M701F3燃機值班燃料噴嘴裂紋趨勢及改進

王慶韌

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司 廣東惠州）

一、值班燃料噴嘴裂紋損壞情況統(tǒng)計

M701F3燃機采用環(huán)管式燃燒室布置，每臺機組含20套燃料噴嘴（主噴嘴+值班噴嘴），預期壽命為50 000 EOH（1）或1800次啟動，以先到者為準；保證壽命35 000h。值班燃料噴嘴起點火作用，在機組正常帶負荷運行中，仍然保持點火運行。歷次檢修中均發(fā)現(xiàn)值班燃料噴嘴裂紋損壞較為嚴重。

1.1#機組值班燃料噴嘴裂紋損壞情況

噴嘴在每次檢修中均采用整體進出方式，換下來的部件進行維修、備用。第一套部件第一次維修中無返修件，但第二套部件第一次維修中卻全部要返修，同時第一套部件第二次維修中有2個甚至需更新。損害開始浮現(xiàn)。

2.2#機組值班燃料噴嘴裂紋損壞情況

第一套部件第一次維修中即有6個返修，較1#機組明顯增多；第二套部件第一次維修中返修件再次大范圍增加，接近全部；第一套部件第二次維修中，全部更新，折算壽命只有12 030h，對比預期壽命50 000h相差近38 000h，對比保證壽命35 000h相差23 000h。

3.3#機組值班燃料噴嘴裂紋損壞情況

返修情況介于1#、2#機組之間。雖然更新一件噴嘴但基本屬正常范圍。

二、值班燃料噴嘴裂紋趨勢及影響因素分析

啟動次數(shù)和等效運行時間是影響機組運行的兩個重要因素，其與值班燃料噴嘴裂紋損壞之間的關系，通過繪出趨勢圖（圖略），可知值班燃料噴嘴每臺機組均隨著時間的推移漸漸加重（隨數(shù)量與程度雙增長），維修件、更換件也越來越多，且以2#機組最為嚴重。

值班燃料噴嘴損壞與該批部件在本輪檢修間隔內(nèi)運行的時間、啟動次數(shù)之間的關系，不如機組絕對累積運行時間、啟動次數(shù)影響大，但總體而言，趨勢規(guī)律性不強。設計一個表格，對部件材料與產(chǎn)地、制造與修理廠商進行統(tǒng)計，驗證以上結(jié)論的正確性，如原材料產(chǎn)地均為日本、維修地均為廣州，但損壞程度各不相同，說明各種因素間關聯(lián)度確實不大，裂紋趨勢的規(guī)律性不明顯。

若情況不加以改變，則以歷史均值預計，值班燃料噴嘴在第二次維修中（相當于機組第四次檢修）3臺機組仍需準備至少一套部件以備全部或部分更換（相當于3機合計換一套），平均每臺次檢修0.33套，成本很高。

裂紋趨勢的規(guī)律性不明顯，本身就是一個值得關注的反常問題。必需進行深刻的原因分析，采取相應對策，減少值班燃料噴嘴裂紋損壞。

三、值班燃料噴嘴裂紋損壞原因分析

1.設計制造不良

針對F級燃機而言，從世界尖端水平來看，材料（包括母材與涂層）技術應該已經(jīng)過關。這是重型燃氣輪機之所以取得長足發(fā)展的根基所在，目前國際上燃機技術已發(fā)展到J級水平，對F級而言，更不是關鍵問題。至于其設計安全安全裕度，相比于歐美標準，是偏緊一點，但不至成為2#機組值班燃料噴嘴因裂紋損壞而較大量地報廢之主因。若其為主要因素，則必與啟停次數(shù)或EOH相關，裂紋趨勢將呈一定的規(guī)律性，以上分析相抵觸。根據(jù)統(tǒng)計，以上涉及到的值班燃料噴嘴與主燃料噴嘴，均在日本制造，有大量的成熟的應用業(yè)績，唯一區(qū)別是國內(nèi)采用DSS（日啟停）方式運行，而不是國際普遍的帶基荷運行方式，值班燃料噴嘴在啟動階段的耗時相對多一些，承受高溫的時間多一些，這可能是設計制造中沒有考慮的因素之一。三菱曾在燃機年會上口頭公開承認其設計是基于帶基荷方式，例證是——該壓氣機3級輪盤裂紋就緣于拉桿螺栓沉頭孔倒角尺寸偏小，使啟動過程中應力集中過大所致。

2.修理技術不足

新品在第二次修理中比第一次修理中發(fā)現(xiàn)的損壞數(shù)量較多，而修理均在國內(nèi)合資廠進行，說明合資廠的修理技術明顯未充分消化好，當然這也不排除DSS運行新特點所引起的。但修理技術不足是非常充分的關鍵理由：①20套燃料噴嘴（包括主燃料噴嘴及值班燃料噴嘴）間流量不均、有偏差，有的甚至超過了制造標準極限，把它用作判斷噴嘴合格與否、報廢與否的標準是不合適的。值班燃料噴嘴的好壞不應僅從一個一個孤立的噴孔的某一方面的因素來判斷，而應該從全部噴孔的匹配性（流量、壓力）來整體衡量。在燃煤機組中都有這樣的體會。事實上，天然氣發(fā)電機組也是如此。另外，燃料噴嘴在高溫燃燒后必然有一定的微變形，機械地套用制造標準，顯然會造成修理范圍過大，給電廠帶來修理費用的上升。②國內(nèi)合資廠技術人員對技術判定標準掌握不夠，致使修理范圍擴大。有一個值班燃料噴嘴可能是拆卸中將噴嘴口部梳形齒拉彎一點，供貨商即將其判為報廢，堅持用手錘敲回繼續(xù)用了幾個檢修周期，目前仍在用。③修理中更換數(shù)量的增多及修理件的增多，說明合資廠對其修理能力沒有足夠的自信。

四、現(xiàn)階段減少值班燃料噴嘴裂紋產(chǎn)生的措施及效果

（1）立即著手研究兩班制運行特點及影響，從設計制造著手，根本改善或減少值班燃料噴嘴裂紋。這是較長期的任務。

（2）現(xiàn)階段從燃燒調(diào)整著手，減少值班燃料噴嘴在啟動階段的耗時、降低工作溫度。目前，已減少了并網(wǎng)前低轉(zhuǎn)速階段的天然氣流量，調(diào)整了CSO/PLCSO參數(shù)，優(yōu)化了燃料空氣比，實際運行效果良好。

（3）對各噴嘴進行工廠化精確的流量測試，選擇相近的噴嘴進行匹配性搭配，使整體燃燒效果保持良好。該方案實施后，機組運行非常穩(wěn)定，噴嘴返修及更換數(shù)量皆大幅減少。

（4）改進現(xiàn)場流量測試方法，在電廠內(nèi)建立簡易的試驗裝置，以方便電廠技術人員進行技術上的模糊判斷，共同確認是否需修理、是否需報廢。對修理廠實施對比見證，確保修理過程基本受控，防止過修及欠修。

（5）責成供貨商完善并提供適應性的檢查標準、修理標準。

五、進一步減少值班燃料噴嘴裂紋的建議

（1）改善材料、設計、制造水平是根本方法。一是選用耐溫性能更好、抗疲勞、抗蠕變性能更好的材料，二是在設計時提高值班燃料噴嘴的安全裕度，三是充分考慮DSS運行方式特點。

（2）可讓值班燃料噴嘴在正常帶負荷階段退出運行（需改變目前主噴嘴與值班噴嘴一體的設計方式），或者改變旋流器結(jié)構(gòu)，改善值班燃料噴嘴。

（3）電廠側(cè)引進、培育核心技術之第三方加入市場競爭，迫使供應商改善設計、制造、修理及服務質(zhì)量，進行技術創(chuàng)新與公開，及時主動地進行核心技術升級改造。

（4）M701F3燃機值班燃料噴嘴裂紋為常見現(xiàn)象，但報廢率偏高且無明顯趨勢性并不正常。通過判斷標準與方法的調(diào)整、改進，目前報廢率已明顯降低。通過燃燒調(diào)整，改善了值班燃料噴嘴裂紋傾向，修理量有所降低。