M701F型燃氣輪機歷年運行事件分析

謝 冰

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司，廣東 惠州516082）

0 引言

在發(fā)電廠生產(chǎn)電力的過程中，由于處于高溫、高壓環(huán)境下且?guī)щ娫O(shè)備眾多，各種設(shè)備工作條件比較惡劣，特別是兩班制運行的燃氣輪機機組，早起夜停，對設(shè)備的損傷更大，容易導(dǎo)致生產(chǎn)事故或設(shè)備障礙，影響發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性和安全性。在出現(xiàn)設(shè)備異常時，如何進行快速判斷、正確處理，避免故障進一步擴大非常重要。因此，對發(fā)電機組歷年的運行事件進行匯總分析并制定防范對策非常有必要。而F級燃氣輪機在我國已經(jīng)運行接近10年時間了，普遍都是采用兩班制的運行方式，在運行過程中發(fā)生了很多運行事件，但目前尚未有相關(guān)總結(jié)分析。

1 歷年運行事件類型統(tǒng)計分析

某電廠3臺機組自投產(chǎn)至今，平均每年啟停500多次，連續(xù)實現(xiàn)安全生產(chǎn)運行2600多天。現(xiàn)對自2007年來3臺機組歷年的運行事件進行分析，從中找出一定的規(guī)律，希望能對發(fā)電企業(yè)的運行管理及事故處理工作起到一定的指導(dǎo)作用。

1.1 燃氣輪機事件

自2007年起，累計統(tǒng)計燃氣輪機事件39次，大部分是關(guān)于輪盤溫度高、葉片通道溫度高、燃燒器壓力波動大和軸承振動報警的，年均約6次。燃氣輪機每次出現(xiàn)事件都對機組的穩(wěn)定運行產(chǎn)生了重大影響，而且由于其自動化程度非常高，運行人員基本沒有干預(yù)的余地，因此出現(xiàn)問題時無法進行有效處理，導(dǎo)致不是跳機就是限制負(fù)荷，從而嚴(yán)重影響了發(fā)電量。

總的來說，燃氣輪機主要存在以下問題：

（1）兩班制運行，燃氣輪機部件溫度變化劇烈，承受較大的交變應(yīng)力，轉(zhuǎn)子容易損壞。比如2009年，M701F燃氣輪機普遍出現(xiàn)運行中＃2軸承振動逐日上漲的趨勢，最終揭缸檢查發(fā)現(xiàn)壓氣機轉(zhuǎn)子三級輪盤存在裂紋，造成了重大的經(jīng)濟損失。好在發(fā)現(xiàn)及時，尚在保修期內(nèi)，三菱公司負(fù)責(zé)全部修復(fù)費用，重新加工了壓氣機轉(zhuǎn)子以消除應(yīng)力。因此，兩班制運行對燃氣輪機的損傷非常大，應(yīng)盡量減少燃氣輪機的啟停。針對兩班制運行機組，應(yīng)該制定更科學(xué)可靠的檢修策略，避免機組運行中出現(xiàn)嚴(yán)重事故。

（2）燃氣輪機老化。隨著燃氣輪機運行的年限增加，不可避免地會出現(xiàn)老化問題。老化主要是指是燃氣輪機的壓氣機效率和透平效率等性能不可恢復(fù)地降低。老化一方面對機組有經(jīng)濟性的影響，同時對安全性也有所影響。比如，從2013年開始，M701F燃氣輪機在260MW負(fù)荷附近普遍出現(xiàn)＃2輪盤溫度高報警現(xiàn)象，這也是由于燃氣輪機老化，壓氣機效率下降，導(dǎo)致從壓氣機抽取的冷卻空氣的壓力比熱通道煙氣壓力低，無法充分冷卻靜子所致。最終采用擴大＃2輪盤冷卻空氣的節(jié)流孔板孔徑增大冷卻空氣量的方法來降低＃2輪盤溫度，但冷卻空氣的增多也導(dǎo)致了燃氣輪機效率進一步下降。對于燃氣輪機老化問題，應(yīng)定期進行離線水洗及時避免部分老化。但燃氣輪機老化不可避免，重要的是及早發(fā)現(xiàn)并合理處理老化導(dǎo)致的燃氣輪機安全問題。

圖1是壓力不平衡導(dǎo)致＃2輪盤溫度高示意圖。

圖1 ＃2輪盤的壓力平衡情況

正常運行狀態(tài)下，P0＞P1＞P2，當(dāng)三者之間的壓力平衡被破壞時，DCT的溫度就會發(fā)生變化。在低負(fù)荷段，IGV尚未打開或開度較小，冷卻空氣量較少，即圖1中的P0較小，而相關(guān)部位的間隙值變化或者高溫氣體、冷卻空氣泄漏等因素會導(dǎo)致壓力平衡關(guān)系被打破，熱空氣進入密封腔室，使DCT溫度升高。隨著負(fù)荷的增加，IGV角度逐漸開大，冷卻空氣量隨之增大，同時機組高溫部件膨脹增加，圖中圓圈部分的間隙值變小，壓力平衡關(guān)系重新被建立，DCT溫度開始降低。

當(dāng)前，燃氣輪機的新問題不斷涌現(xiàn)，對于運行人員的要求也就越來越高。運行人員應(yīng)當(dāng)不斷加強對燃氣輪機的監(jiān)視、研究和學(xué)習(xí)，力求及時發(fā)現(xiàn)燃氣輪機的缺陷，及時進行正常處理。檢修人員也應(yīng)當(dāng)進一步做好燃氣輪機的維護工作。

1.2 汽機事件

自2007年起，累計統(tǒng)計汽機事件62次。蒸汽輪機主要是一些輔機設(shè)備出現(xiàn)問題，運行人員可干預(yù)程度較高，現(xiàn)階段一般都能進行很好的處理。比如凝汽器鈦管泄漏、汽機高中壓旁路閥卡澀等，一般火電廠都有較好的處理辦法。這里和大家分享一起非典型的凝汽器海水泄漏事件。

2012年8月，＃2機組停機過程中連續(xù)發(fā)生5次凝汽器鈦管泄漏事件，凝結(jié)水Na＋含量從1ppb左右暴漲至1000ppb、電導(dǎo)率從0.1μs／cm漲至10μs／cm，蒸汽品質(zhì)也有所下降。泄漏時機組運行狀態(tài)各不相同，手工取樣及現(xiàn)場表計都顯示凝結(jié)水Na＋含量及電導(dǎo)率高，證明確實存在泄漏。初步判斷是凝汽器鈦管泄漏，但是每次停機后馬上進行凝汽器灌水查漏都未發(fā)現(xiàn)有任何鈦管泄漏情況，然而開機后下次再停機依然會出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。相繼重復(fù)進行了5次灌水查漏，都無法找到泄漏點，原因不明。最終在排除各種典型的泄漏情況后，發(fā)現(xiàn)是＃2機循環(huán)水二次濾網(wǎng)的壓差變送器沖洗水管道的海水進入沖洗水管道并最終伴隨著凝汽器補水進入凝汽器，導(dǎo)致凝結(jié)水Na＋含量及電導(dǎo)率升高，造成凝汽器海水泄漏現(xiàn)象。

1.3 余熱鍋爐事件

自2007年起，累計統(tǒng)計余熱鍋爐事件35次，值得關(guān)注的是鍋爐管道爆管和高壓給水主調(diào)節(jié)閥卡澀故障這2個方面。

鍋爐管道爆管主要是因為管道的材質(zhì)缺陷所致，基本集中在2010年爆發(fā)，出現(xiàn)問題后已更換相應(yīng)管道，現(xiàn)運行正常。最重要的是高壓給水主調(diào)節(jié)閥卡澀，一旦發(fā)生卡澀基本都需要停機處理，很可能造成非計劃停運。由于使用定速給水泵，利用高壓給水主調(diào)節(jié)閥控制流量，因此該閥前后壓差較大，工作條件惡劣，特別是啟停機時。現(xiàn)已更改為變頻高壓泵，給水壓力降低，改善了高壓給水調(diào)節(jié)閥的工作環(huán)境，基本避免了給水調(diào)節(jié)閥卡澀的問題。

1.4 電氣系統(tǒng)事件

自2007年起，累計統(tǒng)計電氣系統(tǒng)事件24次，大部分是關(guān)于SFC故障。靜態(tài)變頻啟動裝置SFC是M701F燃氣輪機的啟動裝置，通過SFC可將發(fā)電機變成電動機實現(xiàn)燃氣輪機的啟動，它是燃機電廠的重要輔助設(shè)備。多個燃機電廠的SFC都發(fā)生過類似故障，導(dǎo)致機組啟動延遲或無法啟動。

在SFC的眾多故障中，比較難以發(fā)現(xiàn)的有以下幾種：

（1）勵磁變開關(guān)MDS4與啟動勵磁變開關(guān)MDS5的故障。這2個開關(guān)啟動前需要進行分合切換，但是由于執(zhí)行機構(gòu)故障發(fā)生過多次無法分合閘的情況。在數(shù)個M701F燃機電廠，還發(fā)生過這2個開關(guān)在機組運行時意外分合閘導(dǎo)致跳機的事件。因此，在日常維護中需要加強對這2個開關(guān)的保養(yǎng)；同時，本文所述電廠對這2個開關(guān)的分合閘邏輯進行了修改，以免這2個開關(guān)誤分誤合。

（2）轉(zhuǎn)子零轉(zhuǎn)速探頭故障。該探頭是SFC運行時用來檢測機組轉(zhuǎn)速的裝置，當(dāng)其故障時SFC將無法運行。

（3）自動調(diào)壓裝置AVC動作異常導(dǎo)致SFC跳閘。在機組未并網(wǎng)前，AVC正常應(yīng)退出運行，但是AVC邏輯一旦出錯，在SFC運行時提前干預(yù)發(fā)電機定子電壓，將導(dǎo)致SFC跳閘。總的來說，針對SFC的系列故障已有一套成熟的處理流程和辦法，此類故障出現(xiàn)的次數(shù)也越來越少。

1.5 公用系統(tǒng)事件

自2007年起，累計統(tǒng)計公用系統(tǒng)事件24次，最重要的事件是循環(huán)水泵出口液控蝶閥故障。循環(huán)水泵出口液控蝶閥由于只采用重錘的重力關(guān)閉，關(guān)閉的力矩不是很足，已經(jīng)數(shù)次發(fā)生循環(huán)水泵停運過程中其出口蝶閥關(guān)閉的故障，嚴(yán)重影響了循環(huán)水泵的安全運行。因此，每次啟停循環(huán)水泵的時候運行人員都會到就地檢查，一旦發(fā)生了蝶閥故障，立即切換至就地操作，但是一般情況下作用也不大，需要用繩索強制拉下蝶閥。建議同類電廠循環(huán)水泵出口液控蝶閥使用液壓控制開啟及關(guān)閉的閥門。

另外，熱控DCS系統(tǒng)及消防系統(tǒng)也發(fā)生了數(shù)次事件，主要是設(shè)備異常的偶然事件，都得到了很好的處理。熱控DCS系統(tǒng)相對嚴(yán)重的一個運行事件是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)ACS故障，導(dǎo)致監(jiān)控畫面無法操作和監(jiān)視，經(jīng)三菱公司檢查和優(yōu)化ACS后現(xiàn)已正常。

2 各類事件總結(jié)

從上述歷年各類型事件統(tǒng)計來看，蒸汽輪機的運行事件最多，其次是燃氣輪機和余熱鍋爐，然后是電氣系統(tǒng)和公用系統(tǒng)，發(fā)電機事件最少。蒸汽輪機輔助設(shè)備較多，而且經(jīng)常啟停，因此比較容易出現(xiàn)故障，而發(fā)電機系統(tǒng)由于設(shè)備最少因此事件也最少。從上述分類事件統(tǒng)計來看，我們應(yīng)該加強對蒸汽輪機及其附屬設(shè)備的運行監(jiān)視和維護工作。同時，隨著燃氣輪機運行時間的加長，設(shè)備逐漸發(fā)生老化，而燃氣輪機一旦發(fā)生故障都比較嚴(yán)重，因此對燃氣輪機同樣也應(yīng)加強運行監(jiān)視和維護。另外，根據(jù)電廠運行事件年度統(tǒng)計分析，從2007年到今年，運行事件逐年減少，全廠的安全生產(chǎn)水平不斷提高，運行人員技能已相對成熟，機組進入一個相對穩(wěn)定期。

3 結(jié)語

對于電廠一期3臺M701F機組來說，經(jīng)過多次的機組檢修，多年運行經(jīng)驗的積累，多項設(shè)備的改造及多年的運行優(yōu)化，人機配合已處于一個相對穩(wěn)定期，要想進一步減少機組的運行故障，提高設(shè)備的可靠性，在對事故及異常實施閉環(huán)管理的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強對反措執(zhí)行這一環(huán)節(jié)的管理，提高反措整改質(zhì)量和效果。導(dǎo)致生產(chǎn)運行事件發(fā)生的原因是多種多樣的，要想從根本上防止事故這個“果”，必須有針對、有重點地消除導(dǎo)致事件發(fā)生的“因”。所有意外均可以避免，所有存在的危險皆可得到控制。因此，針對歷年發(fā)生的運行事件進行分類整理和分析，并提出處理措施，通過學(xué)習(xí)不斷提高運行人員的運行操作技能和事故處理能力，才能避免類似設(shè)備事故的重復(fù)發(fā)生，真正實現(xiàn)預(yù)防和預(yù)控的安全管理目標(biāo)。

［1］唐學(xué)創(chuàng).百龍灘水電廠歷年統(tǒng)計事故分析［J］.電力安全技術(shù)，2004（7）

［2］鄔意慧.北侖電廠1，2號機組歷年統(tǒng)計事故分析［J］.電力安全技術(shù)，2002（1）