燃氣透平101JGT運行十年總結

麻 強，郭曉宏

（中海石油化學股份有限公司，海南東方 572600）

1 透平101JGT簡介

本裝置燃氣輪機101JGT由意大利新比隆（Nuovo Pignone）公司制造，其工作原理如下。

燃氣透平入口空氣過濾器將空氣過濾后，清潔空氣經過壓氣機提壓提溫后與天然氣在燃燒室內充分混合、燃燒。高溫高壓的氣流通過噴嘴驅動透平葉輪轉動，從而驅動壓縮機做功。其乏氣通過煙道進入一段爐爐膛，為一段爐燃燒提供所需氧氣。壓縮機為4段壓縮，將空氣由常壓提壓至4.3MPa左右，然后送至二段爐作為反應用的工藝空氣。壓縮機段間有3個換熱器，用于置換壓縮過程中的多余熱量。主要技術參數見表1。

表1 101JGT主要技術參數

101JGT日常維護主要包括兩項：定期更換透平及壓縮機入口過濾器濾芯，機組定期離線清洗。當透平及壓縮機入口過濾器壓差超過8kPa時，機組會出現反吹現象。當出現反吹現象時就及時更換過濾器濾芯。

2 運行十年遇到的問題及解決方案

2.1 機組P4PCC的改造

P4PCC是燃氣透平的燃氣空氣之比，是101JGT機組最核心的聯鎖設置。新比隆公司提供的原始P4PCC設計值為1.101～1.150。在原始試車過程中，裝置因為P4PCC值高聯鎖頻繁跳車，經過廠家及本裝置技術人員研究發現，是因為本裝置CO2含量過高（約21.4%）所致。天然氣組分波動極易造成P4PCC值高聯鎖。2003年9月30日，裝置正式投產時，經廠家及本裝置技術人員共同研究決定，將P4PCC高聯鎖值由1.150改至1.180。本次改造后裝置因P4PCC值聯鎖停車的事故顯著減少。

裝置自2003年投產以來，P4PCC值聯鎖跳車仍是困擾裝置正常運行的最核心問題，每年裝置80%左右的事故跳車都是P4PCC值高聯鎖所致。針對此種情況，工藝技術組與生產廠家經過仔細研究、反復論證，最終認為P4PCC值仍有修改空間，修改后可保證機組和工藝系統的安全運行。2008年3月裝置大修時，將P4PCC值高聯鎖由1.180改至1.200，此次修改效果明顯。修改后由P4PCC值引起的聯鎖跳車由以前的每年6、7次減少至現在的每年1、2次，裝置的全年事故停車次數也顯著減少。

2.2 PV1050的改造

101JGT最主要的作用是為二段爐提供工藝空氣，二段爐正常工況的空氣用量約為100t／h，而101JGT機組的打氣量在100～110t／h波動，當氣溫升高時，101JGT打氣量明顯下降。PV1050（12"）為101JGT機組的防喘振閥／壓力調節閥，同時控制進入二段爐空氣量和壓力的穩定。在工藝上，要求PV1050有一定的放空量，從而保證進入二段爐空氣量的穩定。因為PV1050的量程為0～120t／h，其富裕的空氣量使PV1050長期處在2%～10%的小閥位開度，當氣溫變化時，極易造成PV1050閥頻繁動作，繼而造成整個前系統的波動，對裝置影響很大。另外，長期小開度放空對調節閥的磨損較大。2009年1月29日，裝置因PV1050大幅波動造成安全閥啟跳，最終造成全系統停車。因此，PV1050的改造也顯得尤為必要。

選取300ms～500ms時間窗口對N400進行平均波幅檢驗，詞語內容主效應不顯著，F(1，21)=0.56，p=0.46；電極點主效應也不顯著，F(8，168)=2.30，p=0.113；二者的交互作用也不顯著，F(8，168)=0.66，p=0.585。但是在N400潛伏期上，不僅詞匯內容的主效應顯著，社群性詞匯引發的N400潛伏期峰值晚于能動性詞匯。而且電極點的主效應也顯著，點上的潛伏期最早，F3點上的潛伏期最晚。但是二者的交互作用不顯著(p=0.300)。見圖1。

2009年3月裝置大修時對PV1050進行了改造，加裝了一個旁路小閥PV1050A，量程為0～15t／h。PV1050改造后效果明顯。近兩年來，正常工況時PV1050A開度在35%左右，PV1050全關；事故狀態時，PV1050全開。PV1050A的增加，徹底解決了因PV1050頻繁開關引起的裝置波動，從而消除了二段爐及整個后系統的頻繁波動。PV1050流程改造示意見圖1。

圖1 PV1050流程示意圖

2.3 低壓軸鎖定跳機

從2004年開始，在燃機啟動過程中偶爾會出現當高壓軸轉速超過額定轉速50%左右時機組跳機的現象。結合啟動過程中記錄的趨勢和聯鎖名稱判斷，產生該聯鎖的條件為高壓軸轉速超過50%后，低壓軸仍為零轉速。

查看以往趨勢發現，在2003年機組剛投用時，低壓軸超過零轉速時高壓軸轉速一般在47%左右，2004年初為48%，到2004年底為50%左右。低壓軸驅動的負載是工藝空氣壓縮機，海南空氣濕度較大，壓縮機組運行一段時間后由于銹蝕和結垢，效率會下降，啟動時所需的力矩也逐漸增加。從機械上解決該問題要將工藝空氣壓縮機解體，對缸體及內件進行清理，但只能在停機檢修時實施。

高壓軸的最小轉速，設定為2 600r／min，正好是高壓軸額定轉速的50%；低壓軸的零轉速，設定為15r／min。當高壓軸轉速達到2 600r／min后，低壓軸轉速仍未超過15r／min，則產生低壓軸鎖定聯鎖。

到2005年底，高壓軸轉速接近54%時，低壓軸才有轉速。在2006年初的停機檢修中對壓縮機低壓缸進行了解體檢修，清理了缸體和內件。開機時高壓軸轉速在48%左右低壓軸就已經啟動，徹底解決了該問題。

2.4 排氣溫度分布不均停機

在燃機機組試車過程中，多次出現機組低壓軸達到最小設定轉速（90%）后3min左右機組跳機的情況。

理論上，燃機在正常工況下運行時燃燒均勻，排氣熱偶所測得的溫度應該相同。但實際上排氣溫度場不可能完全均勻，各熱電偶的測量值均有偏差。在MarkⅥ燃燒保護中，采用了容許分布溫度TTXSPL作為標準，確定燃機在正常情況下各熱電偶測量結果的允許溫度差。

燃氣輪機啟動、停機、加減負荷等不同工況下，透平前溫度（初溫）和排氣溫度都是不同的。燃機高負荷運行時，所需燃料量大，燃氣透平前溫高，排氣溫度也較高。壓氣機出口溫度CTD變化也會引起燃氣透平前溫度變化。排氣溫度高時，相應熱電偶所測量到的排氣溫度偏差也大。

檢查開車記錄的趨勢記錄，發現跳車前第10號、11號排氣溫度熱偶溫度分別為584和625.8℉，遠低于平均值741.3℉，實際排氣溫差達到187.8℉，容許溫差為149.5℉。趨勢記錄見圖2。

圖2 排氣溫度趨勢圖

由于相鄰兩點溫度低，因此可以基本排除熱電偶故障的可能性，出現該問題可能為燃機燃燒部件或熱氣通路出現問題所致。在檢查燃燒部件時，發現燃機7號、8號火焰筒間的聯焰管脫落。聯焰管脫落導致燃燒筒沒有全部點燃，表征為排氣溫度場分布不均勻，引起了聯鎖動作。將聯焰管復位后，該機組再未出現類似問題。

2.5 SRV閥前燃氣壓力低導致不能點火

在2010年10月的一次燃機啟動過程中，當機組清吹完畢后不進入點火程序，機組一直處于拖動狀態。檢查報警記錄及點火條件，發現出現SRV閥前燃氣壓力低報警，點火條件不滿足。此時SRV閥前燃氣壓力變送器96FG－1指示690kPa，低于設定值1 999.48kPa，但現場盤裝表指示燃氣壓力在2 400kPa。

檢查MarkⅥ系統未出現診斷報警。對變送器校準后，發現加壓后主控指示變化依然偏低，且出現波動。判斷為回路問題，將現場接線甩開，發現負極線路有接地現象，接地電阻在20kΩ左右。查找接地點，確認現場接線箱到主控間電纜正常，重點檢查現場接線箱到表體部分電纜。發現該變送器電纜有中間接線盒，仔細檢查接線，發現中間接線電纜屏蔽層的金屬絲將線纜絕緣皮扎破。中間電纜的屏蔽層在接線箱內統一接到地排，因此線纜絕緣被扎破后通過屏蔽層導致了接地。對該點做包扎處理后，檢測絕緣恢復正常。重新開機，燃機順利啟動。

2.6 透平天然氣主路閥后放空閥改造

101JGT透平天然氣入口分貧氣閥和富氣閥兩路。因本裝備所用工藝天然氣為貧氣，其CO2含量過高（約21.4%），不能滿足10JGT機組點火需要，因此，在101JGT有一路富氣用于101JGT點火。

在貧氣閥和富氣閥兩路匯合的主路上有一放空閥，其作用為101JGT開車前天然氣置換時放空置換氣。新比隆（Nuovo Pignone）公司原廠設計該閥為一電動閥，有一套完整的邏輯控制該閥在置換及富氣倒貧氣時的開關邏輯，但在實際運行時，該電動閥總是在置換完畢后不能自動關閉，曾多次導致101JGT機組點火失敗，聯鎖信號顯示為主燃氣壓力低低。在咨詢原廠沒有更好的解決辦法后，本裝置技術組決定將該閥改造為手動閥，當天然氣置換合格后，由現場操作人員關閉該放空閥。該放空閥的改造解決了此類機組點火失敗問題。

2.7 棘輪電磁閥20HR故障

2006年時曾出現燃機啟動信號發出后啟動電機不啟動，10s后出現啟動離合器無法嚙合報警LCLFEN＿ALM，機組啟動失敗的情況。分析報警原因為啟動離合器未嚙合所致。燃機采用的啟動離合器是SSS，也就是同步自換檔離合器，離合器嚙合后，由趨近開關33CS檢測。

通常，盤車系統（棘輪系統）啟動時，通過輔助齒輪箱使啟動離合器嚙合，驅動燃機轉子轉動。燃機進入冷機程序后盤車系統會周期性啟動。在燃機啟動時為了使啟動離合器嚙合使轉子轉動，同時減小啟動轉矩，盤車系統也會啟動。盤車系統現在多采用液力棘輪系統，通常作為液力變矩器的一部分。

檢查棘輪系統電磁閥20HR，發現該電磁閥線圈電阻為50Ω，而正常電磁閥應為1kΩ左右，判斷電磁閥線圈故障。采用的是atos生產的電磁閥，其線圈側有一個復位按鈕，按下后會使電磁閥AT、BP導通。棘輪電機88HR的停止由液壓棘輪正行程限位開關信號l33hrf控制，當該信號由1變為0并保持2s后電機停運。經分析油路，通過88HR的啟停也可以使棘輪系統運行。由于暫時沒有備件，因此將該電磁閥復位按鈕用卡子固定，待燃機啟動后，將卡子拆除。在燃機停運后再裝上卡子，使燃機完成冷機程序，盤車系統和潤滑油系統停運后更換新電磁，該故障處理完。

2.8 101JGT火氣保護系統故障

101JGT機組透平部分本身自帶一套火氣保護系統。該系統有2組，10個鋼瓶（有干冰），用管道連接至機組透平燃燒室及油箱頂蓋及各電機機房。火氣保護系統在機組啟動正常后投用，透平燃燒室及電機機房兩個密閉的腔室內裝有負責監測溫度和可燃氣體的2組探頭，當該兩室溫度≥85℃或可燃氣體含量≥20×10－6時，火氣保護系統觸發動作，10個鋼瓶約0.5t干冰將在2min內全部噴完，從而起到滅火、降溫的作用，以便最大程度保護101JT機組不發生火災、爆炸等事故。

該套火氣保護系統從2003年開車一直運行正常，但在2011年3月裝置檢修后的開車過程中，發現101JGT的火氣保護系統不能正常投用。經過技術組人員仔細檢查，確認故障原因為卡件故障，因此類卡件無備件，不能馬上更換，為不影響裝置正常生產，裝置繼續開車，等待下次停車時對該卡件進行更換。現場人員則將該處作為重點，監護運行。具體措施有以下：① 將兩室內10個溫度監測點及7個可燃氣體監測點數據引至主控DCS監控臺上顯示，每一小時記錄一次數據；② 在兩室頂部4個通風口處分別引導管至地面，現場人員每1h用測爆儀監測有無可燃氣體。這兩種手段的綜合使用保證了兩室內溫度及可燃氣體的實時監測，從2011年3月開車至今，裝置長周期運行了330多天，火氣保護系統在監護下運行正常。

2.9 101JGT壓縮機段間冷卻器3段入口冷卻器液位高聯鎖引起全系統停車

101J機組停車前，全裝置運行平穩，機組各參數都在正常范圍內。FSC系統SOE第一跳車信號為XS101J，101J／JGT機組本機聯鎖。查找101J／JGT機組HMI報警記錄，第一跳車信號為3RD.ST.COOLER LEVEL TRIP工藝空氣壓縮機3段入口冷卻器液位高聯鎖。經過事故調查組的調查分析，原因如下。

（1）工藝空氣壓縮機3段入口冷卻器101JC2共有兩個液位變送器LT1136和LT1236，分別用于報警和聯鎖。兩變送器取壓點不同。

（2）兩液位指示在跳車前均比較平穩，從趨勢圖上可以看出跳車前LI1236突然上漲到滿量程，LI1136則比較平穩，其他幾個冷卻器液位LI1235、LI1237也均未出現上漲。DCS趨勢記錄見圖3。

圖3 DCS趨勢記錄

（3）空氣壓縮機組101J冷卻器液位變送器均采用ROSEMOUNT 3051差壓變送器。該變送器在二部裝置中有大量應用，曾出現過變送器故障。

（4）對LT1236變送器進行了校驗，發現其線性較差。

通過上述分析，引起101J機組跳車的主要原因為LT1236變送器故障。在明確裝置跳車的事故原因后，做了如下處理：① 工藝空氣壓縮機3段入口冷卻器101JC2液位變送器LT1136和LT1236回路檢查，MarkⅥ內部信號處理及邏輯檢查確認；② 更換工藝空氣壓縮機3段入口冷卻器101JC2液位變送器LT1236，并進行校驗；③將工藝空氣壓縮機入口冷卻器三臺變送器LT1235／1236／1237負向引壓管排污針閥更換為排污堵頭，并重新灌液；④ 每個工藝空氣壓縮機入口冷卻器的液位變送器均增加一臺，和冷卻器原有的兩臺變送器構成三選二聯鎖。這需要重新配管、增加支架、電纜，并且程序需要組態下裝，只能在較長時間的計劃檢修時進行；⑤加強對現場儀表設備的巡檢，根據基地裝備管理研討會的精神對巡檢制度以及巡檢路線進行完善和優化。

此后的一年多運行中，此類故障沒有再次發生。

3 結 語

101JGT為本裝置最核心、最重要的設備之一，如不能正常運行，將導致整個合成系統無法正常開車。但因其投資巨大，只能單系列運行。在運行近10年的時間里，101JGT出現了不少故障，均被解決。通過對這些故障的查找、分析、解決，不僅使操作人員對101JGT內部結構有了更深層次的理解，也對操作人員更好地操作、維護機組提供了幫助。