PG9171E型燃氣輪機燃氣壓力低遮斷原因分析及處理

孫凱

摘要：本文介紹了9E聯合循環機組在運行中因燃機天然氣速斷閥后放散閥誤開，造成天然氣壓力低機組遮斷的事故。該放散閥為單電磁閥控制，設計存在缺陷是放散閥誤開的根本原因。對此，提出了有針對性的技術改造方案，將放散閥的控制回路更改為雙電磁閥控制，同時增加了手動控制方式，確保在控制電磁閥故障時仍可通過手動操作方式來控制放散閥。該方案簡單可靠，成本低，可復制性強，并對燃料氣控制系統其他類似氣動閥門進行了類似的改造，從而確保機組長期安全運行。

關鍵詞：燃氣輪機;天然氣;電磁閥;技術改造

1? 概述

某燃機電廠現有一套9E燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，采用GE公司PG9171E型燃氣輪機。由一個17級的軸流式壓氣機、一個由14個燃燒室組成的燃燒系統、一個3級透平轉子和有關輔助系統組成。汽輪機由上海汽輪機廠生產的LZN55-5.6/0.65型雙壓、單缸、單軸、沖動、凝汽式汽輪機。余熱鍋爐由杭州鍋爐集團生產的Q1153/526-173.6（33.3）-5.9（0.67）/500（257）型三壓無補燃、懸吊立式、正壓運行、強制循環余熱鍋爐，它與PG9171E型燃機相匹配，組成燃氣-蒸汽聯合循環發電系統。本文分析了該發電廠一起因燃氣壓力低導致的跳機事件，通過分析故障原因，有針對性的通過技改方式完成了引起異常事件閥門控制方式，有效的提高了機組的安全運行可靠性，經較長時間的運行，運行狀態良好。

2? 燃氣系統簡介

進入我廠的天然氣經過調壓站計量、過濾、加熱（蒸汽加熱）、調壓，再經過天然氣前置模塊的電加熱、再過濾后，經氣體小室的燃料控制系統與進入燃燒室的壓縮空氣進行混合，通過燃料噴嘴噴入燃燒室后燃燒成為高溫煙氣進入透平膨脹做功。

燃料控制系統的作用是將燃氣輪機運行時所需適當的壓力和流量的燃氣輸送至燃燒室，以滿足其啟動、帶負荷和停機期間的所有要求，該系統主要由入口濾網、天然氣速斷閥（VS4-4）、天然氣速斷閥后放散閥（VA13-18）、天然氣速比閥（VSR-1）、天然氣放散閥（VA13-15）、燃料控制閥（VGC-1/2/3）、清吹閥VA13-3/4、清吹閥之間放散閥VA13-16、天然氣壓力傳感器、天然氣溫度傳感器等部件組成，燃料控制系統簡圖如圖1所示。

3? 事故經過及原因分析

3.1 事故經過

2017 年07月08日12：00，3號聯合循環機組總負荷163 MW，其中5號燃機負荷108 MW，6號汽機負荷55 MW。12：06：19，天然氣速斷閥后放散閥（VA13-18）突然異常開啟，排放掉大量的天然氣，同時MARK VIe 控制系統報警窗口發出：“GAS FUEL AUTOMATIC VAVLE FAULT（氣體燃料自動閥門故障）”、“GAS FUEL SUPPLY PRESSURE LOW（燃氣壓力低）” 、“SRV OPEN 90%-RISK OF TRIP ON HIGH EXH TEMP（燃氣速比閥SRV打開至90%--排氣超溫遮斷風險）”、“GAS FUEL VENT VALVE OPEN TROUBLE（氣體燃料排放閥開故障）”、“GAS FUEL VENT VALVE LIMIT SWITCH NOT CLOSED（氣體燃料排放閥限位開關非關）”、“GAS FUEL INTER-VALVE PRESS（P2）LOW（氣體燃料P2壓力低）”，5號燃機因“燃氣壓力低”快速自動減負荷（RB）至72MW并持續下降，燃燒惡化、火焰波動并伴隨排氣溫度變化，12：15：10“GENERATOR BREAKER TRIP（發電機解列，機組解列）”。

3.2 原因分析

造成此次機組跳閘的首出原因是天然氣速斷閥后放散閥（VA13-18）突然異常開啟，導致“燃氣壓力低”、“氣體燃料排放閥開故障”及“氣體燃料P2 壓力低”報警發出，隨后燃機快速自動減負荷（RB），因天然氣不足以維持燃機正常燃燒的供應，最終機組被迫解列、遮斷。

通過檢查發現天然氣速斷閥后放散閥（VA13-18）控制方式如圖2所示，該放散閥為單電磁閥控制，放散閥控制電磁閥20PS-1是由兩位三通原理設計的電磁閥，三個通道中1個通道與儀用空氣控制氣源連接，剩下的2個通道中，其中1個通道與進氣口連接，另1個與排氣口連接，排向大氣。該電磁閥帶電打開，儀用空氣進入執行機構氣缸內，該執行機構氣缸內的儀用空氣克服彈簧力并帶動傳動軸將放散閥關閉;電磁閥失電后，執行機構氣缸內的儀用空氣在彈簧的推動下快速排掉，將放散閥開啟[1]。所以，導致放散閥無故開啟的可能原因之一是其控制氣源失去引起，其二是電磁閥本身故障，將儀用空氣排掉所致。本次放散閥無故突然異常開啟由于電磁閥20PS-1燒毀損壞導致氣源失去，放散閥在彈簧力的作用下迅速打開，將天然氣排放掉，致使天然氣壓力低機組被迫快速減負荷、解列、進而遮斷。

4? 技術改造

4.1 電磁閥故障原因

造成電磁閥線圈燒毀的原因有很多，閥芯被卡、電壓過大、線圈受潮、管道或者設備持續不穩定的震動都會造成電磁閥線圈發熱或者燒毀，此外，還可能是因為線圈質量問題或者環境溫度過高導致線圈老化等[2]。

4.2 改造方案

我廠天然氣速斷閥后放散閥（VA13-18）控制電磁閥是常帶電工作的，且控制方式為單電磁閥控制，該運行方式風險較大，若電磁閥故障或者誤動均會間接導致機組不安全事件發生，具有嚴重的安全隱患，不利于機組安全經濟運行。

針對3號聯合循環機組運行中因天然氣速斷閥后放散閥（VA13-18）控制電磁閥燒毀導致該放散閥誤開進而引起機組因燃氣供氣壓力低跳機的情況，對放散閥（VA13-18）控制電磁閥進行下述技術改造：在原有電磁閥設計的基礎上，現增設1個電磁閥，如圖3所示，2個電磁閥并聯布置。增設的電磁閥20PS-2與原設計電磁閥型號一致，電磁閥20PS-2出氣孔與電磁閥20PS-1排氣孔連通。正常運行時，2個電磁閥帶電打開，儀用空氣經過電磁閥20PS-1進入氣缸，而經過電磁閥20PS-2的儀用空氣頂住電磁閥20PS-1的排氣孔，保證電磁閥20PS-1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[3]。同時增設電磁閥20PS-1旁路手動閥及電磁閥20PS-2放氣手動閥，當電磁閥故障時，操作人員可通過先關閉20PS-2放氣手動閥，再打開20PS-1旁路手動閥，使得天然氣速斷閥后放散閥（VA13-18）手動關閉，確保兩個電磁閥同時失效時，仍可操作手動閥來關閉放散閥，使得安全性、可靠性得到提高。

5? 結束語

我廠天然氣速斷閥后放散閥（VA13-18）控制電磁閥在技術改造后，經運行未出現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，同時將該技術改造的成功案例應用于我廠天然氣速斷閥及調壓站緊急關斷閥（ESD）中。技術改造方案實施方便、耗時少、成本低提高了閥門的可靠性，確保機組安全運行，減少發電廠的經濟損失，希望能夠對同類型機組的電廠有一定的幫助。

參考文獻：

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

[2]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.

[3]丁建軍，武海南，馮鵬飛.9FA燃機燃氣壓力低遮斷原因分析及處理[J].浙江電力，2017，36（6）：72-75.