李德兵

(福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 晉江 362251)

福建晉江天然氣發(fā)電有限公司一期工程1號～4號機(jī)組是由哈動公司引進(jìn)GE技術(shù)生產(chǎn)的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，屬于S109FA系列。一套燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組由1臺PG9351FA燃?xì)廨啓C(jī)、1臺D10蒸汽輪機(jī)、1臺390H發(fā)電機(jī)和1臺三壓、再熱余熱鍋爐等組成。燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)在同一軸系運(yùn)行，軸系總長42 m，采用8個(gè)軸承支撐。起動階段機(jī)組將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為同步電機(jī)模式，通過LCI供電驅(qū)動發(fā)電機(jī)帶動整個(gè)軸系轉(zhuǎn)動。4臺機(jī)組于2010年10月全部投產(chǎn)，目前機(jī)組兩班制運(yùn)行［3］。

火焰探測器的冷卻水管道安裝于燃?xì)廨啓C(jī)殼體上方，這就要求冷卻水管道在機(jī)組運(yùn)行時(shí)必須保證嚴(yán)密性，防止火焰探測器冷卻水的泄漏造成燃?xì)廨啓C(jī)殼體的局部收縮。從本文實(shí)例可以看出，加強(qiáng)對火焰探測器冷卻水的維護(hù)，對燃?xì)廨啓C(jī)的安全運(yùn)行具有重要的意義。

1 火焰探測器簡介［2］

火焰探測器為紫外線探測器，通過檢測紫外線輻射來檢測火焰。這種輻射來源于燃燒室碳?xì)浠衔锶剂先紵?，并且比可見光檢測更可靠，在顏色和強(qiáng)度上有明顯不同。火焰探測器A、B、C、D分別安裝在15號、16號、17號、18號燃燒器。每個(gè)火焰探測器最高工作溫度為125℃，要用進(jìn)水溫度為10℃～52℃的冷卻水采用盤旋管進(jìn)行冷卻，每個(gè)傳感器冷卻水流量為 3.8 ～5.7 L/min。

火焰探測器在兩種情況下發(fā)揮作用，一種是在啟動順序中，另一種是在保護(hù)系統(tǒng)中。在一個(gè)正常的啟動順序期間，清吹11 min結(jié)束后，轉(zhuǎn)速下降至399 r/min重新升速至421 r/min時(shí)，4個(gè)火焰探測器中至少2個(gè)在30 s內(nèi)探測到火焰，機(jī)組點(diǎn)火成功，并且允許啟動順序繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行中，如果4個(gè)火焰探測器中3個(gè)或4個(gè)失去火焰，燃料被迅速切斷，這樣避免了在透平和余熱鍋爐可能的爆炸性混合物的積聚。

晉江9FA火焰探測器冷卻水采用閉式循環(huán)冷卻水，閉式循環(huán)冷卻水從冷卻用盤旋管進(jìn)入并帶走火焰探測器所產(chǎn)生的熱量，維持火焰探測器溫度在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，保證火焰探測器的正常工作?；鹧嫣綔y器安裝示意圖見圖1。

2 火焰探測器冷卻水泄漏事件經(jīng)過

8月8日11∶10，機(jī)組負(fù)荷350 MW，3號瓦軸振3X、3Y 為0.043 mm、0.044 mm，1 號瓦軸振1X、1Y 為0.095 mm、0.123 mm，1 號軸向位移 -0.211 mm，2 號軸向位移-0.156 mm，軸向位移突然停止波動(之前一直在波動)，3號瓦軸振3X、3Y，1號瓦軸振1X、1Y開始上漲，1X漲至0.132 mm后開始下降，1Y漲至0.185 mm后開始下降，3X、3Y持續(xù)上漲。申請省調(diào)緊急降負(fù)荷。11∶20負(fù)荷330 MW，3X漲至0.228 mm，3Y 漲至0.11 mm，機(jī)組跳閘。機(jī)組惰走過程中，3X、3Y繼續(xù)上漲，轉(zhuǎn)速431 r/min時(shí)，3Y最高到0.37 mm，3X 最高到0.33 mm。11∶27 轉(zhuǎn)速至零，惰走7 min，盤車投入，盤車電流100 A超量程。此時(shí)機(jī)組現(xiàn)場聽音發(fā)現(xiàn)1號瓦負(fù)荷軸間異常聲音較大，經(jīng)確認(rèn)為燃?xì)廨啓C(jī)動靜部件摩擦聲音。11∶29MarkⅥ控制系統(tǒng)報(bào)盤車電機(jī)馬達(dá)過載告警，盤車跳閘。11∶45檢修盤車投運(yùn)時(shí)，嚙合電機(jī)與盤車主電機(jī)間聯(lián)軸器斷裂，檢修盤車無法投運(yùn)，人工手動盤車。

3 處理過程

軸向位移突然停止波動后，軸振1X、1Y開始上漲，起初懷疑是燃?xì)廨啓C(jī)或汽輪機(jī)靜葉和動葉相對位置發(fā)生了變化，遂派人至汽輪機(jī)各軸瓦處聽音，未見明顯異常，因機(jī)組運(yùn)行中并未進(jìn)入透平間檢查。10 min后機(jī)組跳閘，轉(zhuǎn)速至零后因主盤車及檢修盤車均無法正常投運(yùn)，為避免轉(zhuǎn)子發(fā)生永久性彎曲，集中了全部人員及精力進(jìn)行人工手動盤車，經(jīng)過檢修人員緊急搶修后盤車正常投入，避免了轉(zhuǎn)子發(fā)生永久性彎曲事故。盤車投入后對機(jī)組進(jìn)行全面檢查，進(jìn)入透平間檢查發(fā)現(xiàn)18號燃燒器的火焰探測器D冷卻水管道接口斷裂，冷卻水泄漏至燃?xì)廨啓C(jī)缸體，立即關(guān)閉火焰探測器冷卻水進(jìn)、回水手動隔離閥?；鹧嫣綔y器D冷卻水管道接口斷裂見圖2。

圖2 火焰探測器D冷卻水管道接口斷裂示意圖

火焰探測器冷卻水泄漏至燃?xì)廨啓C(jī)缸體后所產(chǎn)生的溫度梯度會造成燃?xì)廨啓C(jī)動靜部件的摩擦，甚至可能會使部件變形，從而使旋轉(zhuǎn)部件發(fā)生故障。為確認(rèn)壓氣機(jī)及其他部件是否發(fā)生變形等故障，因此機(jī)組停運(yùn)后檢修人員進(jìn)入壓氣機(jī)排氣缸、進(jìn)氣蝸殼等進(jìn)行全面檢查，未見明顯異常，同時(shí)處理火焰探測器D冷卻水管道接口斷裂問題。

8月9日機(jī)組重新啟動，為機(jī)組安全起見及確認(rèn)燃?xì)廨啓C(jī)動靜摩擦所產(chǎn)生的影響，采取新轉(zhuǎn)子首次跑合啟動程序，15∶32啟動條件滿足。發(fā)啟動令，當(dāng)轉(zhuǎn)速至50 r/min，按就地緊急跳閘按鈕，機(jī)組振動及就地聽音無明顯異常。15∶40重發(fā)啟動令，轉(zhuǎn)速至300 r/min，現(xiàn)場振動和聲音無明顯異常，MarkⅥ控制系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)正常。15∶45發(fā)停機(jī)令，惰走時(shí)間較正?？? min。16∶49機(jī)組再次重發(fā)啟動令，選擇“Crank”模式，在699 r/min清吹轉(zhuǎn)速下高速盤車30 min，在確認(rèn)就地振動無異常及MarkⅥ控制系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)正常后轉(zhuǎn)入“AUTO”模式。機(jī)組按正常啟動程序，啟動過程中機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)、振動正常，18∶45負(fù)荷升至280 MW，就地聽音無異常，MarkⅥ控制系統(tǒng)及DCS控制系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)正常。火焰探測器D冷卻水泄漏前后1號瓦和3號瓦軸承振動及軸向位移對比見表1。

從表1的振動對比數(shù)據(jù)上看，因8日燃?xì)廨啓C(jī)動靜部分發(fā)生了輕微摩擦，1X、1Y振動略有上漲，軸振1Y從燃?xì)廨啓C(jī)動靜部件摩擦前最高0.150 mm漲至0.175 mm，軸向位移波動范圍變窄。

8月10日00∶39再次發(fā)現(xiàn)軸向位移停止波動，1Y由0.175 mm突降至0.143 mm，閉式循環(huán)膨脹水箱液位急劇下降，1號軸向位移有擴(kuò)大趨勢，打開透平間發(fā)現(xiàn)火焰探測器D的冷卻水進(jìn)水管道接口再次斷裂，閉式循環(huán)冷卻水泄漏至燃?xì)廨啓C(jī)缸體上，緊急申請省調(diào)降負(fù)荷停機(jī)處理。惰走過程中轉(zhuǎn)速至100 r/min左右，透平間能聽見明顯燃?xì)廨啓C(jī)動靜部件摩擦聲音，當(dāng)轉(zhuǎn)速到50 r/min時(shí)，異常聲音消失。

表1 冷卻水泄漏前后1號瓦和3號瓦軸振及軸向位移對比 單位:mm

8日與10日前后兩次火焰探測器冷卻水泄漏引發(fā)的軸承振動特征相似，即軸向位移停止波動，軸振1X、1Y漲至一定程度時(shí)突然下降，同時(shí)3X、3Y急速上漲。10日盤車投入后，檢修人員更換斷裂火焰探測器D冷卻水管道，處理完畢后機(jī)組再次按正常啟動程序，MarkⅥ控制系統(tǒng)及DCS控制系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)正常。

4 火焰探測器冷卻水泄漏原因及振動分析

4.1 火焰探測器冷卻水泄漏原因分析

火焰探測器出現(xiàn)冷卻水管道接口斷裂，造成冷卻水接口斷裂原因如下［1］:

(1)火焰探測器冷卻水支撐管道未得到妥善支撐，機(jī)組兩班制運(yùn)行時(shí)，啟停機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒模式切換時(shí)振動較大，對支撐部件產(chǎn)生擾動，可能會導(dǎo)致冷卻水管道支撐部件發(fā)生位移，同時(shí)頻繁的啟停，造成支撐部件脫落，致使火焰探測器冷卻水泄漏。

(2)火焰探測器冷卻水管本身已經(jīng)出現(xiàn)損壞、磨損、配件松動等，運(yùn)行時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)振動的擾動，加劇了冷卻水管的磨損。

(3)火焰探測器冷卻水管出現(xiàn)了腐蝕，不合格的閉式循環(huán)冷卻水水質(zhì)對火焰探測器冷卻水管道產(chǎn)生腐蝕。

(4)火焰探測器冷卻水管道焊點(diǎn)出現(xiàn)了損壞，會導(dǎo)致管道剛度降低。

以上幾點(diǎn)均會造成火焰探測器冷卻水管接口斷裂，對于此次冷卻水管道接口斷裂，因機(jī)組投產(chǎn)時(shí)間較短，暫時(shí)未將火焰探測器冷卻水管道的檢查納入定期工作，因此無法完全判斷具體是哪些因素引起，也可能為上述原因共同引起。

除上述原因之外若火焰探測器冷卻盤管出現(xiàn)磨損也會造成潛在的冷卻水泄漏［1］。

4.2 火焰探測器冷卻水泄漏引起軸承振動分析

調(diào)出歷史曲線發(fā)現(xiàn)，閉式循環(huán)膨脹水箱液位在軸振突變前一直平穩(wěn)運(yùn)行，軸向位移突然停止波動后，軸振1X、1Y開始上漲，當(dāng)時(shí)并未注意到閉式循環(huán)膨脹水箱水位的下降，影響了值班員對軸承振動異常情況的判斷，實(shí)際閉式循環(huán)膨脹水箱水位已開始下降，閉式循環(huán)冷卻水已泄漏至燃?xì)廨啓C(jī)缸體。對燃?xì)廨啓C(jī)來說，當(dāng)火焰探測器冷卻水泄漏至燃?xì)廨啓C(jī)缸體時(shí)，缸體一側(cè)被部分冷卻、收縮，熱膨脹量減少，同時(shí)另外一側(cè)燃?xì)廨啓C(jī)膨脹量未變，燃?xì)廨啓C(jī)熱膨脹的變化傳導(dǎo)至燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子，造成1X、1Y振動隨著火焰探測器冷卻水的泄漏時(shí)間逐漸上漲。當(dāng)冷卻水泄漏至一定量時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)熱膨脹量減少至最小，燃?xì)廨啓C(jī)缸體由于部分收縮，造成燃?xì)廨啓C(jī)動靜部分發(fā)生輕微摩擦，破壞整體軸系動平衡。對汽輪機(jī)來說，燃?xì)廨啓C(jī)熱膨脹的收縮變化高于期望值，燃?xì)廨啓C(jī)缸體收縮的變化傳導(dǎo)至汽輪機(jī)，造成軸振3X、3Y急劇上漲，最終導(dǎo)致軸承振動大，機(jī)組跳閘。

5 防范措施

為避免類似事件再次發(fā)生，影響燃?xì)廨啓C(jī)的安全運(yùn)行，采取以下防范措施:

(1)利用機(jī)組調(diào)峰停運(yùn)機(jī)會對火焰探測器冷卻水管道進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，將危險(xiǎn)系數(shù)降至最低。

(2)機(jī)組日常運(yùn)行時(shí)加強(qiáng)閉式循環(huán)冷卻水水質(zhì)的監(jiān)督管理。

(3)對火焰探測器進(jìn)行升級改造，將火焰探測器更換為無冷卻水火焰探測器［4］。

(4)機(jī)組檢修期間加強(qiáng)對火焰探測器的維護(hù)和維修質(zhì)量監(jiān)督，從源頭杜絕此類事件的發(fā)生。

(5)改善燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行工況，積極與電網(wǎng)公司協(xié)調(diào)溝通，盡量減少調(diào)峰運(yùn)行或者改變調(diào)峰運(yùn)行模式。

6 結(jié)語

本文通過對火焰探測器冷卻水泄漏的實(shí)例進(jìn)行分析，表明火焰探測器冷卻水的不正常運(yùn)行會導(dǎo)致潛在的硬件損壞和經(jīng)濟(jì)損失，機(jī)組運(yùn)行時(shí)應(yīng)密切關(guān)注振動的非正常變化，同時(shí)關(guān)注閉式循環(huán)膨脹水箱液位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)生局部的收縮，可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的動靜摩擦，甚至造成不可修復(fù)的損壞，為避免更大的經(jīng)濟(jì)損失及電網(wǎng)考核，本文提出了針對性的防范措施，為燃?xì)廨啓C(jī)的安全運(yùn)行提供一定的借鑒。

［1］ GE.TIL1579R1-turbine compartment water systems maintenance recommendations［Z］.2008:1-2.

［2］ GE.火焰探測器使用和維護(hù)手冊［Z］.2003:15-16.

［3］ 福建晉江天然氣發(fā)電有限公司.集控運(yùn)行規(guī)程［Z］.晉江:福建晉江天然氣發(fā)電有限公司，2011:2-3.

［4］ GE.GT051510Basic.