三菱M701F4燃機透平#2輪盤腔室溫度高處理

吳為彪

摘 要： 本文介紹了三菱M701F4燃機透平冷卻空氣系統概況，并對中海油珠海天然氣發電有限公司M701F4燃機某次冷態啟動過程中出現的透平#2輪盤腔室溫度高事件經過、原因分析、處理情況及采取的措施進行了詳細的論述，對同類型機組處理類似問題具有一定的參考作用。

關鍵詞： M701F4；#2輪盤腔室溫度高；原因分析；處理

引言

燃氣輪機發電作為清潔能源得到了越來越多的青睞，由于發電效率高，功率大，三菱M701F4燃機在我國的投產項目不斷增加，但是關于M701F4的運行經驗還比較有限。本文就三菱M701F4燃機在某次冷態啟動過程中出現的透平#2輪盤腔室溫度高事件的經過、原因及處理進行了總結，希望給同類型機組的技術人員提供參考和幫助。

1、透平冷卻空氣系統概況

中海油珠海天然氣發電有限公司配備兩套三菱M701F4級聯合循環熱電機組。三菱M701F4燃氣輪機冷卻空氣系統執行兩個基本功能，第一個功能是給暴露在煙氣通道，溫度高于工作金屬的溫度極限的部件提供直接冷卻；第二個功能是給透平環境控制提供服務，為確保整個透平維持設計的環境。

如圖1所示，冷卻轉子和透平動葉的空氣來自壓氣機排氣，壓氣機排氣經過水冷式冷卻器（TCA）并過濾后冷卻轉子。直接冷卻發生在每一級動葉樅樹形根部，這種冷卻方式向暴露在燃氣高溫通道的動葉和透平轉子輪盤間提供熱障。透平靜葉通過幾種不同的方式進行冷卻。第一級靜葉使用壓氣機排氣從燃機內部進行冷卻。第二級、第三級、第四級靜葉分別使用第14 級、第11 級、第6 級壓氣機抽氣進行冷卻。靜葉還為冷卻空氣提供通到級間氣封腔室的內部通道。冷卻空氣被導入由級間氣封和轉子形成的通道，最后通過相應的氣體流道。該冷卻空氣維持輪盤處于可以接受的環境溫度中。如圖2所示，第2、3、4級的輪盤腔室溫度用熱電偶監測，熱電偶插入級間迷宮的空氣通道中，當輪盤溫度超過報警值時，為避免轉子輪盤燒損必須通過降負荷以降低輪盤溫度。

如圖3所示，TCA系統冷卻水來自高壓給水泵，經過TCA后流向凝汽器（路線一）和高壓汽包（路線二）。路線一用于機組啟動過程和燃機低負荷運行以及緊急狀況，路線二用于機組正常帶負荷運行。路線一和路線二是通過兩個流量控制閥來進行TCA冷卻水的流量控制，冷卻水流量越大，TCA氣側出口溫度越低。另外，調節燃機冷卻空氣冷卻器旁路手動閥的開度也可以調節TCA氣側出口溫度。

2 具體事件

2.1事件經過

2016年2月3日9：34第I套機組啟動，13：36 #1燃機升到160MW，TCS報“#2輪盤腔室溫度高”（溫度高報警值460℃），當值立即降負荷到145MW，#2輪盤腔室溫度下降，隨即當值對燃機所有水洗閥門進行檢查，特別針對2級靜葉冷卻氣源壓氣機14級高壓抽氣進行檢查，未發現問題。18：09第I套機組負荷停留在270MW，#2輪盤腔室溫度最高升到518℃，23：00咨詢東方廠家后要求#1燃機降負荷運行，燃機負荷限高130—150MW。

2.2 原因分析

2月4日，運行人員對#1燃機運行參數進行全面檢查，并依據廠家所給的東汽廠家關于輪盤腔室溫度高的原因進行逐個分析。廠家所給的原因有5點：1.熱電偶故障及安裝位置不正確、2.TCA冷卻效果惡化、3.TCA過濾器堵塞或外部管道發生泄漏、4.透平靜葉裝配不正確、5.燃機密封環磨損，密封間隙擴大所致。

針對以上的可能原因進行一一排除，首先，機組已經投運約1年多時間，并由熱工及機務檢修人員進行確認，排除了熱電偶故障及安裝位置不正確和透平靜葉裝配不正確的原因。對TCA的進出溫度的歷史趨勢進行比較，同時結合其他靜葉輪腔溫度都比較正常，也排除了TCA冷卻效果惡化和冷卻空氣管堵塞的可能原因。因此，我們認為最有可能的原因應為：燃機密封環間隙過大，高溫的燃氣漏入靜葉腔導致溫度增高。燃機密封環間隙過大導致輪盤腔室溫度異常升高的原因分析如下：

如圖4所示，靜葉環上的徑向密封、表面密封和轉子隔離出透平缸的冷卻室。正常情況下，冷卻空氣將級間輪盤腔室區域加壓，從而防止高溫氣流進入該區，燒損輪盤。但當靜葉環上的徑向密封和表面密封間隙變大時，情況會如圖5所示，冷卻室的壓力下降，當低于高溫氣流的壓力時，高溫氣流就會從表面密封和徑向密封倒流至輪盤腔室，從而使#2輪盤腔室溫度升高。

由于最有可能的原因是靜葉環上的徑向密封和表面密封間隙變大導致的#2級輪盤腔室溫度異常升高，所以確認的調整方向是減小靜葉環上的徑向密封和表面密封間隙。因為靜葉環上的徑向密封和表面密封緊靠燃機轉子，所以在機組運行的情況下，調整間隙只能增加燃機轉子徑向的膨脹量。結合圖6燃機轉子及動葉冷卻空氣的示意圖可知，要增加燃機轉子徑向的膨脹量可通過提高轉子冷卻空氣溫度實現。

2.3處理過程

通過以上分析已經確定調整方向，于是2月4日，8：20下令手動調整#1燃機TCA汽包側流量閥，以提高轉子冷卻空氣溫度。白班運行人員執行操作，當#1燃機TCA汽包側流量閥從25%關到18%，其TCA流量從76T/H降到了45T/H，轉子冷卻空氣溫度由168℃升到181℃，#2級輪盤腔室溫度（L側）從447℃降到421℃，（R側）從403℃降到391℃。從數據來看，#2輪盤腔室溫度明顯下降，且溫差縮小，因此，提高轉子冷卻空氣溫度來降低#2輪盤腔室溫度這個措施是正確的。

采取上述措施后，#2輪盤腔室溫度421℃已經低于正常運行時的最高溫度，為了檢驗燃機在最高負荷下，#2輪盤腔室溫度不超溫，12：30將第I套機組負荷升到420MW，運行兩小時，#2輪盤腔室溫度分別為421℃和419℃，從數值和溫差來看，都和之前機組正常運行時的參數一致。

14：20將I套機組負荷降到270MW，#2輪盤腔室溫度（L側）升到441℃，按熱工要求手動調整TCA空氣側旁路手動閥，以提高轉子冷卻空氣溫度。將TCA旁路手動閥開大到50%左右（原來基礎上按手輪圈數，共開20圈），轉子冷卻空氣溫度穩定在210℃，#2輪盤腔室溫度穩定在427℃和394℃。

下圖為#2輪盤腔室溫度及轉子冷卻空氣曲線圖：

雖然調整了TCA空氣側旁路手動閥，但TCA冷卻水側汽包側流量控制閥一直手動調整，對轉子冷卻空氣溫度影響很大，因此，熱工對該閥自動邏輯和參數進行修訂，16：12投入自動后TCA流量基本穩定。2月4日運行至今，#2輪盤腔室溫度（L、R兩側）已恢復正常。總結起來，通過減少TCA冷卻水流量和開大TCA空氣側旁路手動閥來提高轉子冷卻空氣溫度，進而使靜葉環上的徑向密封和表面密封間隙變小，降低#2輪盤腔室溫度是正確有效的。

3 結語

M701F4機組在我國的投產的項目越來越多，隨著運行時間和機組啟停次數的增加，暴露的問也題會越來越多。本文就中海油珠海天然氣發電有限公司三菱M701F4燃機在某次冷態啟動過程中出現的透平#2輪盤腔室溫度高事件的經過、原因及處理進行了經驗的總結分析，對同類型機組的技術人員處理類似問題具有很好的借鑒意義。■

參考文獻

[1]1.2×460MW燃氣-蒸汽聯合循環熱電機組機務運行規程.中海油珠海天然氣發電有限公司企業標準.2017.