9FA燃機燃氣壓力低遮斷原因分析及處理

丁建軍，武海南，馮鵬飛

（廣東粵電新會發(fā)電有限公司，廣東江門529149）

9FA燃機燃氣壓力低遮斷原因分析及處理

丁建軍，武海南，馮鵬飛

（廣東粵電新會發(fā)電有限公司，廣東江門529149）

介紹了一起9FA聯(lián)合循環(huán)機組在運行中因天然氣壓力低造成機組遮斷的事故，認為燃氣輪機供氣壓力低是由于安全切斷閥氣動排空閥誤開所致，而控制回路設計缺陷是排空閥誤開的根本原因。對此，提出了有針對性的改造方案，為排空閥增加了1個控制電磁閥，與原控制電磁閥互為備用，2個電磁閥采取了巧妙的并聯(lián)布置方式。該方案簡單可靠，成本低，可復制性強，并對燃料氣控制系統(tǒng)其他類似氣動閥門進行了相同改造，從而確保機組長期安全運行。

燃氣輪機；天然氣；電磁閥；遮斷；技術改造；燃氣壓力低

某發(fā)電廠2×390 MW燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產機組，燃氣輪機由GE公司生產，型號為PG9351FA，由1臺18級的軸流式壓氣機、1套包含18個低NOX燃燒器的燃燒系統(tǒng)、1臺3級透平和有關輔助系統(tǒng)組成。汽輪機由哈爾濱汽輪機廠制造，型號為LC85/N125-13.00/3.30/0.42/1.2，型式為三壓、再熱、三缸、沖動、抽凝式汽輪機。余熱鍋爐采用東方日立鍋爐有限公司的三壓、再熱、自然循環(huán)、無補燃、臥式余熱鍋爐。

以下分析了該發(fā)電廠一起因燃氣壓力低導致的跳機事件，針對故障原因采取有效措施，擴大故障防范范圍，目前機組運行狀態(tài)良好。

1 燃氣系統(tǒng)簡介

進入廠內的天然氣由調壓站調壓，氣體燃料前置供應系統(tǒng)過濾、分離和加熱，然后進入燃氣輪機燃料氣控制系統(tǒng)。燃氣調壓系統(tǒng)接收上游天然氣管線的天燃氣，并為下游前置模塊處理系統(tǒng)提供滿足燃氣輪機正常運行所需的具有一定壓力和溫度的天然氣，調壓系統(tǒng)內有火警安全切斷閥門，在電廠火災時會緊急關閉[1，2]。

天然氣前置模塊處理系統(tǒng)由1套雙聯(lián)前置過濾器，1套串聯(lián)的性能加熱器、1套啟動用電加熱器、1套終端過濾洗滌器、流量計和變送器以及各單元的控制系統(tǒng)等組成。燃料氣控制系統(tǒng)的作用是以適當的壓力和流量向燃燒室輸送燃料氣，以滿足燃氣輪機運行時啟動、帶負荷和停機的所有要求，該系統(tǒng)的主要部件包括入口濾網、燃料氣截止閥（VS4-1）、燃料氣速比截止閥（VSR-1）、燃料氣放空閥（VS13-15）、燃料氣控制閥（VGC4-1/2/3/4）、燃料氣壓力傳感器、燃料氣溫度傳感器、輸送支管和噴嘴等。天然氣系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 天然氣系統(tǒng)流程示意

2 事故現(xiàn)象及原因分析

2.1 事故現(xiàn)象

2016年11月12日19∶00，1號機組總負荷295 MW，其中燃機發(fā)電機182 MW，汽機發(fā)電機113 MW。19∶06∶19，MARK VIe控制系統(tǒng)報警窗口發(fā)出“Fg Safety Shut off Vent Valve Position Fault（燃氣安全切斷閥排空閥位置故障）”、“Gas Fuel Inter-valve Press.（P2）Low（氣體燃料P2壓力低）”報警，機組跳閘，跳閘首出原因為“Low Low Gas Supply Pressure Trip（燃氣壓力低跳閘）”。

2.2 事故原因分析

造成此次機組跳閘的首出原因是“燃氣壓力低”，并伴隨“燃氣安全切斷閥排空閥位置故障”和“氣體燃料P2壓力低”報警。跳閘后，運行人員確認MARK VIe控制畫面中VS4-1，VSR-1，VGC4-1/2/3/4關閉，VS13-15打開，燃氣輪機惰走，但發(fā)現(xiàn)安全切斷閥（SSOV）的排空閥（VS13-18）也為打開狀態(tài)，檢查天然氣供氣壓力并無異常，判斷此次跳機是SSOV的排空閥（VS13-18）誤開導致。

圖2 排空閥VS13-18指令邏輯框圖

通過查看排空閥指令邏輯（如圖2所示），確認排空閥（VS13-18）僅在泄漏試驗（L4SSOVLTE）的第一步（L4SSOVT1A）或者以下任一特殊跳機情況出現(xiàn)時才打開：火災發(fā)生（L45FTX）；MARKVIe盤上的緊急按鈕被按下（L5E）；操作臺上急停按鈕被按下（r5e）；危險氣體泄露（L45LEL_TRP）；透平間失去通風跳機（L4BTFLT）。機組在運行時上述5種情況并沒有觸發(fā)，熱控專業(yè)及運行技術人員討論分析后，排除了MARK VIe控制系統(tǒng)誤發(fā)信號的可能。

安全切斷閥的排空閥如圖3所示，排空閥VS13-18為雙氣缸氣動閥，排空閥電磁閥20VG-8得電打開，儀用空氣經過快排閥進入執(zhí)行機構氣缸，克服彈簧力并帶動傳動軸將閥門關閉；電磁閥20VG-8失電時，執(zhí)行機構氣缸內儀用空氣在彈簧的推動下經過快速排放閥排掉，此時閥門開啟。閥門無故開啟可能是其控制氣源失去引起，就地檢查確認儀用壓縮空氣壓力及供氣回路正常；進一步推測是由于電磁閥20VG-8燒毀損壞導致氣源失去，遠方傳動檢查其能否帶電吸合，電磁閥未動作，就地拆檢并測量電磁閥線圈電阻后確認電磁閥燒毀。

圖3 安全切斷閥的排空閥

3 技術改造

3.1 電磁閥故障原因

電磁閥線圈燒壞的原因較多，包括：線圈受潮，引起絕緣不好而漏磁，造成線圈內電流過大而燒毀，因此要防止雨水進入電磁閥；彈簧過硬，反作用力過大，線圈匝數太少，吸力不夠也可使得線圈燒毀；當電源電壓高于線圈額定電壓時，主磁通增加，導致線圈中的電流增加，鐵芯損失也將增加使鐵芯發(fā)熱，從而容易燒毀線圈[3，4]；此外，還可能是因為線圈質量問題或者環(huán)境溫度過高導致線圈老化[5]。

3.2 改造方案

排空閥VS13-18的電磁閥是常帶電工作，且僅有1個電磁閥控制排空閥的氣源，若電磁閥故障或者誤動均會間接導致機組跳機，運行風險大，具有嚴重的安全隱患，不利于機組安全經濟運行。

針對1號機組運行中因SSOV排空閥電磁閥燒毀導致排空閥誤開進而引起機組因燃氣供氣壓力低跳機的情況，對排空閥VS13-18的控制電磁閥進行改造，根據現(xiàn)場情況和相關專家建議，提出了下述改造方案。

20VG-8是2位3通電磁閥[6]，1個通道與氣源連接，另2個通道，其中1個與快速排放閥的進氣口連接，另1個與排氣口連接，若電磁閥失電，則VS13-18通過快速排放閥快速卸掉氣缸內的儀用空氣后在彈簧的作用力下打開。現(xiàn)增設1個電磁閥（如圖4所示），2個電磁閥并聯(lián)布置。右側電磁閥與原設計一樣，增設的左側電磁閥出氣孔與右側電磁閥排氣孔連通。正常運行時，2個電磁閥帶電打開，儀用空氣經過右側電磁閥再經過快排閥進入氣缸，而經過左側電磁閥的儀用空氣頂住右側電磁閥的排氣孔，保證右側電磁閥失電后，備用路儀用空氣能可靠供給。2個電磁閥互相備用，能夠有效避免電磁閥故障誤動作，安全性、可靠性得到提高。

3.3 改造安全性分析

圖4 改造后的排空閥（VS13-18）

若2.2節(jié)中描述的5種情況中任一條件觸發(fā)，SSOV的排空閥必須保證能打開，技術改造應不影響原先處于安全考慮設計的初衷。機組發(fā)生火災或者燃料/透平小間發(fā)生危險氣體泄漏時非常危險，機組跳機后，2個電磁閥失電關閉，隔斷儀用空氣，快排閥排氣口接通氣缸腔室泄壓，排空閥（VS13-18）在彈簧的作用力下打開，迅速排走安全切斷閥和輔助截止閥之間管道內的燃氣，防止事故擴大。

3.4 其他改造

GE燃機燃料氣控制系統(tǒng)相較于三菱公司的M701F機組復雜得多[7，8]，閥門眾多且多數為氣動閥，因電磁閥問題導致的跳機概率大大增加。在燃氣輪機啟停周期中，清吹閥與燃料控制閥有多次配合，從而實現(xiàn)多種工況下燃料與空氣的相互置換或隔離，清吹閥故障時將導致燃機無法正常運行。

與VS13-18閥不同，燃料氣管路清吹系統(tǒng)的9個氣動閥控制用電磁閥設計時全部安裝在燃料小間內部，機組運行時，燃料小間空間溫度較高，電磁閥長期置于高溫環(huán)境下容易老化故障。雖然該廠未發(fā)生因為燃料氣清吹系統(tǒng)故障導致跳機的事故，但為了安全起見，借鑒同類型電廠技改成果，將燃料小間清吹系統(tǒng)所有電磁閥外移，可從根源上杜絕事故發(fā)生[9，10]。

另外，安全切斷閥（VS4-4）和燃料氣截止閥（VS4-1）的儀用壓縮空氣也是通過一個電磁閥控制閥門氣源，都可能因為電磁閥故障導致閥門關閉，從而引起機組失去燃料而跳機。上述2個閥門也采用VS13-18閥的改造方案，提高了機組的安全運行能力。雖然經過了改造，但由于閥門安裝在室外，要注意雨水天氣，做好防潮措施。

4 結語

燃料氣控制系統(tǒng)氣動控制閥技在技術改造后，未發(fā)現(xiàn)因閥門故障引起天然氣供氣壓力異常進而導致燃機跳閘事故。技改方案構思簡單，實施方便，技改耗時少，僅增加了一個元件，改造成本低；檢修及維護工作量基本不變；提高了閥門的可靠性，確保機組安全運行；減少跳機次數，從而可減少啟停機時天然氣的浪費，有利于中調考核，減少發(fā)電廠的經濟損失；利于推廣，可復制性強，可應用于在建、已建GE燃機項目上。

[1]張東曉.大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術叢書設備及系統(tǒng)分冊[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]章素華.燃氣輪機發(fā)電機組控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2013.

[3]曹曉暉.淺談燃機熱工維護經驗[C].中國電機工程學會燃機發(fā)電專委會年會論文集，2007.

[4]鄭培根.氣動電磁閥綜合性能測試系統(tǒng)的研究[D].杭州：浙江大學，2011.

[5]WALKER S.Balding Site Improvements[C].Dubai∶GE User Group Conference，2010.

[6]陳學敏.工程中電磁閥的應用探討[J].石油化工自動化，2009，45（4）∶58-61.

[7]焦樹建.燃氣輪機與燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置[M].北京：中國電力出版社，2007.

[8]廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備與運行：機務分冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[9]劉小華.9FA燃料清吹系統(tǒng)問題分析和技術改進[J].價值工程，2015，34（2）∶32-33.

[10]許平寶.9FA機組燃料清吹閥門動作故障分析與預防[J].燃氣輪機技術，2012，25（2）∶59-63.

（本文編輯：張彩）

Cause Analysis and Treatment on Lower Gas Pressure Shutoff of 9FA Gas Turbine

DING Jianjun，WU Hainan，F(xiàn)ENG Penghui
（Guangdong Yudean Xinhui Generation Co.，Ltd.，Jiangmen Guangdong 529149，China）

This paper introduces a shutoff accident of 9FA combined cycle units due to low gas pressure in the operation.It is believed that the low gas pressure of the gas turbine is caused by mistaken switch-on of pneumatic exhaust valve of safety shutoff valve；however，design defect of control circuit fundamentally results in switch-on of the exhaust valve.Therefore，the paper accordingly presents a retrofit scheme∶equipping an electromagnetic control valve on the exhaust valve as a spare part of the original one，and the two valves are paralleled in a subtle way.The scheme is simple，reliable and low in cost，and can be easily duplicated；besides，it reconstructs fuel gas control system and other pneumatic valves in a similar way to ensure long operation safety of the units.

gas turbine；natural gas；electromagnetic valve；shutoff；technological transformation；low gas pressure

10.19585/j.zjdl.201706017

1007-1881（2017）06-0072-04

TK478

B

2017-03-29

丁建軍（1986），男，工程師，主要從事發(fā)電廠運行及管理工作。