9FB燃氣輪機啟動點火失敗原因分析及處理

華能臨港（天津）燃氣熱電有限公司 李 洋 丁 盛 于 洋 李 珍 郝驁劼 劉 博 張 皓

通用9FB型燃氣輪機組作為國內(nèi)引進的最先進的一種新型發(fā)電設(shè)備，以其裝機容量大、啟停速度快、高效節(jié)能等優(yōu)越的性能，在節(jié)能減排和滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求等方面發(fā)揮了重要的作用。燃氣輪機因其多用于電網(wǎng)調(diào)峰，需頻繁啟停，對機組快速、可靠的啟停有較高的要求，而燃機點火是燃氣輪機機組啟動過程中最關(guān)鍵的步驟之一，為適應(yīng)電力負荷調(diào)度的要求，對燃機一次點火的成功率要求較高，但是在實際運行中發(fā)生過多次點火失敗導致機組跳閘的故障，跳閘之后機組將需經(jīng)約16分鐘清吹過程后方可再次進入點火程序，直接延誤機組的正常啟動[1]。因此對燃氣輪機啟動點火失敗的原因進行分析十分重要。

1 燃氣輪機啟動點火過程

當燃氣輪機接受啟動指令后，首先由靜態(tài)啟動器（LCI）供電給發(fā)電機，使燃機從盤車轉(zhuǎn)速上升到清吹轉(zhuǎn)速705r/min。清吹時LCI維持機組在冷拖轉(zhuǎn)速不變。清吹16.6分鐘結(jié)束后LCI輸出被切斷，機組減速到405r/min時LCI再次輸出供電，燃機轉(zhuǎn)速重新上升，到點火轉(zhuǎn)速420r/min時機組維持在點火轉(zhuǎn)速上，進入點火程序，燃料控制行程基準（FSR）輸出點火值22.5%提供燃料，同時火花塞得電打火[2]。當火焰穩(wěn)定建立，確認點火成功后機組將進入暖機程序。如果在點火允許的時間內(nèi)（10s）沒能建立穩(wěn)定的火焰，則系統(tǒng)判斷為機組點火失敗1次，LCI使燃機重新升速到清吹轉(zhuǎn)速705r/min，清吹12.2分鐘結(jié)束后LCI輸出被切斷，機組減速到405r/min時LCI再次輸出供電，燃機轉(zhuǎn)速重新上升，到點火轉(zhuǎn)速420r/min時機組維持在點火轉(zhuǎn)速上，第2次進入點火程序，如果第2次點火失敗則系統(tǒng)自動遮斷機組。整個點火邏輯控制策略采用開環(huán)控制。

2 燃機點火失敗及分析處理

2.1 點火失敗情況

某燃氣電廠9FB機組投產(chǎn)運行1年來未出現(xiàn)過點火失敗情況，但是在某次燃機跳機、待故障處理完畢后再次啟動時燃機出現(xiàn)第1次點火失敗，在此之后的兩年運行時間中，燃機斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)點火失敗47次，雖通過各種分析，參考各類型燃機點火失敗案例對常見的可能因素進行快速排查[1-3]，及時找出故障點并修復(fù)，但也出現(xiàn)新的罕見原因，造成同一原因點火失敗持續(xù)1年之久。為保證燃機調(diào)峰的可靠性，每次啟動都要提前2小時試驗點火，點火成功后長期在3000rpm空轉(zhuǎn)等待并網(wǎng)，不僅嚴重影響了燃機的可靠性，還嚴重降低了電廠的經(jīng)濟性。

點火故障發(fā)生后，必須采取檢查、分析及改進措施，在進行任何新的嘗試工作之前，主要檢查下列項目：燃料條件是否具備，如氣體純度、壓力、溫度等；點火器的功能是否正常；火焰檢測系統(tǒng)的功能是否正常；燃料等閥門的功能是否正常。

2.2 天然氣參數(shù)變化導致的故障

天然氣系統(tǒng)及其控制參數(shù)是根據(jù)控制規(guī)范中包含的燃氣組分計算的。某時刻燃氣熱值、密度和燃氣溫度等燃氣輪機燃氣參數(shù)對應(yīng)計算該時刻燃氣相應(yīng)的華白指數(shù)。為保證機組可靠運行，華白指數(shù)應(yīng)維持在合同規(guī)定燃料華白指數(shù)±10%以內(nèi)。

9FB燃機有18個燃燒室，燃燒室之間通過連焰管連接，每個燃燒室有6個燃燒器，具有低氮燃燒（DLN）作用，其中2個燃燒室?guī)в悬c火器，有4個火焰監(jiān)測裝置。點火系統(tǒng)的常見故障有點火變壓器故障和點火器故障。

此外，由于在前置模塊到天然氣調(diào)閥前管路較長，支路和彎頭較多，模塊化設(shè)計導致操作空間狹小等原因，在燃機點火前如果出現(xiàn)天然氣管道置換不徹底，含氮較高，也容易出現(xiàn)點火故障。尤其在出現(xiàn)臨修搶修情況，時間短暫，使置換或取樣操作不規(guī)范等都會造成天然氣成份變化大，引起點火失敗。同時建議在燃氣輪機調(diào)閥前增加取樣口，以便準確掌握天然氣置換后的天然氣純度。

礦區(qū)內(nèi)大面積風成砂土覆蓋，為圈定自電異常，初步了解全區(qū)石墨礦化情況，縮小找礦靶區(qū)，礦區(qū)內(nèi)布設(shè)1∶1萬自然電場電位測量法20km2，并形成了自然電場電位平面等值線圖(圖2)。

在9FB燃機中，由于天然氣壓力和溫度都是自動調(diào)整控制，即使出現(xiàn)異常也比較容易排查。同時9FB燃機在天然氣進廠母管和燃機前置模塊都配有在線分析儀，因此對于天然氣成分的變化也可及時準確掌握，必要時可適當降低燃氣輪機點火轉(zhuǎn)速來降低天然氣成分小幅改變的影響，同時降低點火轉(zhuǎn)速也可減少對初始火焰的干擾。由于某燃機電廠天然氣供應(yīng)緊張，經(jīng)常出現(xiàn)管道氣和LNG兩路摻混使用情況，華白指數(shù)波動最大超過15%以上，為此9FB燃機點火轉(zhuǎn)速從420rpm緩慢降至300rpm才能保證點火成功。隨著后期天然氣供應(yīng)穩(wěn)定后未再出現(xiàn)華白指數(shù)大幅波動導致點火失敗的情況。

2.3 點火及火檢系統(tǒng)故障

另外，在交通組織過程中，還需要融入交通綜合性以及交通科學性發(fā)展的目標，以充分利用原有交通設(shè)置為宗旨，保證最好的改擴建效果。根據(jù)項目實際情況，選擇最合理的施工方案，保證施工結(jié)果可以滿足實際安全需要。

奧斯本檢核表法由美國著名創(chuàng)造工程學家創(chuàng)新技法之父A·F奧斯本提出，是根據(jù)需要解決的問題或者需要創(chuàng)造發(fā)明的對象，以提問表格的形式，列出9個方面的有關(guān)問題，即如能否他用、能否借用、能否改變、能否擴大、能否縮小、能否代用、能否調(diào)整、能否顛倒、能否組合，然后逐一進行審核討論，以促進創(chuàng)新活動深入進行的一種創(chuàng)新技法。運用該創(chuàng)新技法的核心是檢核思考。在檢核思考時，可將每一條檢核項目視為單獨一種技法使用，也可結(jié)合其他檢核項目或者其他創(chuàng)新技法共同使用，并按照創(chuàng)造性思考方式進行深度思考，還需對各種設(shè)想進行可行性檢驗和綜合評價，盡可能檢核思考出有價值可操作的創(chuàng)造性設(shè)想。

點火變壓器故障主要指變壓器不工作或出線端升壓電壓不夠。首先檢查確定輸入電壓是否正常，接線是否良好，如都正常而點火變壓器輸出無電壓或電壓不足則需對點火變壓器進行更換。9FB機組設(shè)計1套點火裝置即可滿足點火需求，但運行期間出現(xiàn)過2次由于接線不良和點火變壓器故障情況，因此建議做好點火變壓器及電纜的備件，確?？梢约皶r更換；點火器故障主要指點火電極在燃燒器組裝過程中折斷，或是點火電極與其他導電體接觸造成短路或低電壓，或是放電部位電極間隙過大或過小從而導致電弧難以產(chǎn)生。以上故障在不同的文獻中都有詳細處理[4]，主要是規(guī)范燃機檢修標準，保護電極，避免其他導電體與電極接觸，在燃機檢修結(jié)束后燃燒室人孔門封閉前應(yīng)進行放電試驗，以排除因安裝不當導致的電極折斷、短路或放電部位間隙變化。

此外，9FB燃機在點火前由于燃燒室內(nèi)壓力低，點火電極在彈簧力作用下伸出在燃燒室內(nèi)部，當點火成功后，隨著燃燒室壓力增加點火電極會被壓縮進點火器內(nèi)。如點火電極卡澀在點火器內(nèi)，在燃機停機熄火后將無法彈出電極進行下一次點火。由于這種卡澀主要是對中出現(xiàn)的問題，因此在排除其它常規(guī)點火器故障后，重新拆除點火器進行檢查，查看電極是否有卡澀情況。

可是，蔡大姐，牛到了菜園里哪有不吃菜的理？何況，現(xiàn)在的風氣如此，你就是想廉潔自律別人也不允許??！我仍然苦著一張臉說。

在燃氣輪機新機組調(diào)試時，燃氣輪機點火轉(zhuǎn)速的選擇依據(jù)之一是天然氣與空氣的配比[5]。9FB機組在點火時壓氣機進口導葉（IGV）在29°維持不變，天然氣擴散調(diào)節(jié)閥控制天然氣量而預(yù)混調(diào)節(jié)閥關(guān)閉不參與點火。因此，點火時IGV開度發(fā)生較大漂移、擴散調(diào)節(jié)閥開度設(shè)置漂移等都會引起進壓氣機的空氣量過大或過小，從而使得天然氣與空氣的配比發(fā)生較大改變而引起點火失敗。

2.4 閥門卡澀、行程偏移等故障

火檢系統(tǒng)的常見故障主要是外缸透光石英玻璃積污引起透過的可見光過少或亮度過低使可見光難以被捕捉到，內(nèi)部透鏡破裂或光感元件故障造成探頭對可見光的感知失效，光強度顯示靈敏度過低，火檢信號電纜損壞或接線有誤、火焰放大器故障等原因。檢查火焰檢測器是否正常，可通過對燃機排氣溫度和輪間溫度等參數(shù)的變化來提供輔助判斷。通過對燃機排氣溫度和輪間溫度等歷史數(shù)據(jù)的查閱，溫度未見變化，火檢故障基本排除。為保險起見，一般在燃氣輪機檢修結(jié)束后燃燒室人孔門封閉前，對火焰檢測器進行光感試驗并對火檢探頭進行檢查，嚴格按照技術(shù)資料對火焰檢測信號電纜接線做好信號屏蔽并對信號電纜做好隔熱措施，防止電纜老化引起短路。

在9FB機組前幾次點火失敗故障中，主要是點火變壓器故障、電纜短路、天然氣純度低等原因造成，但是處理完故障后的1年多運行時間里仍斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)多次點火失敗，基本判斷為天然氣與空氣的配比出現(xiàn)較大變化導致，并采取以下措施：現(xiàn)場用IGV測量專用角度儀再重新測量IGV點火角度（29°），并與系統(tǒng)顯示進行比較，未發(fā)生偏移；對擴散調(diào)節(jié)閥進行零位校對和全行程校驗，也未發(fā)現(xiàn)偏移情況。

由于9FB燃機液壓油與潤滑油共用，投產(chǎn)初期就出現(xiàn)潤滑油漆膜問題，造成各液壓閥的油路濾網(wǎng)堵塞、伺服閥卡澀等情況，出現(xiàn)了多次調(diào)節(jié)閥、緊急關(guān)斷閥抖動使燃機跳閘的情況。為此電廠更換了全套調(diào)節(jié)閥門并定期對各調(diào)節(jié)閥進行閥門校驗，同時定期對各液壓閥上的濾網(wǎng)及伺服閥進行檢查，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)堵塞及時清理或更換，伺服閥故障及時更換。因此，對可能造成的使天然氣與空氣配比發(fā)生較大改變的問題都一一排除，但是仍然還不定期的出現(xiàn)點火失敗故障。為提高點火成功率，采取逐步提高FSR由22.5%升至23.5%，延長點火時間由10s提高至30s，并在每次啟動前提前2小時進行試點火，進而保證了燃機按期并網(wǎng)，但是也嚴重制約了燃機調(diào)峰可靠性及運行經(jīng)濟性。

2.2 銀杏外果皮揮發(fā)油體外抗氧化能力 由圖2a可知,銀杏外果皮揮發(fā)油對DPPH和ABTS自由基均具有一定的清除能力,且該能力皆隨著揮發(fā)油濃度的升高而逐漸增強,當揮發(fā)油濃度為40.000 mg/mL時,其對DPPH自由基的清除率達到97.76 %,而對ABTS自由基清除率達到84.98 %。通過SPSS軟件計算得出銀杏外果皮揮發(fā)油對DPPH和ABTS自由基的半數(shù)清除濃度(IC50)分別為4.23和2.36 mg/mL。與此同時,陽性對照維生素C對DPPH和ABTS自由基的IC50分別為0.018和0.046 mg/mL(圖2b)。

為解決點火失敗問題，在第2年檢修期間重新對擴散調(diào)節(jié)閥進行全面檢查，通過閥門供貨代碼發(fā)現(xiàn)，在進行調(diào)節(jié)閥全套更換時誤將擴散調(diào)節(jié)閥（D5）與預(yù)混調(diào)節(jié)閥1（PM1）安裝錯誤。D5閥與PM1閥布置在一起，閥門外在尺寸完全一致，相比而言與PM2和PM3閥的外在尺寸明顯不同，在更換過程中技術(shù)人員沒有嚴格指導使安裝人員誤將PM1閥安裝在D5閥位上。由于D5閥與PM1閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)雖相同但尺寸略有差別，導致在點火程序啟動后在同樣的閥門開度下天然氣流量出現(xiàn)變化，使得天然氣與空氣的配比發(fā)生較大改變而引起點火失敗。在重新更換閥門后9FB燃機運行幾年來未再出現(xiàn)點火失敗故障。

3 結(jié)語

燃氣輪機點火是一個復(fù)雜過程，涉及燃機本體、輔助系統(tǒng)、控制保護等，隨著燃機容量的擴大控制精度更加嚴格，即使出現(xiàn)細微的偏差都可能造成點火失敗。同時由于燃機為滿足電網(wǎng)調(diào)峰的需求啟停次數(shù)較多，并且隨著運行時間的增多相關(guān)設(shè)備會逐漸出現(xiàn)老化或故障的情況，因此在發(fā)生啟動點火失敗故障時應(yīng)對相關(guān)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象進行細致深入的分析，對常見可能因素進行詳細排查，快速找出故障點并提出相應(yīng)的防范措施，提高機組點火的成功率，保證機組按時并網(wǎng)。但對每次故障需客觀分析，解決分析問題的思路需建立在故障數(shù)據(jù)和推理的基礎(chǔ)上，以往經(jīng)驗可以借鑒，但不可根據(jù)經(jīng)驗盲目判斷。當進行點火失敗故障檢查處理時也要考慮過程的安全性和可行性，嚴格執(zhí)行清吹時間規(guī)定，對FSR和點火轉(zhuǎn)速的調(diào)整要采取多次微調(diào)的方法，防止出現(xiàn)燃機爆燃故障。