)定和實際一致，利用Rslogix5000強制可調(diào)導(dǎo)葉動作靈活，可以排除。

2) 防喘閥:該閥門的動作也會影響燃氣輪機轉(zhuǎn)速，由于該機型在78%轉(zhuǎn)速時防喘閥才開始關(guān)閉，此前多次開機均沒有超過78%轉(zhuǎn)速，故排除。

3) 燃料噴嘴：因開機前噴嘴已清洗干凈，可以排除。

經(jīng)過對霧化空氣及液體燃料系統(tǒng)的檢查、更換濾網(wǎng)后，再次開機，但機組轉(zhuǎn)速升到82%轉(zhuǎn)速時再次出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)故障。

3.5 程序檢查

利用Rslogix5000打開該燃氣輪機程序，輸入FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)，見圖4索拉燃氣輪機程序梯形圖。

圖3 液體燃料系統(tǒng)

圖4 索拉燃氣輪機程序梯形圖

根據(jù)圖4可以看出：當燃氣輪機脫扣后(即65%轉(zhuǎn)速)開始計時，90s內(nèi)機組轉(zhuǎn)速不小于90%，則運行正常，否則會出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)。檢查前兩次的啟動趨勢，90s后燃氣輪機轉(zhuǎn)速均在75%左右，故出現(xiàn)該報警。調(diào)取最后一次開機轉(zhuǎn)速及時間曲線，轉(zhuǎn)速到65%轉(zhuǎn)速時，盤車自動脫扣，90s后燃氣輪機速度達到了82%轉(zhuǎn)速，沒有達到設(shè)定的90%轉(zhuǎn)速，故出現(xiàn)該報警。

3.6 燃油檢查

再次調(diào)取PLC記錄，發(fā)現(xiàn)燃氣輪機升速時始終處在最大燃料量模式運行。檢查柴油箱發(fā)現(xiàn)柴油有乳化現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)柴油箱上部加油孔未蓋嚴實，柴油箱進水后，開機過程中柴油會打循環(huán)，油質(zhì)乳化，熱值降低，懷疑柴油熱值低引起燃氣輪機動力不足。

打開燃氣輪機程序，查找燃油熱值設(shè)計范圍為16 000～20 000 btu/lb (37 216 ～ 46 520 kJ/kg)之間，當前輸入熱值為18 380 btu/lb，為提高燃氣輪機動力，在設(shè)計范圍內(nèi)適當降低燃油輸入熱值，即把18 380 btu/lb改為18 000btu/lb，再次開機，機組順利達到100%轉(zhuǎn)速。見圖5燃料設(shè)置圖。

圖5 燃料設(shè)置圖

4 總結(jié)

該機型比較成熟，自動化程度較高，基本上屬于一鍵啟動式，一旦出現(xiàn)故障后，應(yīng)該首先打開警報概括，查看具體的報警信息，根據(jù)報警信息查看程序設(shè)計原理，逐步排查故障原因，由簡到難逐步排查。此次故障主要因為柴油箱加油后，密閉不嚴，部分雨水進入，導(dǎo)致柴油乳化，熱值降低，導(dǎo)致燃氣輪機升速過程始終顯示為高燃料流量模式運行，為保證開機正常，在設(shè)計的范圍內(nèi)適當調(diào)低柴油熱值，點火燃油量會增加，燃氣輪機動力增強，順利通過90s設(shè)計,此次雖然解決了問題，但也走了不少彎路，出現(xiàn)類似情況一定要靜下心，領(lǐng)會每個報警的設(shè)計理念，逐步排查可疑點，直到問題解決。