燃?xì)廨啓C(jī)速比閥檢漏失敗原因分析及防范措施

摘要：針對(duì)PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)時(shí)多次出現(xiàn)天然氣檢漏失敗現(xiàn)象，通過對(duì)天然氣檢漏、速比閥控制原理及速比閥密封圈損壞原因分析，調(diào)整異常工況下速比閥的運(yùn)行方式，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：速比閥;檢漏;密封圈;雜質(zhì);閥門開度

中圖分類號(hào)：TM3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0170-02

0 ?引言

天然氣速比閥的嚴(yán)密性是PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)（以下簡稱“9E燃機(jī)”）安全啟停的重要保證，9E燃機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)置了天燃?xì)鈾z漏程序，以防止燃燒室爆燃事故的發(fā)生。

1 ?設(shè)備介紹

GE公司生產(chǎn)的9E燃機(jī)以天然氣為燃料時(shí)，采用DLN1.0干式低氮燃燒室，為保證9E燃機(jī)的安全運(yùn)行，燃料系統(tǒng)閥組由1只速斷閥（VS4-4），1只速斷后放散閥（VA13-18），1只速比閥（SRV），一只速比閥后放散閥（VA13-15）和3只流量控制閥（GCV1、2、3）組成，以實(shí)現(xiàn)9E燃機(jī)保護(hù)動(dòng)作時(shí)燃料快速切斷，9E燃機(jī)正常運(yùn)行時(shí)天然氣壓力調(diào)整、天然氣流量控制的目的。9E燃機(jī)速比閥為美國伍德沃德公司生產(chǎn)V300-SER-B型球閥，閥芯為不銹鋼半球面，球面密封圈為碳纖維材質(zhì)，速比閥采用Fisher公司生產(chǎn)的伺服液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為保證速比閥前壓力（以下簡稱“P1壓力”）穩(wěn)定，配置了天然氣調(diào)壓站和前置站，將上游管網(wǎng)天然氣過濾、調(diào)壓并穩(wěn)定至25bar。

2 ?故障情況

天然氣管網(wǎng)長時(shí)間檢修后恢復(fù)供氣，9E燃機(jī)在連續(xù)兩次停機(jī)熄火后出現(xiàn)“天然氣速比閥檢漏失敗報(bào)警”，次日機(jī)組再次啟動(dòng)又出現(xiàn)點(diǎn)火前速比閥后壓力（以下簡稱“P2壓力”）高保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組啟動(dòng)失敗。

3 ?原因分析

9E燃機(jī)停機(jī)階段也設(shè)置了天燃?xì)鈾z漏程序，9E燃機(jī)熄火10秒后，檢漏試驗(yàn)條件滿足時(shí)，打開速斷閥（VS4-4），關(guān)閉速斷后放散閥（VA13-18），關(guān)閉速比閥后放散閥VA13-15，檢漏試驗(yàn)開始，當(dāng)速斷閥開啟10秒后若P1壓力值小于309psi（21.3bar），9E燃機(jī)發(fā)出“停機(jī)檢漏試驗(yàn)失敗”報(bào)警，機(jī)組遮斷并閉鎖啟動(dòng);同時(shí)速斷閥打開30秒內(nèi)，若P2壓力值大于100psi（6.897bar），9E燃機(jī)發(fā)出“停機(jī)檢漏試驗(yàn)失敗”報(bào)警，機(jī)組遮斷并閉鎖啟動(dòng)。

對(duì)比“無檢漏失敗報(bào)警”和“有檢漏失敗報(bào)警”兩次停機(jī)各階段（9E燃機(jī)轉(zhuǎn)速50%—熄火—檢漏—檢漏結(jié)束）速比閥開度（%）與P2壓力（bar）曲線。兩次停機(jī)過程P2壓力控制一致，說明速比閥伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常，但“有檢漏失敗報(bào)警”這次停機(jī)熄火后檢漏時(shí)P2壓力值達(dá)23bar以上，大于檢漏失敗報(bào)警定值100psi（6.897bar），9E燃機(jī)控制系統(tǒng)檢漏報(bào)警保護(hù)動(dòng)作正確，可以初步判斷為速比閥關(guān)閉不到位或閥體球面密封不嚴(yán)引起。（圖1）

停機(jī)后運(yùn)行人員對(duì)速比閥伺服系統(tǒng)進(jìn)行檢查，其液壓油壓力正常，伺服閥油濾正常。熱工專業(yè)人員進(jìn)行了速比閥全行程的開關(guān)試驗(yàn)，速比閥開度指令與反饋一致，全開和全關(guān)機(jī)械指示完全正確到位，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，基本排除了速比閥液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)和伺服控制引起的閥門關(guān)閉不到位問題。

機(jī)務(wù)檢修人員拆下速比閥發(fā)現(xiàn)其球面開口與密封圈夾角位置處有兩個(gè)明顯的損壞缺口（見圖2），此夾角位置對(duì)應(yīng)速比閥開度為34%，正好是9E燃機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行對(duì)應(yīng)的開度值。

針對(duì)機(jī)組進(jìn)行中出現(xiàn)經(jīng)常性需要更換天然氣調(diào)壓站、前置站濾網(wǎng)且濾筒中發(fā)現(xiàn)大量含鐵銹雜質(zhì)的情況，檢修人員故對(duì)速比閥進(jìn)行了全面解體，發(fā)現(xiàn)其密封圈的缺口磨損嚴(yán)重（見圖3）有黃色銹跡，球面上也有深黃色鐵銹粉末，密封圈壓蓋留有大量含鐵銹的粉末雜質(zhì)。

通過以上解體檢查已明確是速比閥密封圈損壞造成停機(jī)時(shí)速比閥檢漏失敗。因速比閥的球面密封圈為碳纖維材質(zhì)，其材料耐溫可達(dá)220℃，9E燃機(jī)正常運(yùn)行時(shí)天然氣溫度在8～18℃，不可能造成速比閥高溫?fù)p壞。所以導(dǎo)致速比閥密封圈損壞的主要原因是數(shù)十公里的天然管道長時(shí)間處于空管檢修狀態(tài)，保養(yǎng)不佳，管道中產(chǎn)生大量的鐵銹雜質(zhì)。其中大部分雜質(zhì)被調(diào)壓站、前置站濾網(wǎng)過濾，但過濾飽和的濾芯無法有效過濾全部細(xì)微粉末雜質(zhì)，鐵銹雜質(zhì)被氣流帶入至速比閥前。當(dāng)9E燃機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)速比閥開度34%，閥口氣體流道小，特別是球閥與密封面夾角的位置會(huì)承受較大的氣流沖刷，在天然氣雜質(zhì)含量較多的情況下，造成密封圈的吹損，吹損的嚴(yán)重程度與9E燃機(jī)運(yùn)行時(shí)間成正比。

4 ?防范措施

通過對(duì)比速比閥不同開度閥口大小發(fā)現(xiàn)速比閥開度34%時(shí)（見圖2），其閥口開度較小，球閥與密封面的夾角很小;將速比閥開度增加至46%時(shí)（見圖4），其閥口開度增大明顯，球閥與密封面的夾角明顯變大。若能將9E燃機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)速比閥閥口增大，會(huì)增加閥口通流面積，減少球面與密封面夾角位置處的氣流沖刷，同時(shí)天然氣雜質(zhì)也不容易堆積在速比閥球面與密封圈上。

9E燃機(jī)速比閥控制計(jì)算原理（如圖5），其中“FPRG”是速比閥壓力控制基準(zhǔn)值，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，通過方框中的算式“FPRG= TNH（9E燃機(jī)轉(zhuǎn)速）×FPKGNG（控制常數(shù)）+FPKGNO（控制常數(shù)）”計(jì)算不同轉(zhuǎn)速情況下速比閥壓力控制基準(zhǔn)值。通過速比閥控制計(jì)算原理可知，速比閥后的壓力控制基準(zhǔn)值是9E燃機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)。因機(jī)組并網(wǎng)后轉(zhuǎn)速相同，所以9E燃機(jī)任何負(fù)荷下速比閥控制的P2壓力是一個(gè)恒定值。

根據(jù)以上速比閥控制計(jì)算原理，9E燃機(jī)并網(wǎng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速恒定，其速比閥后的壓力控制基準(zhǔn)值恒為定值，只需要降低速比閥前P1壓力值（即降低天然氣調(diào)壓站出口壓力），可達(dá)到增大速比閥開度的目的。于是將調(diào)壓站出口天然氣壓力由25bar降至22.6bar。機(jī)組再次啟動(dòng)正常，并網(wǎng)帶滿負(fù)荷后速比閥能夠穩(wěn)定在46%安全運(yùn)行。通過調(diào)整天然氣調(diào)壓站出口壓力，增大速比閥閥口開度，改善了速比閥的運(yùn)行工況，停機(jī)過程再未出現(xiàn)速比閥檢漏失敗報(bào)警，啟動(dòng)過程中也再未出現(xiàn)點(diǎn)火前P2壓力高保護(hù)動(dòng)作遮斷的異常現(xiàn)象。

天然氣調(diào)壓站、前置站濾網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)較多雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)縮短濾網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間，增加濾網(wǎng)更換頻次，同時(shí)運(yùn)行值長及時(shí)與電力調(diào)度聯(lián)系，爭取9E燃機(jī)高負(fù)荷，保證速比閥在大開度下運(yùn)行，有利于速比閥安全運(yùn)行。

為確保速比閥開度增大后天然氣雜質(zhì)未對(duì)9E燃機(jī)燃燒器設(shè)備造成損壞，機(jī)組停運(yùn)后安排了燃燒器一、二次噴嘴的檢查。檢查結(jié)果顯示：一次燃料管道通暢，六個(gè)噴嘴均無堵塞和吹蝕情況，壓縮空氣檢查吹掃干凈，無明顯缺陷。燃料孔無腐蝕、無磨損、無堵塞現(xiàn)象，旋流器各個(gè)倒角正常。二次噴嘴的二級(jí)燃料管道、三級(jí)（切換）燃料管道均通暢，無堵塞和吹蝕情況，壓縮空氣檢查吹掃干凈，無明顯缺陷。燃料孔無吹蝕、堵塞現(xiàn)象，旋流器各個(gè)倒角正常。

在前置站天然氣濾筒內(nèi)一圈放置10根左右強(qiáng)力磁棒，用以吸附未被濾網(wǎng)過濾的含鐵銹的細(xì)微粉末雜質(zhì)，該措施效果明顯，大大減少了天然氣雜質(zhì)數(shù)量，改善了速比閥的運(yùn)行工況。

加強(qiáng)天然氣管道檢修管理工作。管道置換后及時(shí)開展檢修作業(yè)，盡量縮短天然氣檢修空管時(shí)間，檢修完成后及時(shí)進(jìn)行管道充氮?dú)獠僮?，減少管道銹蝕。

5 ?結(jié)束語

通過采取以上防范措施，改變9E燃機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)速比閥相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，有效解決了速比閥小開度運(yùn)行時(shí)密封圈容易損壞的問題，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。通過以上分析與建議希望對(duì)同類型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行人員及相關(guān)專業(yè)人員有所幫助。

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作者簡介：余亮（1976-），男，浙江金華人，工程師，研究方向?yàn)槿細(xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組發(fā)電運(yùn)行。