大力神130焦爐煤氣燃氣輪機熄火原因分析

朱大偉，楊玉明

(1.江蘇天裕集團東方熱電有限公司，江蘇徐州 221011;2.山東濟礦民生熱能有限公司，山東濟寧 272211)

江蘇天裕集團東方熱電有限公司的3臺燃氣輪機和山東濟礦民生熱能有限公司的2臺燃氣輪機都為美國索拉公司生產的大力神(Titan)130機組，為全國較早燒焦爐煤氣的雙燃料燃氣輪機，該機型運行中經常出現熄火停機。本文針對該機組運行中出現的熄火進行分析，總結出一些運行經驗。

1 主要技術參數及工作流程

Titan130燃氣輪機為雙燃料系統(0#柴油和焦爐煤氣)，設計功率13 MW，冬季最大可達15 MW，效率為35%，額定狀況下排氣溫度496℃，壓比16。燃氣輪機配備21個雙燃料噴嘴，12個T5(三級渦輪噴嘴溫度)熱電偶，一個點火器，額定轉速11 197 r/min，經過行星齒減速齒輪箱減速后轉速為1 500 r/min帶動發電機。氣體燃料為焦爐煤氣，壓力2.1～3.4 MPa。

正常工作過程為盤車在20%額定轉速時先吹掃10 min，然后進入柴油點火，盤車在65%額定轉速時自動脫扣，78%額定轉速后防喘閥關閉，升速到額定轉速，整個升速過程約3 min。達到額定轉速后可手動切換到氣體燃料系統運行，然后并網升負荷。

2 故障概述

2012年8月5日該機組在正常運行中出現FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測到發動機熄火)熄火停機，燃氣輪機復位后再次點火，機組運行正常，之后幾天陸續出現該熄火停機，嚴重影響機組的安全穩定運行。2012年8月5日某次停機數據見表1。

3 原因分析及處理

燃氣輪機出現FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測到發動機熄火)熄火停機事故，檢查與其相關的各管線系統(點火、霧化空氣、雙燃料、熄火等四個系統)，通過對系統設備的組成和實際運行情況進行分析，利用排除法逐個進行排查，最終找到原因，進行針對性的解決。

3.1 點火系統

該點火系統由高壓包、點火電纜及火花塞組成。燃氣輪機在10 min的吹掃結束后進入一個點火階段，30 s后若T5平均溫度超過400℉(204℃)，燃料繼續加入，點火系統退出，并記錄一次成功啟動。若達不到400℉則點火失敗報警或熄火報警。燃氣輪機正常運行中點火系統不工作，故可以排除。

表1 某次停機數據記錄表

圖2 氣體燃料系統圖

3.2 霧化空氣系統

該機組霧化空氣系統見圖1。壓縮空氣經過過濾器FS911-1后由關斷閥V2P935控制分兩路，一路經過減壓閥PCV933，進入噴嘴霧化空氣管，要求空氣壓力控制在172～207 kPa;另一路經過減壓閥PCV933-1后進入點火霧化空氣管，要求空氣壓力控制在261 kPa。霧化壓力的調整可以在PCV933和PCV933-1之后安裝一臨時壓力表，強制開啟V2P935，手動調整PCV933和PCV933-1螺母即可。壓氣機排氣壓力提高后會經過PCV933來代替壓縮空氣。由于是正常運行中出現的熄火停機，故拆除噴嘴霧化空氣一路檢查，未見異常。

圖1 霧化空氣系統圖

3.3 雙燃料系統

由于該機組設定為柴油點火，FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW為正常運行中出現的熄火，故液體燃料系統排除。氣體燃料(焦爐煤氣)系統見圖2。設計兩個環形分配管，焦爐煤氣通過EGF388-1和EGF388-2兩個主燃料閥控制，燃氣輪機熄火后主燃料閥會迅速關閉。檢查煤氣燃料管后發現管道內部有黃色粘稠物，超聲波清洗干凈后恢復，初步懷疑煤氣中含水，導致瞬間熄火，要求定期排液。

3.4 熄火系統

由于焦爐煤氣中以H2和CH4為主，而H2爆炸極限范圍很廣(下限4%，上限75.9%)，火焰傳播速度快，熄火保護至關重要，該機型共設計5個熄火停機保護。熄火壓力開關保護原理見圖3。

圖3 熄火開關原理圖

壓氣機出口的壓縮空氣壓力由壓力表TP349檢測，正常運行中壓力HI=LO，當燃氣輪機出現熄火時壓氣機壓力會下降，此時LO處壓力迅速下降，而HI處因有節流孔板F0940(0.23 mm)，壓力緩慢下降，此時 HI和 LO產生壓差(設計壓差大于13.8 kPa 延時10 s動作，2.9 kPa復位)，若 S349 動作后，超過30 s未復位(正常的復位時間應小于2 s)，則會出現AL_S349_Fail(熄火開關開啟失敗報警)。檢查發現燃氣輪機停機時壓氣機壓力由1 444 kPa下降到1 396 kPa，且停機后出現AL_S349_Fail，拆除熄火開關檢查，并重新校驗熄火開關，安裝后復位AL_S349_Fail消失。即使是熄火開關的問題也只會出現報警，不會停機，故熄火開關只是次要原因。

該機型共設計5個熄火停機保護:

1)FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_CMD(由高燃料命令檢測到發動機熄火停機);

2)FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測到發動機熄火停機);

3)FN_FLAMEOUT_KW(由逆功率檢測到發動機熄火停機);

4)FN_FLAMEOUT_LOW_T5(由發動機溫度低檢測到發動機熄火停機);

5)FN_FLAMEOUT_UNDER_SPEED(發動機欠速檢測到發動機熄火停機)。

此次出現的熄火停機為FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測到發動機熄火停機)。利用Rslogix5000打開該燃氣輪機程序，輸入FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW，程序見圖4。

圖4 邏輯程序控制圖

燃氣輪機運行中當壓力開關S349動作后，且燃料控制信號大于當前負荷最大燃料量的95%后燃氣輪機會出現FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量檢測到發動機熄火停機)。該型燃氣輪機設計從點火到滿負荷，燃料量有一定的限制(根據煤氣發熱量、機組負荷狀況計算最大量)，點火后的任何狀況下保證燃料的最大流量和壓氣機空氣比在爆炸下限內，故熄火后燃料和空氣的混合比遠離爆炸下限，以保證機組安全。

檢查停機前后各參數趨勢，見表1的某次停機數據記錄。9∶47∶48燃料控制需求量由41 968 kW上升到42 255 kW，且燃氣輪機負荷設定值12 700 kW未變化，燃氣輪機實際負荷由12 445 kW瞬間下降到10 868 kW，燃料閥1和燃料閥2的命令開度和實際開度均比上一時刻大，且壓氣機壓力也出現下降，故初步懷疑故障由煤氣瞬間發熱量不足引起。微開燃氣輪機入口前緩沖罐，發現排水量比較多，因此在燃氣輪機正常運行過程中要進行定期排液，防止進入燃氣輪機燃燒的煤氣中含液，導致熄火故障的發生。

通過詳細排查、分析，發現2012年8月5日的故障原因是焦爐煤氣發熱量瞬間不足，這主要由于煤氣過濾器內氮氣未置換徹底及焦爐煤氣中含水量較多兩方面原因造成的。

4 結語

經過以上分析，當出現燃氣輪機點火期間熄火或運行中熄火，應逐項排查檢查熄火原因。

若啟動點火期間熄火，首先確認點火器是否點著(點火器點著后T5平均溫度會上升，雖不一定達到400℉)，若點火器正常，則柴油霧化有可能有問題，應從燃料系統和霧化空氣系統查找原因。火花塞在多次點火失敗或壓氣機水洗時應拆除清理，防止積液受潮影響點火，同時定期做打火試驗;在燃氣輪機長期運行期間，柴油管道容易積水，再次啟動點火前應檢查放水;同時FS911-1過濾器及VCH932止回閥需定期檢查及清理或更換。

若運行中燃氣輪機熄火，應從控制邏輯程序中先找出熄火原因，再從燃料系統中查找原因，該機型熄火保護很成熟，各個部分均有不同的延時，誤報的機率很小。從目前實際運行中來看，燃氣輪機運行中出現熄火，主要都是因為運行人員排污不及時、燃氣輪機噴嘴霧化不好及燃料供應不足等原因引起。燃氣輪機熄火后會出現機組瞬間冷卻，高溫部分產生熱應力，影響機組壽命，同時燃氣輪機的瞬間熄火也存在著爆炸危險，應盡量減少熄火停機。

根據本次事故情況分析，燃料的處理尤為重要，要將煤氣過濾器排液工作列入定期工作計劃中，并嚴格執行;在煤氣置換氮氣的時候一定要置換徹底，防止煤氣中含有氮氣，出現煤氣發熱量瞬間不足的現象。

［1］童可義.PG9171E燃氣輪機點火失敗原因分析［J］.燃氣輪機技術，2009(2):65-67.

［2］鄧建玲.張東曉.陳海斌，等.大型燃氣-蒸汽聯合循環發電技術:控制系統分冊［M］.北京:中國電力出版社，2009:140-143.