M701F4燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷波動(dòng)大且無法進(jìn)入EXCSO溫控原因分析及處理

廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司 張小軍

某燃?xì)廨啓C(jī)電廠二期熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目采用M701F4型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)分軸機(jī)組，機(jī)組不供熱時(shí)多為兩班制調(diào)峰運(yùn)行，供熱時(shí)則為連續(xù)運(yùn)行，采用天然氣為燃料，燃料進(jìn)入燃燒器前需經(jīng)過一系列管道閥門進(jìn)行調(diào)壓調(diào)溫。上游接收站來天然氣經(jīng)初步調(diào)壓單元調(diào)壓后，再經(jīng)過天然氣溫控閥和燃?xì)饧訜崞鱂GH進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)后進(jìn)入機(jī)組調(diào)壓段，供燃機(jī)燃燒。

燃機(jī)能否正常運(yùn)行、負(fù)荷穩(wěn)定、燃燒穩(wěn)定受多重因素相互影響，比如熱通道部件、控制系統(tǒng)、大氣溫度、大氣壓力、燃?xì)鈮毫蜏囟?、各燃料閥動(dòng)作情況等；若燃機(jī)因某種原因不能穩(wěn)定運(yùn)行，負(fù)荷頻繁波動(dòng)，導(dǎo)致相關(guān)燃料閥門聯(lián)動(dòng)，增加故障率甚至跳機(jī)，同時(shí)會(huì)引起燃機(jī)排煙溫度的反復(fù)升降，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐主蒸汽溫度的變化，對汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行存在一定隱患。

1 事件經(jīng)過及影響

2020年9 月，#6機(jī)對外供熱運(yùn)行，監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)機(jī)組AGC負(fù)荷417MW、汽機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定123.5MW，燃機(jī)負(fù)荷出現(xiàn)規(guī)律間歇性波動(dòng)、約3分鐘一次。負(fù)荷突升時(shí)，天然氣流量計(jì)有短時(shí)增加4000Nm3/h（約當(dāng)時(shí)流量的4%），天然氣系統(tǒng)各調(diào)閥反饋、壓力、溫度均無明顯變化；負(fù)荷降低時(shí)，主燃料A/B閥有關(guān)閉動(dòng)作，天然氣壓力有小幅上升。查看曲線，燃機(jī)在BPCSO模式下，負(fù)荷多次從285MW升至290MW，燃機(jī)排煙溫度升至612℃，進(jìn)入BPCSO與LDCSO切換區(qū)間，負(fù)荷從290MW降至285MW，退出控制切換區(qū)間，控制模式仍在BPCSO下，且發(fā)現(xiàn)燃機(jī)最近一次進(jìn)入EXCSO溫控是在5月。聯(lián)系檢修人員檢查后，初步結(jié)論是主燃料閥A/B動(dòng)作不順暢導(dǎo)致負(fù)荷波動(dòng)，需停機(jī)后檢查。

燃機(jī)負(fù)荷波動(dòng)的影響。燃機(jī)負(fù)荷頻繁波動(dòng)，燃機(jī)相關(guān)燃料閥門聯(lián)動(dòng)，故障率增加甚至跳機(jī)，同時(shí)會(huì)引起燃機(jī)排煙溫度的反復(fù)升降，進(jìn)而導(dǎo)致鍋爐主蒸汽溫度的變化，對汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行也存在一定隱患。由于#6機(jī)組在供熱運(yùn)行，無法降低負(fù)荷或者停機(jī)進(jìn)行檢查，風(fēng)險(xiǎn)較大。從相關(guān)變化曲線圖中可看出，AGC指令穩(wěn)定不變，燃機(jī)負(fù)荷、燃料閥開度、排氣溫度均成鋸齒狀波動(dòng)。

燃機(jī)控制模式無法進(jìn)入EXCSO模式的影響。查看控制邏輯，燃機(jī)控制模式須定期進(jìn)入EXCSO溫控1800秒以上，否則將會(huì)老化修正系數(shù)無法自動(dòng)更新，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的理論最大負(fù)荷與實(shí)際最大負(fù)荷偏差過大，CLCSO偏離正常值，由CLCSO決定的值班燃料、旁路閥、頂環(huán)燃料用量也偏離對應(yīng)設(shè)定值，最終可導(dǎo)致機(jī)組RB或跳機(jī)，此類事件在國內(nèi)F4機(jī)組發(fā)生過多次。

2 原因分析

2.1 負(fù)荷波動(dòng)原因

負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，就地觀察燃料調(diào)節(jié)閥動(dòng)作與遠(yuǎn)方一致，無明顯的卡頓現(xiàn)象，現(xiàn)場管道無泄漏，燃料正常放散閥、事故放散閥均無內(nèi)漏，化驗(yàn)控制油油質(zhì)也是合格，初步排除燃料閥門卡澀，懷疑是控制邏輯設(shè)置缺陷導(dǎo)致閥門誤動(dòng)作，引起燃料量突增。

通過對比#6機(jī)燃機(jī)負(fù)荷波動(dòng)前后各運(yùn)行參數(shù)，細(xì)分各時(shí)間點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在負(fù)荷上升前燃料加熱器前壓力首先下降、燃料加熱器后壓力（調(diào)閥前壓力）隨后上升，進(jìn)而才是負(fù)荷上升，該現(xiàn)象與燃料閥門誤動(dòng)作引起的燃料量突增恰恰相反（壓力測點(diǎn)位置見圖1），進(jìn)而故障原因分析焦點(diǎn)集中在燃料加熱器和燃料溫控閥之間。繼續(xù)排查發(fā)現(xiàn)燃料加熱器后溫度有10℃的波動(dòng)，與燃機(jī)負(fù)荷波動(dòng)頻率、時(shí)間點(diǎn)均一致，同時(shí)燃料加熱器后壓力波動(dòng)了約0.023MPa、懷疑故障，但經(jīng)現(xiàn)場檢查確認(rèn)FGH水側(cè)和氣側(cè)均未發(fā)生泄漏，故障懷疑點(diǎn)轉(zhuǎn)移至燃料溫控閥上。

圖1 天然氣加熱單元示意圖

經(jīng)分析，機(jī)組負(fù)荷、天然氣壓力、流量規(guī)律性波動(dòng)的詳細(xì)解釋：機(jī)組啟動(dòng)過程前段，因FGH出口實(shí)際天然氣溫度低于設(shè)定值，溫控閥保持在100%開度。當(dāng)MFCLCSO超過55%，F(xiàn)GH出口天然氣溫度控制值升至設(shè)定值200℃并保持后，隨著FGH出口天然氣實(shí)際溫度逐步上升超過200℃，#6機(jī)溫控閥開度指令由100%積分下降，溫控閥由100%開度隨指令緩慢關(guān)閉。遠(yuǎn)方DCS上監(jiān)視溫控閥開度指令與反饋無異常，就地檢查溫控閥動(dòng)作情況發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開度反饋在100%關(guān)小至99.3%過程中，溫控閥實(shí)際開度行程變化巨大，最大可能是故障起源；如是溫控閥實(shí)際動(dòng)作異常造成燃?xì)鈮毫Σ▌?dòng)、進(jìn)而導(dǎo)致負(fù)荷波動(dòng)，那么只要證明FGH后天然氣溫度有10℃的波動(dòng)，且壓力約0.023MPa的波動(dòng)也是由溫控閥動(dòng)作異常導(dǎo)致，則故障原因可確定。

進(jìn)一步分析確認(rèn)，溫控閥開度反饋遠(yuǎn)低于實(shí)際開度變化量，當(dāng)開度反饋在100%關(guān)小至99.3%過程中，導(dǎo)致機(jī)組天然氣流在FGH主路和旁路之間快速大幅切換。因FGH旁路阻力遠(yuǎn)小于主路換熱器管束的阻力，造成機(jī)組天然氣流量突增，F(xiàn)GH后壓力迅速上漲而燃料閥未及時(shí)調(diào)整，多余的燃料進(jìn)入燃燒，引起燃機(jī)負(fù)荷上漲。又因溫控閥將過多天然氣切至FGH旁路，造成FGH出口實(shí)際天然氣溫度快速低于200℃的設(shè)定值，溫控閥開度指令再次升至100%，流經(jīng)FGH旁路的天然氣再次切換回主路，流阻上升，導(dǎo)致天然氣流量下降，燃機(jī)負(fù)荷下降。當(dāng)出口天然氣溫度逐步升高超過200℃后，再次循環(huán)往復(fù)進(jìn)入規(guī)律性波動(dòng)。

綜上，#6燃機(jī)負(fù)荷波動(dòng)根本原因是燃料溫控閥動(dòng)作異常，經(jīng)現(xiàn)場檢查確認(rèn)，溫控閥由100%關(guān)小至99.3%過程中，實(shí)際開度變化巨大。

2.2 #6燃機(jī)無法進(jìn)入EXCSO控制模式原因

#6燃機(jī)進(jìn)入BPCSO溫控時(shí)因?yàn)槿剂狭髁康牟▌?dòng)導(dǎo)致負(fù)荷突增，BPT溫度也會(huì)跟著突增，那么控制邏輯中BPT均值與BPT REF（參考值）的差值會(huì)減小而使BPCSO上升速率大幅降低。由于負(fù)荷波動(dòng)周期較短，該時(shí)間段內(nèi)控制模式來不及切換至EXCSO溫控，又進(jìn)入了下一次BPCSO溫控，進(jìn)而導(dǎo)致燃機(jī)控制模式未進(jìn)入EXCSO溫控。

3 應(yīng)對措施

由于#6機(jī)組在供熱運(yùn)行，暫無停機(jī)處理的機(jī)會(huì)，從根源出發(fā)，控制溫控閥閥位大幅動(dòng)作有四種臨時(shí)處理方案：將FGH水側(cè)回余熱鍋爐側(cè)調(diào)閥設(shè)定值提高，手動(dòng)控制溫控閥開度不超過99%（經(jīng)試驗(yàn)，水側(cè)需要流量提升較多，影響中壓給水系統(tǒng)，且在變負(fù)荷階段閥門還是可能通過99.3%）；將FGH水側(cè)回余熱鍋爐側(cè)調(diào)閥設(shè)定值降低，手動(dòng)控制溫控閥始終在100%全開位（經(jīng)試驗(yàn)，在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)仍有幾次波動(dòng)，機(jī)組升負(fù)荷從進(jìn)入BPCSO至EXCSO的時(shí)間偏長）；降低燃?xì)鉁乜亻y目標(biāo)值，使得溫控閥開度不超過99%；提高燃?xì)鉁乜亻y目標(biāo)值，使得溫控閥開度始終保持100%全開位。

通過討論與研究，最終采取的是第二種方案，由FGH回余熱鍋爐側(cè)調(diào)閥控制FGH后天然氣溫度，將溫控閥保持在100%全開位并做以下更改：#6機(jī)燃?xì)鉁乜亻y溫度設(shè)定值由200℃更改至220℃，保證溫控閥維持全開；#6機(jī)燃?xì)鉁囟雀邎?bào)警值由240℃更改為220℃，RB值為250℃，暫為近期監(jiān)盤提高報(bào)警裕度；#6機(jī)FGH回鍋爐側(cè)調(diào)節(jié)閥投回自動(dòng)，并把開度控制邏輯中PIQ參數(shù)內(nèi)K值0.2、T值50改為K值0.1、T值25，降低閥門動(dòng)作速度，減小因流量波動(dòng)導(dǎo)致的燃?xì)鉁囟炔▌?dòng)。

更改邏輯后#6機(jī)FGH水側(cè)回鍋爐溫度穩(wěn)定在

234℃附近，流量33t/h左右，機(jī)組負(fù)荷375～405 MW范圍內(nèi)，燃?xì)鉁囟确€(wěn)定在210℃，負(fù)荷短時(shí)內(nèi)快速下降較多時(shí)燃?xì)鉁囟葧?huì)有一定上升，均沒有達(dá)到220℃報(bào)警值，燃機(jī)BPT、EXT均在正常值。處理后，AGC指令穩(wěn)定情況，燃機(jī)負(fù)荷、燃料閥開度、排氣溫度均趨于平緩。

結(jié)論：此次#6燃機(jī)負(fù)荷波動(dòng)且無法進(jìn)入排氣溫度控制與往常的燃料閥異常、燃燒器異常的常規(guī)原因不同，屬于上游、附屬設(shè)備異常引起的聯(lián)鎖反應(yīng)，因燃?xì)鉁乜亻y實(shí)際動(dòng)作行程不能實(shí)時(shí)監(jiān)視，當(dāng)開度指令與反饋偏差非常小時(shí)，閥門實(shí)際動(dòng)作發(fā)生異常時(shí)很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)、隱蔽性極強(qiáng)，如無法及時(shí)分析出原因，將會(huì)給運(yùn)行與檢修帶來極大的困擾。故在進(jìn)行相關(guān)運(yùn)行事件分析時(shí)，切勿僅憑以往的事故經(jīng)驗(yàn)而忽視了對數(shù)據(jù)的分析與對比，同時(shí)對于電廠設(shè)備而言系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度大，務(wù)必把相關(guān)聯(lián)的所有設(shè)備都加入到懷疑與分析中去，防止出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷、錯(cuò)過安全處理時(shí)機(jī)，造成事件擴(kuò)大。