典型9FA火焰探測器冷卻水泄漏的分析及處理

李德兵

(福建晉江天然氣發電有限公司，福建 晉江 362251)

福建晉江天然氣發電有限公司一期工程1號～4號機組是由哈動公司引進GE技術生產的燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，屬于S109FA系列。一套燃氣輪機聯合循環發電機組由1臺PG9351FA燃氣輪機、1臺D10蒸汽輪機、1臺390H發電機和1臺三壓、再熱余熱鍋爐等組成。燃氣輪機、蒸汽輪機、發電機在同一軸系運行，軸系總長42 m，采用8個軸承支撐。起動階段機組將發電機轉為同步電機模式，通過LCI供電驅動發電機帶動整個軸系轉動。4臺機組于2010年10月全部投產，目前機組兩班制運行［3］。

火焰探測器的冷卻水管道安裝于燃氣輪機殼體上方，這就要求冷卻水管道在機組運行時必須保證嚴密性，防止火焰探測器冷卻水的泄漏造成燃氣輪機殼體的局部收縮。從本文實例可以看出，加強對火焰探測器冷卻水的維護，對燃氣輪機的安全運行具有重要的意義。

1 火焰探測器簡介［2］

火焰探測器為紫外線探測器，通過檢測紫外線輻射來檢測火焰。這種輻射來源于燃燒室碳氫化合物燃料燃燒，并且比可見光檢測更可靠，在顏色和強度上有明顯不同。火焰探測器A、B、C、D分別安裝在15號、16號、17號、18號燃燒器。每個火焰探測器最高工作溫度為125℃，要用進水溫度為10℃～52℃的冷卻水采用盤旋管進行冷卻，每個傳感器冷卻水流量為 3.8 ～5.7 L/min。

火焰探測器在兩種情況下發揮作用，一種是在啟動順序中，另一種是在保護系統中。在一個正常的啟動順序期間，清吹11 min結束后，轉速下降至399 r/min重新升速至421 r/min時，4個火焰探測器中至少2個在30 s內探測到火焰，機組點火成功，并且允許啟動順序繼續進行。當燃氣輪機在運行中，如果4個火焰探測器中3個或4個失去火焰，燃料被迅速切斷，這樣避免了在透平和余熱鍋爐可能的爆炸性混合物的積聚。

晉江9FA火焰探測器冷卻水采用閉式循環冷卻水，閉式循環冷卻水從冷卻用盤旋管進入并帶走火焰探測器所產生的熱量，維持火焰探測器溫度在設計范圍內，保證火焰探測器的正常工作。火焰探測器安裝示意圖見圖1。

2 火焰探測器冷卻水泄漏事件經過

8月8日11∶10，機組負荷350 MW，3號瓦軸振3X、3Y 為0.043 mm、0.044 mm，1 號瓦軸振1X、1Y 為0.095 mm、0.123 mm，1 號軸向位移 -0.211 mm，2 號軸向位移-0.156 mm，軸向位移突然停止波動(之前一直在波動)，3號瓦軸振3X、3Y，1號瓦軸振1X、1Y開始上漲，1X漲至0.132 mm后開始下降，1Y漲至0.185 mm后開始下降，3X、3Y持續上漲。申請省調緊急降負荷。11∶20負荷330 MW，3X漲至0.228 mm，3Y 漲至0.11 mm，機組跳閘。機組惰走過程中，3X、3Y繼續上漲，轉速431 r/min時，3Y最高到0.37 mm，3X 最高到0.33 mm。11∶27 轉速至零，惰走7 min，盤車投入，盤車電流100 A超量程。此時機組現場聽音發現1號瓦負荷軸間異常聲音較大，經確認為燃氣輪機動靜部件摩擦聲音。11∶29MarkⅥ控制系統報盤車電機馬達過載告警，盤車跳閘。11∶45檢修盤車投運時，嚙合電機與盤車主電機間聯軸器斷裂，檢修盤車無法投運，人工手動盤車。

3 處理過程

軸向位移突然停止波動后，軸振1X、1Y開始上漲，起初懷疑是燃氣輪機或汽輪機靜葉和動葉相對位置發生了變化，遂派人至汽輪機各軸瓦處聽音，未見明顯異常，因機組運行中并未進入透平間檢查。10 min后機組跳閘，轉速至零后因主盤車及檢修盤車均無法正常投運，為避免轉子發生永久性彎曲，集中了全部人員及精力進行人工手動盤車，經過檢修人員緊急搶修后盤車正常投入，避免了轉子發生永久性彎曲事故。盤車投入后對機組進行全面檢查，進入透平間檢查發現18號燃燒器的火焰探測器D冷卻水管道接口斷裂，冷卻水泄漏至燃氣輪機缸體，立即關閉火焰探測器冷卻水進、回水手動隔離閥。火焰探測器D冷卻水管道接口斷裂見圖2。

圖2 火焰探測器D冷卻水管道接口斷裂示意圖

火焰探測器冷卻水泄漏至燃氣輪機缸體后所產生的溫度梯度會造成燃氣輪機動靜部件的摩擦，甚至可能會使部件變形，從而使旋轉部件發生故障。為確認壓氣機及其他部件是否發生變形等故障，因此機組停運后檢修人員進入壓氣機排氣缸、進氣蝸殼等進行全面檢查，未見明顯異常，同時處理火焰探測器D冷卻水管道接口斷裂問題。

8月9日機組重新啟動，為機組安全起見及確認燃氣輪機動靜摩擦所產生的影響，采取新轉子首次跑合啟動程序，15∶32啟動條件滿足。發啟動令，當轉速至50 r/min，按就地緊急跳閘按鈕，機組振動及就地聽音無明顯異常。15∶40重發啟動令，轉速至300 r/min，現場振動和聲音無明顯異常，MarkⅥ控制系統各項參數正常。15∶45發停機令，惰走時間較正常快5 min。16∶49機組再次重發啟動令，選擇“Crank”模式，在699 r/min清吹轉速下高速盤車30 min，在確認就地振動無異常及MarkⅥ控制系統各項參數正常后轉入“AUTO”模式。機組按正常啟動程序，啟動過程中機組各項參數、振動正常，18∶45負荷升至280 MW，就地聽音無異常，MarkⅥ控制系統及DCS控制系統各項參數正常。火焰探測器D冷卻水泄漏前后1號瓦和3號瓦軸承振動及軸向位移對比見表1。

從表1的振動對比數據上看，因8日燃氣輪機動靜部分發生了輕微摩擦，1X、1Y振動略有上漲，軸振1Y從燃氣輪機動靜部件摩擦前最高0.150 mm漲至0.175 mm，軸向位移波動范圍變窄。

8月10日00∶39再次發現軸向位移停止波動，1Y由0.175 mm突降至0.143 mm，閉式循環膨脹水箱液位急劇下降，1號軸向位移有擴大趨勢，打開透平間發現火焰探測器D的冷卻水進水管道接口再次斷裂，閉式循環冷卻水泄漏至燃氣輪機缸體上，緊急申請省調降負荷停機處理。惰走過程中轉速至100 r/min左右，透平間能聽見明顯燃氣輪機動靜部件摩擦聲音，當轉速到50 r/min時，異常聲音消失。

表1 冷卻水泄漏前后1號瓦和3號瓦軸振及軸向位移對比 單位:mm

8日與10日前后兩次火焰探測器冷卻水泄漏引發的軸承振動特征相似，即軸向位移停止波動，軸振1X、1Y漲至一定程度時突然下降，同時3X、3Y急速上漲。10日盤車投入后，檢修人員更換斷裂火焰探測器D冷卻水管道，處理完畢后機組再次按正常啟動程序，MarkⅥ控制系統及DCS控制系統各項參數正常。

4 火焰探測器冷卻水泄漏原因及振動分析

4.1 火焰探測器冷卻水泄漏原因分析

火焰探測器出現冷卻水管道接口斷裂，造成冷卻水接口斷裂原因如下［1］:

(1)火焰探測器冷卻水支撐管道未得到妥善支撐，機組兩班制運行時，啟停機燃氣輪機燃燒模式切換時振動較大，對支撐部件產生擾動，可能會導致冷卻水管道支撐部件發生位移，同時頻繁的啟停，造成支撐部件脫落，致使火焰探測器冷卻水泄漏。

(2)火焰探測器冷卻水管本身已經出現損壞、磨損、配件松動等，運行時燃氣輪機振動的擾動，加劇了冷卻水管的磨損。

(3)火焰探測器冷卻水管出現了腐蝕，不合格的閉式循環冷卻水水質對火焰探測器冷卻水管道產生腐蝕。

(4)火焰探測器冷卻水管道焊點出現了損壞，會導致管道剛度降低。

以上幾點均會造成火焰探測器冷卻水管接口斷裂，對于此次冷卻水管道接口斷裂，因機組投產時間較短，暫時未將火焰探測器冷卻水管道的檢查納入定期工作，因此無法完全判斷具體是哪些因素引起，也可能為上述原因共同引起。

除上述原因之外若火焰探測器冷卻盤管出現磨損也會造成潛在的冷卻水泄漏［1］。

4.2 火焰探測器冷卻水泄漏引起軸承振動分析

調出歷史曲線發現，閉式循環膨脹水箱液位在軸振突變前一直平穩運行，軸向位移突然停止波動后，軸振1X、1Y開始上漲，當時并未注意到閉式循環膨脹水箱水位的下降，影響了值班員對軸承振動異常情況的判斷，實際閉式循環膨脹水箱水位已開始下降，閉式循環冷卻水已泄漏至燃氣輪機缸體。對燃氣輪機來說，當火焰探測器冷卻水泄漏至燃氣輪機缸體時，缸體一側被部分冷卻、收縮，熱膨脹量減少，同時另外一側燃氣輪機膨脹量未變，燃氣輪機熱膨脹的變化傳導至燃氣輪機轉子，造成1X、1Y振動隨著火焰探測器冷卻水的泄漏時間逐漸上漲。當冷卻水泄漏至一定量時，燃氣輪機熱膨脹量減少至最小，燃氣輪機缸體由于部分收縮，造成燃氣輪機動靜部分發生輕微摩擦，破壞整體軸系動平衡。對汽輪機來說，燃氣輪機熱膨脹的收縮變化高于期望值，燃氣輪機缸體收縮的變化傳導至汽輪機，造成軸振3X、3Y急劇上漲，最終導致軸承振動大，機組跳閘。

5 防范措施

為避免類似事件再次發生，影響燃氣輪機的安全運行，采取以下防范措施:

(1)利用機組調峰停運機會對火焰探測器冷卻水管道進行全面檢查，發現問題及時處理，將危險系數降至最低。

(2)機組日常運行時加強閉式循環冷卻水水質的監督管理。

(3)對火焰探測器進行升級改造，將火焰探測器更換為無冷卻水火焰探測器［4］。

(4)機組檢修期間加強對火焰探測器的維護和維修質量監督，從源頭杜絕此類事件的發生。

(5)改善燃氣輪機的運行工況，積極與電網公司協調溝通，盡量減少調峰運行或者改變調峰運行模式。

6 結語

本文通過對火焰探測器冷卻水泄漏的實例進行分析，表明火焰探測器冷卻水的不正常運行會導致潛在的硬件損壞和經濟損失，機組運行時應密切關注振動的非正常變化，同時關注閉式循環膨脹水箱液位，及時發現異常。

燃氣輪機發生局部的收縮，可能會產生嚴重的動靜摩擦，甚至造成不可修復的損壞，為避免更大的經濟損失及電網考核，本文提出了針對性的防范措施，為燃氣輪機的安全運行提供一定的借鑒。

［1］ GE.TIL1579R1-turbine compartment water systems maintenance recommendations［Z］.2008:1-2.

［2］ GE.火焰探測器使用和維護手冊［Z］.2003:15-16.

［3］ 福建晉江天然氣發電有限公司.集控運行規程［Z］.晉江:福建晉江天然氣發電有限公司，2011:2-3.

［4］ GE.GT051510Basic.