索拉燃氣輪機燃料切換失敗的原因分析

姜志偉

摘? 要：以焦爐煤氣為工作介質的小型發電用索拉燃機，經過長期運行后，機組燃料系統中的主燃料閥容易出先閥門泄漏的情況，從而使得機組全速后，由液體燃料向氣體燃料切換不成功的現象發生。針對這種現象簡單的進行分析后，就可以有針對性的應對這種情況的發生。

關鍵詞：索拉大力神130;主燃料閥;結晶;燃料切換

中圖分類號：TK478? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.123

以焦爐煤氣為工作介質的索拉大力神130型燃氣輪機機組啟動時，由盤車轉速利用液體燃料即柴油點火升速至全轉速后須切換燃料運行模式，將液體燃料柴油切換至氣體燃料焦爐煤氣、在切換燃料時因機組啟停次數的增加及燃料成份的變化會導致燃料切換失敗的事件發生。

一、事發經過

燃料切換時由運行人員人為干預，選擇“選定燃氣”按鈕、此時程序進入燃氣閥序列檢測階段（燃氣閥檢測所用時間共計25秒）。由壓氣機第七級引氣過來的高壓空氣開始對燃氣環管、燃氣分配管、主燃料閥后煤氣管道進行正方向吹掃，由壓氣機排氣過來的高壓高溫空氣對防喘放泄閥、反吹閥進行反方向吹掃，吹掃結束后主燃料閥EGF388-1、EGF388-2始終是關閉的、目的是為了保證燃料閥后的壓力是壓氣機出口壓力這樣就能確定主燃料閥閥門不漏氣。在主燃料閥后分別有四個壓力測點分別是：TP389-1、TP389-2、TP389-3、TP389-4，這四個測點正常運行時分別測量#1（EGF388-1）、#2（EGF388-2）主燃料閥出口煤氣壓力，煤氣壓力約為2100kpa左右，吹掃檢測時這四塊壓力測點檢測的是高壓空氣壓力、為了是檢測#1、#2主燃料閥不泄露。若燃料閥檢測時，主燃料閥內漏，則會使TP389-1、TP389-2、TP389-3、TP389-4四個壓力測點檢測的煤氣壓力持續上升，TP389燃料閥前進氣壓力總表壓力持續下降，從而導致切氣失敗。

二、燃料切換時失敗的原因

索拉大力神130型燃氣輪機（以焦爐煤氣為工作介質）所使用的氣體燃料為多種混合物為主體的由焦化爐煉制焦炭產生的煙氣又稱為焦爐煤氣、焦爐煤氣又稱焦爐氣是指用幾種煙煤配制成煉焦用煤，在煉焦爐中經過高溫干餾后，在產出焦炭焦和焦油產品的同時所產生的一種可燃性氣體，是煉焦工業的副產品。焦爐氣是混合物，其主要成分為氫氣（55%～60%）和甲烷（23%～27%），另外還含有少量的一氧化碳（5%～8%）、C2以上不飽和烴（2%～4%）、二氧化碳（1.5%～3%）、氧氣、 （0.3%～0.8%））、氮氣（3%～7%）。其中氫氣、甲烷、一氧化碳、C2以上不飽和烴為可燃組分，二氧化碳、氮氣、氧氣為不可燃組分。焦爐煤氣也有極端有害的污染物包括：煤焦油、輕油蒸汽（芳烴）、苯、甲苯和二甲苯（BTX）、萘蒸氣、氨氣、硫化氫氣體、氰化氫氣體以及從焦爐煤氣直接與冷卻水生成的碳酸鈣。由此可知煤氣經過壓縮冷卻后經過各級煤氣過濾器的分離將煤氣中的液體排污后，煤氣中含有的輕油蒸汽（芳烴）即奈成份在低于其升華溫度時由于依附在煤氣管道、燃料閥進氣室、放空管管道的煤氣流動速度過慢或者長時間不流動發生本質的變化即由氣態凝結為固態使得主燃料閥閥芯室的閥碟本體上凝結一層或多層的結晶體。

焦爐煤氣中的萘晶體結晶后緊緊的依附在燃料閥機械部分的閥碟上，使得閥室與閥碟之間產生了一定的間隙，這樣就使得燃料閥內漏，從而在燃料閥檢測時燃料閥前的壓力陸續漏入燃料閥后的煤氣管道中。

上述情況也會導致吹掃放空管道被堵塞管道內部停機時的殘留煤氣無法完全放凈，致使燃機燃料切換失敗。失敗時報警代碼分別為：

AL-Gas-Fuel-Valve-Low-Pressure-Check-Failure氣體燃料閥低壓力檢測失敗、AL-Gas-Press-Low-Transfer-To-Liquid即因燃氣壓力低無法切換至燃氣，切至燃油運行。在燃料閥檢測時由于奈晶體的存在使得壓力檢測表計無法正確的檢測到煤氣壓力，由圖一可知TP389-1、TP389-2、TP389-3、TP389-4為燃氣閥后煤氣管檢測壓力變送器。這四塊壓力變送器顯示壓力過低時會使程序默認為煤氣壓力不足以滿足燃氣透平使用的內能轉化為機械能的功率所以切氣失敗。這種情況下須將機組停運后檢測燃機箱體內部關斷閥、燃料閥、吹掃閥之間的所有設備。將煤氣管線上沿線的管道設備拆下檢查清洗，尤其對奈晶體附著嚴重的管線及閥芯處，利用高濃度清洗劑先期浸泡、將已經形成的結晶軟化后利用高壓水槍進行清洗。清洗結束后按照逐步恢復安裝上拆除設備，并利用logix5000控制系統進行必要的閥門檢測，若閥門活動正常靈活后方可重新開機，閥門活動共進行六個步驟，分別對10%開度行程、25%開度行程、50%開度行程、75%開度行程、100%開度行程、0%開度行程，每個開度到位時都利用壓縮空氣進行試壓，如果燃料閥閥碟清洗干凈無殘留時，燃料閥在每個開度時都會動作的很靈敏，只有在100%開度時會出現閥門開度不到位或者閥門卡澀的情況，這種情況是因為閥門與閥體之間的間隙已經到極限，為了留有一定的緩沖閥碟是一種碟狀的不平衡表面，所以在100%開度行程時反饋實際位置并不是100%，但也接近100%，而且索拉燃機維護手冊中強調禁止在運行中燃料閥全開。

為了滿足燃料切換時安全可靠的運行，索拉燃機在煤氣主燃料閥前后分別加裝了壓差變送器（如圖1），這兩塊壓差變送器是為了檢測燃料閥前后的壓力差，當前后兩塊壓差變送器的差值超過700kpa時，燃料無法切換，出現壓差時有兩種情況一種是因為壓差變送器探測頭處測量孔被堵塞而不能檢測氣體壓力另一種是因為變送器損壞須更換而引起。針對變送器測點堵塞的情況須根據堵塞物進行分析。例如煤焦油的堵塞、萘晶體的堵塞等。針對煤焦油的堵塞的現象我們日常工作時針對煤氣旋風過濾器定時定量的進行排污、目的是為了將煤氣中含有的水份排出，減少煤氣攜帶的水份含量使得壓力測點能更好的測量清潔煤氣。對于奈晶體的形成可提高煤氣溫度，使煤氣溫度高于奈結晶的溫度，但要保證不超過索拉規定值101.3℃。

三、結語

索拉大力神130型燃氣輪機在利用焦爐煤氣為工作介質的時候很容易引起上述情況，對于煤氣中含有的其它雜質而引起的跳機、停機現象時有發生，根本原因在煤氣的質量，如何控制煤氣的清潔程度才是現有COG（焦爐煤氣發電）行業急需解決的重點問題。

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