PG9171E型燃氣輪機停機過程中擦缸異常分析處理

劉 林，華 敏，盧偉明

(1. 浙江浙能技術研究院有限公司，杭州 311121；2. 浙江浙能鎮海發電有限責任公司，浙江 寧波 315200)

1 概述

某廠#1燃氣輪機型號為PG9171E，由美國GE公司設計制造，該機組于1998年投產，至今運行已達20多年，存在燃氣輪機外缸多處變形、透平間溫度異常升高現象。夏季工況下，透平間溫度可達180～190 ℃，機組運行中經常需開啟兩臺透平間冷卻風機(88BT-1/2)，保持透平間內溫度。

2 事件經過

5月17日晚上11:10左右機組正常解列，11:40機組盤車投入，12:20盤車跳閘。跳閘后重新投運盤車，盤車電流晃動，轉速無法穩定，現場有明顯的刮擦聲音。對比該機組5月16日與5月17日盤車時間，發現5月17日惰走時間大約減少7～8 min，且惰走時間減少主要集中在低轉速區，大約在100 r/min以下時轉速下降速率加快。

3 事件分析

由于GE系列燃氣輪機曾發生過多起壓氣機葉片斷裂引發的惡性事故，在葉片斷裂發生后，也會導致脫落葉片卡澀引發的盤車跳閘現象，因此在加強人工手動盤車的同時，先期進行了壓氣機進氣濾網檢查及IGV(進口可轉導葉)入口檢查，透平溫度下降后，同步進行了排氣段檢查和內窺鏡檢查。

各項檢查均未發現明顯異常，消除壓氣機葉片斷裂風險后，進一步分析壓氣機缸體擦缸原因。結合機組結構及運行特點進行了初步分析，認為可能有以下幾方面的原因：

1) 2號瓦損壞，導致油膜不穩，引起惰走時間下降。

2) 結合GE TIL1617技術通報文件，燃氣輪機透平缸與排氣缸發生錯位，燃氣輪機透平缸下沉[1-2]。

3) 缸體冷卻過快，導致缸體與動葉發生動靜摩擦，誘發因素可能為缸體處有火焰檢測器冷卻水泄漏，透平間冷卻風機過度投運或是打開透平間門進行不正常冷卻[3-4]。

3.1 2號瓦損壞引發盤車跳閘

PG9171E型燃氣輪機側共有3道軸承，壓氣機進口為#1軸承(橢圓偏心瓦)，壓氣機排氣缸處為#2軸承(橢圓瓦)，燃氣輪機透平排氣框架處為#3軸承(橢圓瓦)，結構見圖1。同類型機組曾多次發生因2號瓦損壞引發的類似事件。調閱當日運行曲線，檢查1，2，3號瓦瓦溫、潤滑油油溫及振動曲線，潤滑油溫度控制在運行規程范圍內，各道軸瓦溫度均平滑下降，無明顯突變點或上升趨勢。由此認為2號瓦損壞導致的盤車跳閘可能性極低[5]。

圖1 燃氣輪機本體軸承位置圖

3.2 燃氣輪機透平缸與排氣缸發生錯位

根據TIL1617技術通報文件顯示，9E燃氣輪機存在燃氣輪機透平缸與排氣缸錯位，引發3號軸承過載、2號軸承上半瓦與燃氣輪機轉子發生碰磨的可能。

現場檢查燃氣輪機透平缸與排氣缸連接部位，如圖2所示，可見兩缸中分面未對齊，有多個徑向定位插銷脫離原位置，下缸有一個軸向連接螺栓螺母頭部斷裂。

圖2 透平缸與排氣缸結合面

判斷該機組存在較為明顯的缸體錯位，為確定錯位程度，進一步檢查透平三級動葉葉頂六點間隙，判斷是否有缸體變形和下降，估算對透平轉子與缸體的同心度影響及缸體錯位下降程度。通過對比上次檢修測量值，數值無異常，結合2號瓦瓦溫變化程度，認為缸體錯位導致的盤車跳閘可能性也較小。

由于在停機過程中發生較嚴重的刮缸現象，無法判斷對葉片的影響程度，后期進行了開缸檢查，檢查透平部分，葉片無異常。

3.3 缸體與動葉發生動靜摩擦

現場檢查，火焰冷卻器區域閉式冷卻水正常，無泄漏痕跡，缸體表面無過冷情況；調查監控錄像及詢問運行人員，機組停機后運行人員未對透平間內進行過檢查，各道透平間門均在正常關閉狀態。

透平間共安裝有三臺冷卻風機，用于透平間日常冷卻，抽出少量透平間泄漏的可燃氣體。88BT-1/2用于機組正常運行時使用，88BT-3用于機組停機后連續抽吸可能存在的可燃氣體。各風機電壓及功率見表1。

表1 透平間冷卻風機配置

由于機組缸體漏氣嚴重，夏季正常運行期間需保持兩臺透平間冷卻風機(88BT-1AUTO,88BT-2HAND)運行。按照運行操作要求，停機時，需將88BT-2由HAND位置切回AUTO,88BT-2自動停運。88BT-1AUTO位置時，88BT-1停運條件為：

1) 燃氣輪機停機，當TNH≤0.06%SPD(L14HR=1)且透平間溫度低于(105±2)℉(L26BT2L=1)時，L4BTZ1=1，88BT-1停運。在停機期間(L14HR=1)若透平間溫度又升高至(115±5)℉(L26BT2L=0)，88BT-1也不會啟動。(TNH為燃氣輪機透平轉速，SPD為轉速簡寫，燃氣輪機3 000 r/min時定義為100%SPD。)

2) 發生火災時，中間繼電器(45FTX-1=1，52BT-1)失電，88BT-1不允許啟動，已經啟動的自動跳閘(包括HAND位置)。

當TNH≤0.06%SPD，透平間溫度低于(105±2)℉后該風機即刻投入運行。

現場各風機電流表、風機風壓歷史數據記錄顯示，88BT-3處于故障狀態，無法投入運行，當日運行人員在停機過程中，未將88BT-2風機切回AUTO位置，而是一直保持在HAND位置，導致機組盤車投運后，88BT-2一直連續運行，對透平間缸體造成過度冷卻，由此可能造成缸體的動靜碰磨。與停機期間隨意打開透平間門造成的過度冷卻效果類似。

檢查9E燃氣輪機壓氣機間隙標準值，間隙需要控制在0.889～2.159 mm內。壓氣機外缸材質為碳鋼，直徑按2 m計算，若外缸溫度下降100 ℃，則收縮幅度可以達到2.6 mm。由此可見，內外缸若不同步冷卻，就可能導致外缸收縮過快，引起動靜碰磨。

通過上述檢查分析，判斷透平間缸體過度冷卻為造成缸體動靜碰磨的最可能因素，但還需開缸檢查及后期開機驗證。

3.4 開缸檢查結果

由于機組實際已發生動靜碰磨，由于部分內窺鏡探孔無法開啟，導致無法判斷整機內部損傷情況，所以對該機組進行了開缸檢查。檢查結果見圖3，發現壓氣機8/9級動葉葉頂有摩擦痕跡，壓氣機輪盤也有光亮的摩擦痕跡，其余葉片正常。通過對上次大修間隙數據核對，發現8/9級葉片間隙為最小間隙。進一步可以驗證動靜碰磨為壓氣機內外缸不均勻冷卻引發。

圖3 壓氣機轉子碰磨

對壓氣機動葉磨損嚴重的各道葉片重新打磨后機組重新裝復，并對各道間隙進行復測。

3.5 開機驗證

通過比較各項檢查數據，雖然此次停機狀態下盤車跳閘發生了兩次，但是并未對機組后續運行造成不利的影響。通過開缸檢查也證實了這一點，部分葉片雖有動靜碰磨，但也是輕微的，葉輪頂端沒有大的卷曲或磨損，GE公司認為這不會對燃氣輪機運行產生影響。

機組檢修完成后，進行盤車狀態試運、高盤狀態試運，機組各項指標均正常后，機組進行了點火并網試運行，各項指標均無異常，恢復到正常運行狀態。

4 結論及建議

通過規范運行操作，機組已投入運行三個多月，且經歷了多次啟停，均無異常。進一步說明機組停機后，風機的過度投運引發的缸體過度收縮是本次缸體碰磨的根本原因。

結合本次事件對現場燃氣輪機的操作提出以下預防性建議：

(1) 嚴格按照GE操作手冊，規范88BT風機啟停，嚴禁在運行及啟停階段開啟透平間各道出口。

(2) 檢查燃氣輪機透平間火焰探測器上的閉冷水管線，確保無漏點。

(3) 對燃氣輪機各道密封冷卻空氣管線進行檢查，確保無泄漏。

(4) 對燃氣輪機缸體的過度漏氣引發的透平間高溫進行處理，減少由此引發的振動風險。