索拉T60型透平發(fā)電機(jī)組燃油模式冷啟動(dòng)困難及解決措施

陳康成，王桂鈞，黃永堤，周日通

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司， 廣東 湛江 524057）

透平是以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工質(zhì)的旋轉(zhuǎn)熱力機(jī)械，是由壓氣機(jī)、燃燒室和渦淪三大部分及相應(yīng)輔助設(shè)備組成的成套動(dòng)力裝備。圖1為燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單工作循環(huán)原理圖。

其工作原理就是一個(gè)熱力學(xué)原理：進(jìn)氣?—壓縮—燃燒—膨脹做功—排氣。以空氣為工作介質(zhì)，壓氣機(jī)從外界大氣中吸入空氣，并將空氣進(jìn)行壓縮，經(jīng)過(guò)壓縮的氣體進(jìn)入燃燒室，與噴入的燃料相混合，點(diǎn)火燃燒，燃燒后產(chǎn)生高溫高壓的熱能和壓力能。具有高溫高壓的熱能和壓力能進(jìn)入渦輪膨脹作功，推動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子以及動(dòng)力透平一起做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。產(chǎn)生的廢氣則排放到大氣中。這就完成了一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)。能量轉(zhuǎn)變過(guò)程為：透平先將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，然后將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能或其他能，機(jī)械能又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。

1 項(xiàng)目背景

海洋石油某采油平臺(tái)開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目CEP平臺(tái)電站配置有1臺(tái)美國(guó)通用（GE）公司生產(chǎn)的瓦克夏（WAUKESHA）16V275GL+燃?xì)馔鶑?fù)式內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和2臺(tái)美國(guó)SOLAR公司生產(chǎn)的金牛座（Taurus）60型雙燃料透平發(fā)電機(jī)組。瓦克夏（WAUKESHA）16V275GL機(jī)組輸出額定功率為3300kW，金牛座（TAURUS）60型透平發(fā)動(dòng)機(jī)組燃?xì)夂腿加湍Ｊ较碌腎SO功率分別為：5670kW（燃?xì)猓?513kW（柴油）。

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)組簡(jiǎn)單工作循環(huán)原理圖

該項(xiàng)目配置有6臺(tái)天然氣壓縮機(jī)，且均采用6.3kV中壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)調(diào)試計(jì)劃需要優(yōu)先完成2臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組的燃油模式調(diào)試，為6臺(tái)核心壓縮機(jī)設(shè)備調(diào)試供電。所以透平發(fā)電機(jī)組燃油模式調(diào)試工期直接影響壓縮機(jī)調(diào)試質(zhì)量，是開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目調(diào)試進(jìn)度的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

調(diào)試開(kāi)始后，機(jī)組燃油模式點(diǎn)火測(cè)試時(shí)反復(fù)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗故障。反復(fù)點(diǎn)火啟動(dòng)，不但容易引起啟動(dòng)馬達(dá)發(fā)熱燒損、噴嘴積碳、透平葉片斷裂等故障，而且降低設(shè)備調(diào)試工作效率，造成柴油浪費(fèi)，不利于降本增效。調(diào)試人員仔細(xì)分析點(diǎn)火矩陣圖后，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，與廠家進(jìn)行溝通，反復(fù)修改測(cè)試并確定最佳點(diǎn)火參數(shù)，完成2臺(tái)透平機(jī)燃油模式點(diǎn)火測(cè)試。

2 索拉T60型透平發(fā)電機(jī)組燃油模式冷啟動(dòng)困難原因分析

2.1 概述

燃油模式冷啟動(dòng)困難是指透平發(fā)電機(jī)組冷機(jī)狀態(tài)下用柴油啟動(dòng)不容易起動(dòng)，而熱機(jī)時(shí)起動(dòng)正常的故障現(xiàn)象。引起該故障的原因復(fù)雜多樣，如果不能對(duì)故障原因做出準(zhǔn)確分析，將在故障處理過(guò)程中多走彎路，費(fèi)時(shí)費(fèi)工費(fèi)燃料且不能真正解決問(wèn)題。為能有效精準(zhǔn)地解決索拉T60型透平發(fā)電機(jī)組燃油模式冷啟動(dòng)困難的問(wèn)題，需要對(duì)該故障進(jìn)行細(xì)致研究和分析。

2.2 故障現(xiàn)象

機(jī)組點(diǎn)火測(cè)試期間，2臺(tái)索拉T60型透平發(fā)電機(jī)在確認(rèn)完成設(shè)備安裝、電氣校線和流程檢查等準(zhǔn)備工作后，先后進(jìn)行冷機(jī)柴油點(diǎn)火測(cè)試；測(cè)試時(shí)反復(fù)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗FN_Ignition_Fail、T5低溫FN_Flameout_Low_T5、T5超溫FL_T5_TC_High等關(guān)停報(bào)警信號(hào)。點(diǎn)火調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，透平機(jī)組在冷機(jī)狀態(tài)下用柴油點(diǎn)火需要三到五次才能啟動(dòng)成功。點(diǎn)火成功后停機(jī)，機(jī)組在熱機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火有所改善，一般一到兩次即可成功，點(diǎn)火成功后透平爬升速度很快。吹掃柴油和壓縮空氣管線，檢查柴油和儀表風(fēng)過(guò)濾器都干凈無(wú)雜質(zhì)；投用分油機(jī)循環(huán)分油后，狀況無(wú)改善。柴油經(jīng)化驗(yàn)，化驗(yàn)報(bào)告結(jié)果顯示滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，化驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表1。

表1 柴油分析報(bào)告

2.3 原因分析

針對(duì)機(jī)組在冷機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火啟動(dòng)困難，在熱機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火情況有所改善的現(xiàn)象，分析如下：

(1)熱機(jī)狀態(tài)下燃油模式啟機(jī)點(diǎn)火相對(duì)順利，說(shuō)明透平火花塞打火無(wú)問(wèn)題，至少火花塞能夠打火，只是點(diǎn)火時(shí)火花大小不能確定；

(2)熱機(jī)狀態(tài)下燃油模式啟機(jī)點(diǎn)火相對(duì)順利，說(shuō)明機(jī)組控制系統(tǒng)信號(hào)線路無(wú)問(wèn)題，點(diǎn)火時(shí)相關(guān)的電磁閥、柴油變頻器無(wú)問(wèn)題；

(3)熱機(jī)時(shí)柴油點(diǎn)火成功說(shuō)明點(diǎn)火柴油肯定有供給，但是點(diǎn)火時(shí)柴油供油量多少不能確定；

(4)熱機(jī)狀態(tài)下點(diǎn)火成功后，透平爬升速度很快，由此可以看出柴油運(yùn)行時(shí)燃料噴嘴的燃料噴入量較正常，但柴油霧化是否良好不能確定；

(5)機(jī)組在冷機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火啟動(dòng)困難，反復(fù)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗FN_Ignition_Fail、T5低溫FN_Flameout_Low_T5、T5超溫FL_T5_TC_High等關(guān)停報(bào)警信號(hào)，說(shuō)明機(jī)組點(diǎn)火參數(shù)設(shè)置存在不合理的可能性。

綜合以上機(jī)組柴油點(diǎn)火失敗的原因分析，可以初步確認(rèn)透平在冷機(jī)狀態(tài)下柴油點(diǎn)火不成功的原因主要有霧化空氣壓力不合適、柴油點(diǎn)火參數(shù)設(shè)置不合理等因素，相應(yīng)地分析處理方法歸納如表2。

表2 索拉透平機(jī)組柴油點(diǎn)火故障原因分析及處理方法表

3 解決措施

若要確定影響柴油點(diǎn)火的具體程序參數(shù)，需要根據(jù)柴油點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)的關(guān)停報(bào)警信號(hào)做進(jìn)一步分析：

3.1 分析FN_Ignition_Fail關(guān)停報(bào)警

分析程序得知，機(jī)組在燃油模式下預(yù)設(shè)點(diǎn)火計(jì)時(shí)器Ignition_Timer_TON的時(shí)間為15s，如果在15s內(nèi)T5平均溫度T5_Average.Val大于等于400℉（204℃）則復(fù)位點(diǎn)火指令PGM_Sequence_Ignition，火花塞停止工作并機(jī)組進(jìn)入爬坡加速PGM_Sequence_Accelerate階段，否則出現(xiàn)點(diǎn)火失敗FN_Ignition_Fail故障報(bào)警。T5平均溫度T5_Average.Val小于400℉（204℃），說(shuō)明柴油點(diǎn)火時(shí)溫度太低或無(wú)溫度，進(jìn)入燃燒室的柴油流量太小或柴油霧化不良沒(méi)有被點(diǎn)燃。

3.2 分析FN_Flameout_Low_T5關(guān)停報(bào)警

機(jī)組點(diǎn)火指令PGM_Sequence.Ignition完成后，進(jìn)入點(diǎn)火完成運(yùn)行PGM_Sequence_Ignite_Run階段，當(dāng)T5平均溫度T5_Average.Val小于等于400℉（204℃）時(shí)觸發(fā)T5溫度低關(guān)停報(bào)警FN_Flameout_Low_T5。點(diǎn)火成功后出現(xiàn)T5平局溫度低關(guān)停，說(shuō)明進(jìn)入燃燒室的柴油流量值太小或者收油門值太大；也存在燃燒室風(fēng)量太大，噴嘴火焰太長(zhǎng)的可能性。

3.3 分析FL_T5_TC_High關(guān)停報(bào)警

機(jī)組點(diǎn)火成功后，如果出現(xiàn)單個(gè)T5探頭溫度T5_Max_Channel大于等于1700℉（927℃），T5溫度高關(guān)停報(bào)警FL_T5_TC_High。點(diǎn)火成功后出現(xiàn)單個(gè)T5溫度高關(guān)停，說(shuō)明進(jìn)入燃燒室的柴油流量值太大或者收油門值太??；也存在柴油霧化效果不良，出現(xiàn)爆燃的可能性。

3.4 控制程序參數(shù)優(yōu)化設(shè)置

綜合以上分析，查找程序可以初步確認(rèn)影響透平柴油點(diǎn)火的程序參數(shù)主要有柴油霧化空氣壓力、燃燒室風(fēng)量、燃料流量設(shè)點(diǎn)、點(diǎn)火完成后燃料收油門設(shè)點(diǎn)和點(diǎn)火延時(shí)設(shè)點(diǎn)等，具體的程序參數(shù)設(shè)置歸納如表3：

表3 索拉透平機(jī)組柴油點(diǎn)火參數(shù)及設(shè)置匯總表

綜合表3分析匯總，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)節(jié)后，最終將透平A機(jī)組的柴油點(diǎn)火參數(shù)分別設(shè)置為：盤車轉(zhuǎn)速20.5、點(diǎn)火延時(shí)11s、柴油霧化空氣壓力315kPa；將透平B機(jī)組的柴油點(diǎn)火參數(shù)分別設(shè)置為：盤車轉(zhuǎn)速20.15、點(diǎn)火延時(shí)12s、柴油霧化空氣壓力330kPa。參數(shù)優(yōu)化設(shè)置后，如果出現(xiàn)點(diǎn)燃油模式火困難時(shí)，再通過(guò)調(diào)整點(diǎn)火流量值（KT_LIQ_LTOFF_LIMIT_WF）和點(diǎn)火收油門值（KT_LIQ_LIGHT_STEP_SUB_WF）值即可解決問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從某新建采油平臺(tái)電站索拉T60型透平發(fā)電機(jī)組燃油模式冷啟動(dòng)故障的影響因素出發(fā)，全面分析了索拉透平機(jī)組點(diǎn)火故障的可能原因，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化機(jī)組燃油模式啟動(dòng)參數(shù)，解決了T60型機(jī)組燃油模式冷機(jī)啟動(dòng)困難問(wèn)題。同時(shí)，總結(jié)了SOLAR機(jī)組燃油模式冷機(jī)啟動(dòng)時(shí)參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律，為SOLAR其他型號(hào)機(jī)組解決此類問(wèn)題提供了技術(shù)支持。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司編. 全能值班員技能提升指導(dǎo)叢書 汽輪機(jī)分冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2] 張會(huì)生，周登極. 燃?xì)廨啓C(jī)可靠性維護(hù)理論及應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2016.

[3] 中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司生產(chǎn)部. 燃?xì)廨啓C(jī)年檢作業(yè)指南[Z].2018.5.

[4] SOLAR Taurus60透平發(fā)電機(jī)PLC程序[Z].2017.5