9E燃氣輪機運行故障的分析與處理

摘要：隨著國家對環境問題的重視和中國能源結構的改變，高效率，排放環保的燃氣輪機天然氣發電，逐漸成為主流的發電方式。燃氣輪機具有占地少，變負荷靈活，供電可靠性高等優點。同時能利用其余熱進行供熱，具有良好的能源效益，環境效益，社會效益。本文就9E燃機出現的一些運行故障，進行詳細分析，提出相應的處理方案。

關鍵詞：9E燃氣輪機;運行故障;處理措施

0 ?引言

9E燃氣輪機是一種以空氣為和燃氣為介質，空氣通過壓氣機送往燃燒室和燃料噴嘴噴入的燃氣混合燃燒，形成高溫，高壓的燃氣。通過透平噴嘴和動葉膨脹做功，推動透平轉子帶動壓氣機和發電機轉子一起高速旋轉，實現了氣體燃料的化學能轉化為機械功，并輸出電功。做功后燃氣輪機排氣可以引入余熱鍋爐，由余熱鍋爐產生的蒸汽帶動汽輪機進行發電和供熱，實現能源的高效、綜合利用。

本文就燃氣輪機運行中事故的處理原則、常見的運行故障，解決方案等進行了闡述，為燃氣輪機發電機組的穩定運行提供經驗。

1 ?燃氣輪機故障及事故的處理原則

在燃氣輪機運行過程中，機組出現故障，運行人員應該遵循以下處理原則：

首先，值班人員應迅速定位異常發生位置，根據運行規程和相關數據參數及時判斷和分析，迅速的找準故障發生原因，并及時處理。如果判斷故障相對嚴重時，應按規程及時停機，防止事故的進一步發展和擴大。

其次，在事故停機過程中，應著重監視燃機的排氣溫度，滑油油回油溫度，輪間溫度，以及各軸承振動是否在正常值，機組缸體有無摩擦聲等。

最后，在機組發生故障時，應及時保存事故發生時，停機前后的運行數據，報警信息，運行曲線，記錄事故發生時的主要現象。并會同各專業進行事故總結分析，避免將來出現同樣的問題。

2 ?燃氣輪機運行故障的分析與處理措施

2.1 壓氣機喘振現象

壓氣機是燃機重要部件，它的作用是在透平的拖動下高速旋轉，連續不斷的壓縮空氣，并將升壓和升溫的空氣送入燃燒室參與燃燒與冷卻。

由于葉輪的旋轉做功，使壓氣機后端流量容易堵塞，進氣端進氣量不夠。空氣流量出現波動，氣流會沿壓氣機軸線方向產生低頻率和高振幅的振蕩，這種現象稱為喘振。

從壓氣機的特性曲線可以看出，當進壓氣機的空氣流量減小，運行工況點進入了喘振邊界線的左側區，就會產生喘振。

喘振現象主要發生在機組啟動和停機過程中，其主要產生原因有：①偏離工況的設計。當進氣流量減少到一定數量時，壓氣機旋轉速度降低，喘振邊界線需計算準確。②防喘閥出故障沒有打開。在機組啟機、停機過程中，壓氣機內部的壓力和空氣流量波動比較大，防喘閥打開，調節壓氣進出流量，可以防止出現喘振現象。③壓氣機進內部動靜葉結垢，異物堵塞氣體通道等，會使壓氣機通流氣體積減少，容易引起喘振。④進氣IGV導葉不動作或動作角度和設定值偏差，就容易導致壓氣機進氣流量減少，引起喘振。

當機組出現喘振現象時，如果防喘閥不能及時打開，應緊急停機，避免壓氣機葉片等燃機部件造成重大損傷。平時運行維護時，可對防喘閥進行氣動校驗，定期對壓氣機進行水洗等工作。

2.2 燃氣輪機在啟動時出現“熱懸掛”現象

燃機的燃料控制包括啟動控制、加速控制，溫度控制，轉速控制等，每種控制方式有其對應的燃料行程基準FSR。燃機啟動時FSRSU是最小值，并以0.05%FSR/S速率增加，燃機轉速上升，排氣溫度不斷上升，達到560℃左右時，燃機進入溫度控制。為了減少燃機在高溫下運行，此時燃料行程基準FSR會降低燃料供應，FSR不斷降低，這樣燃機就沒有足夠的燃料來滿足燃機升速。在排氣溫度居高不下，而燃機轉速停止升速，就會出現熱懸掛現象，導致啟機不成功。

“熱懸掛”出現的原因及處理措施有：

①燃機啟動設備問題：

1）啟動電機出力不夠、無法達到燃機設定轉速。2）液力變扭器出現故障，無法將啟動電機的力矩傳給燃機轉子、導致燃機無法升速。3）啟動離合器故障，在燃機沒有達到自轉轉速時，離合器就提前脫扣，燃機轉速提升緩慢。4）輔助齒輪箱故障，傳動效率低。這些設備的故障都可能導致燃機轉速上不去，在溫控狀態下出現啟動失敗。平時運行時可通過MARK盤觀察各設備的運行參數的變化，定期進行設備維護，提前發現問題。

②燃機通流系統問題：

透平和壓氣機效率降低的影響，隨著機組運行時間增加，通流部分，如壓氣機葉片的積垢、腐蝕，磨損等，使壓氣機的做功能力下降，同樣的燃料FSR控制下，轉速升不上去。必要時進行水洗，不定期的對通流系統葉片進行孔探，發現問題時需及時處理。

③燃機MARK盤控制系統問題：

MARK盤控制邏輯出現問題時，會導致燃料供給與轉速不符，燃料供給系統出現異常，以及各控制系統沒有按邏輯進行燃機啟動，導致啟動失敗。

平時需要對控制系統進行安全維護，不能隨意改動相關邏輯。

2.3 燃機擦缸現象

在燃機高負荷運行停機盤車過程中，經常會出現擦缸現象，主要是因為燃氣輪機為了追求壓氣機較高的性能，動靜葉頂部的間隙設計盡可能的小，以及輪機艙室溫度場不均勻，熱應力不均勻，氣缸形變不對稱等，導致壓氣機動葉片與氣缸之間摩擦，甚至還會出現刮停盤車故障。

運行人員應當密切監視，監聽缸體內是否異響。處理建議如下：

①檢查燃機罩殼各艙室密封情況，除了輔機端部的進風口，其它位置不應該有冷風進入。

②在燃機停機盤車冷卻階段，不可以敞開各艙室的門，即使是巡視也要及時關門。

停機過程中，在發停機命令后，可以嘗試手動關閉88BT風機，以減小溫度場不均勻。

③燃機停機后，可對壓氣機進行孔探，排除葉片的損傷情況。

2.4 燃機熱通道部件的損傷現象

熱通道部件是燃機最核心的部分，主要包含燃燒室里的燃料噴嘴、火焰筒、過渡段、聯焰管和火花塞組件等，以及透平噴嘴、復環和透平葉片這些承接燃氣通流的高溫部件。這些部件在高溫高壓的環境下運行，經常會出現損傷。

圖2為透平一級噴嘴貫穿裂紋和燃料一級、二級燃料噴嘴出現燒損現象。

根據圖2所示損傷情況，分析熱通道部件裂紋產生的原因：

①透平一級噴嘴工作在1000多攝氏度的環境中，承受熱應力最大，容易產生熱疲勞，穩態蠕變等而導致裂紋的產生。需送生產廠家修理。

②燃料一級噴嘴燒損主要是因為，天然氣和一次空氣在火焰筒中混合燃燒產生高溫燃氣，由于混合時間短，混合不充分，靠近燃燒室一側溫度場存在不均勻，而導致燃料一級噴嘴容易燒損。

③燃料二級噴嘴燒損，經過對燒損金屬進行金相分析，斷面金相沒有發現晶粒長大、晶界氧化和碳化物析出，也沒有觀察到蠕變特征。

經檢查，發現二級噴嘴的冷卻空氣孔出現堵塞，在冷卻不好的情況下，造成了高溫燒損。這種情況，需要對冷卻空氣系統進行檢查，包括冷卻空氣壓力，以及管道內部是否有異物等。

另外在沒有發現二級噴嘴冷卻空氣孔堵塞的情況出現燒損，有可能燃料燃燒不充分，高溫氣流過高導致的燒損。這種情況就需要對燃燒情況進行分析，必要時需做燃燒調整。

熱通道部件檢查建議：

熱通道部件對燃機穩定運行非常重要，因此需制定一定運行周期的檢修計劃，根據GE公司9E燃機的檢修建議如表1。

3 ?總結

在國家鼓勵發展燃氣輪機聯合循環熱電聯供機組的背景下，燃氣輪機機組的穩定運行顯得尤為重要。本文講述了部分燃氣輪機運行的故障分析，而燃氣輪機是非常復雜的系統，平常機組運行中會出現不同的燃氣輪機故障和事故。我們需全面的了解燃氣輪機的結構，運行原理，掌握并積累平時運行時處理故障的經驗。做好機組日常的運行維護工作，做好檢修計劃，備件計劃等，為燃氣輪機發電機機組的安全穩定運行提供保障。

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作者簡介：殷高飛（1976-），男，貴州鎮遠人，本科，技術人員，工程師，從事燃氣輪和汽輪機生產制造以及技術服務工作。