王小江（福建能源集團(tuán)晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 晉江 362251）

GE 9FA燃機(jī)電廠清吹系統(tǒng)典型故障及防范

王小江（福建能源集團(tuán)晉江天然氣發(fā)電有限公司，福建 晉江 362251）

本文介紹了GE 9FA清吹系統(tǒng)典型熱工故障類型，分析其故障原因并制定相關(guān)防范措施。通過大量的實(shí)施實(shí)例，介紹了近年來某電廠采取的設(shè)備改進(jìn)、邏輯優(yōu)化等技術(shù)改造工作，為防范清吹系統(tǒng)故障提供多種思路。采取技術(shù)改進(jìn)措施后，極大提高燃機(jī)清吹系統(tǒng)穩(wěn)定性，有利于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

清吹閥；保護(hù)；改造；優(yōu)化

1 引言

GE 9FA燃機(jī)采用干式低氮燃燒的DLN2.0+燃燒系統(tǒng)，燃燒器由擴(kuò)散燃燒通道D5、預(yù)混燃燒通道PM4、預(yù)混燃燒通道PM1。機(jī)組啟動(dòng)至滿負(fù)荷過程中，燃燒室通過多種配氣模式組成各種燃燒模式。

當(dāng)燃機(jī)燃燒進(jìn)入預(yù)混階段，燃?xì)馇宕迪到y(tǒng)將壓氣機(jī)排氣對(duì)D5燃燒器及管道進(jìn)行大流量清吹。當(dāng)燃燒方式在擴(kuò)散燃燒時(shí)，則將提供小流量空氣對(duì)PM4燃燒器及管道連續(xù)進(jìn)行清吹，以便將燃燒器及管道中的剩余燃?xì)馇宕档?。?dāng)所有燃燒器燃燒時(shí)，清吹系統(tǒng)是不工作的。每路燃?xì)饽腹茉诓惠斔腿剂系臅r(shí)候都要清吹。如正常運(yùn)行中燃料控制閥關(guān)閉，燃?xì)夤苈窙]有天然氣流量時(shí)，清吹系統(tǒng)可以維持一定的壓氣機(jī)排氣流量通過燃料噴嘴通道。如果沒有進(jìn)行必須的清吹，有可能損壞燃燒系統(tǒng)的部件。在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)，氣體清吹系統(tǒng)也用來為尚未投用的總管提供可靠的吹掃。清吹壓力必需足夠大以防止通過噴嘴的燃料回流，防止在燃料噴嘴以及燃燒室之間的來回干擾。

由于清吹系統(tǒng)對(duì)燃機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行起到重要作用，本文就清吹系統(tǒng)典型故障類型和熱工方面如何提高可靠性進(jìn)行闡述。

2 清吹閥電磁閥移位改造

某電廠投產(chǎn)以來，由于燃料模塊氣動(dòng)閥清吹閥問題，導(dǎo)致機(jī)組多次啟動(dòng)失敗，機(jī)組燃燒模式多次不能正常切換以及機(jī)組在燃燒模式切換的過程中發(fā)生機(jī)組跳閘的情況也時(shí)有發(fā)生，對(duì)機(jī)組的使用壽命和電網(wǎng)負(fù)荷的穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

清吹閥電磁閥使用的是知名品牌ASCO電磁閥，電磁閥設(shè)計(jì)壽命可達(dá)動(dòng)作上萬次以上。在每次出現(xiàn)閥門開啟或關(guān)閉故障時(shí)，檢查電磁閥均未發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象。為檢驗(yàn)電磁閥的工作性能，設(shè)計(jì)了電磁閥試驗(yàn)臺(tái)與測(cè)試邏輯。將待試驗(yàn)性能的電磁閥裝在試驗(yàn)臺(tái)上，接上儀用氣源，點(diǎn)擊試驗(yàn)開始按鈕后，電磁閥可按預(yù)先設(shè)置的次數(shù)進(jìn)行動(dòng)作，通過監(jiān)視閥前和閥后壓力來對(duì)電磁閥動(dòng)作性能進(jìn)行判斷。

防范措施：電磁閥由于安裝在燃料模塊氣動(dòng)閥門旁邊，而這些閥門所處的燃料模塊空間在機(jī)組正常運(yùn)行中的環(huán)境溫度比較高，有可能導(dǎo)致電磁閥密封圈過早老化，電磁閥漏氣使閥門不能正常動(dòng)作。為有效避免電磁閥密封圈失效，提高閥門的正常動(dòng)作率，將燃料小間所有氣動(dòng)閥門的電磁閥移出燃料小間并重新進(jìn)行布置。同時(shí)由于燃料模塊空間有限，每次發(fā)生異常情況后，更換電磁閥極為不方便，經(jīng)過移位后，更換電磁閥的時(shí)間在幾分鐘內(nèi)就可以完成，為機(jī)組盡快并網(wǎng)贏得了時(shí)間。移位改造示意圖如圖1所示。

圖1 電磁閥移位改造示意圖

移位改造內(nèi)容：將燃料小間輔助關(guān)斷閥、清吹閥、排空閥電磁閥移出燃料小間布置；儀用空氣由儀用氣母管引來，用2"不銹鋼管作為分支母管，母管設(shè)有壓力表，對(duì)母管儀用氣進(jìn)行監(jiān)視，并設(shè)有排放閥，可定期對(duì)分支母管進(jìn)行排污；電磁閥閥前有氣源隔離閥，電磁閥閥后裝配儀表閥和壓力表，可對(duì)電磁閥閥后壓力進(jìn)行監(jiān)視。為提高儀用空氣品質(zhì)，還可在儀用空氣母管增加除油除水過濾器。

3 清吹閥動(dòng)作時(shí)間監(jiān)測(cè)

GE技術(shù)規(guī)范中規(guī)定了清吹閥的開關(guān)時(shí)間要求，閥門打開時(shí)間在35±5秒，關(guān)閉時(shí)間根據(jù)彈簧關(guān)力矩的不同略有不同，一般在2秒以內(nèi)。當(dāng)閥門出現(xiàn)卡澀或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)在閥門的開關(guān)時(shí)間上提前反應(yīng)出來，所以監(jiān)視閥門動(dòng)作時(shí)間非常有必要。圖2為MARKVI清吹閥門動(dòng)作時(shí)間監(jiān)視畫面。

圖2 MARKVI清吹閥門動(dòng)作時(shí)間監(jiān)視畫面

監(jiān)視畫面相關(guān)時(shí)間的詳細(xì)描述：

（1）清吹閥VA13-1開關(guān)時(shí)間

動(dòng)作過程：燃燒模式由PPM上切至PM時(shí)，VA13-1閥打開。燃燒模式由PM下切至PPM時(shí)，VA13-1閥關(guān)閉。

（2）清吹閥VA13-2開關(guān)時(shí)間

動(dòng)作過程：燃燒模式由PPM上切至PM時(shí)，VA13-2閥打開。燃燒模式由PM下切至PPM時(shí)，VA13-2閥關(guān)閉。

（3）清吹閥VA13-5開關(guān)時(shí)間

動(dòng)作過程：?jiǎn)C(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)速到14HM，VA13-5閥打開，燃燒模式由sPPM上切至PPM時(shí)，VA13-5閥關(guān)閉。停機(jī)時(shí)， 燃燒模式由PPM下切至sPPM時(shí)，VA13-5閥打開，轉(zhuǎn)速低于14HT時(shí)關(guān)閉。

（4）清吹閥VA13-6開關(guān)時(shí)間

動(dòng)作過程：?jiǎn)C(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)速到14HM，VA13-6閥打開，燃燒模式由sPPM上切至PPM時(shí)，VA13-6閥關(guān)閉。停機(jī)時(shí)，燃燒模式由PPM下切至sPPM時(shí)，VA13-6閥打開；轉(zhuǎn)速低于14HT時(shí)關(guān)閉。

閥門動(dòng)作時(shí)間復(fù)位有兩種方式：當(dāng)點(diǎn)擊“START”進(jìn)行機(jī)組啟動(dòng)時(shí)；當(dāng)點(diǎn)擊GAS PURGE畫面的RESET TIMERS按鈕時(shí)。

4 清吹控制閥位置反饋改造

某電廠清吹控制閥VA13-1、5、6位置開關(guān)采用TOPWORX品牌Valvetop DXP M系列位置反饋裝置，該裝置配置有兩個(gè)微動(dòng)開關(guān)，當(dāng)閥門開啟或關(guān)閉過程中，通過轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)凸輪使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，向控制系統(tǒng)發(fā)送閥門全開信號(hào)和全關(guān)信號(hào)。

實(shí)際使用過程中，屢次發(fā)生閥門無全開或全關(guān)信號(hào)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致了機(jī)組跳閘。發(fā)生故障時(shí)，檢查閥門位置反饋裝置，發(fā)現(xiàn)凸輪未頂住微動(dòng)開關(guān)，沒有達(dá)到微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作值，導(dǎo)致位置無反饋。分析認(rèn)為該類型位置反饋裝置為機(jī)械式微動(dòng)開關(guān)型式，在長期使用過程中，由于閥門振動(dòng)、環(huán)境高溫、轉(zhuǎn)軸機(jī)械磨損、凸輪與微動(dòng)開關(guān)接觸面積等綜合因素影響，不可避免出現(xiàn)信號(hào)反饋異常的現(xiàn)象。

為解決存在的閥門反饋裝置問題，采用了該品牌 L系列的位置反饋裝置。該系列裝置配置兩個(gè)單刀雙擲的GO SWITCH接近開關(guān)，為一體式不銹鋼外殼，觸點(diǎn)完全密封，適合防爆場(chǎng)合和本案要求，可防止機(jī)械傳動(dòng)等原因引起的信號(hào)異常。

改造效果：在對(duì)反饋裝置進(jìn)行改造后，閥門位置信號(hào)檢測(cè)正常、穩(wěn)定。如果對(duì)信號(hào)檢測(cè)要求高的話，L系列反饋裝置還可配置4個(gè)雙刀雙擲的接近開關(guān)，滿足全開、全關(guān)信號(hào)的三冗余要求。

5 清吹調(diào)節(jié)閥位置反饋改造

清吹調(diào)節(jié)閥VA13-2位置反饋裝置與清吹控制閥VA13-1、5、6的品牌一樣，所不同的是它配置了4個(gè)微動(dòng)開關(guān)，作為閥門行程位置的監(jiān)視手段。

GE公司設(shè)計(jì)清吹調(diào)節(jié)閥VA13-2有4個(gè)位置信號(hào)的目的是為了監(jiān)視清吹調(diào)節(jié)閥定位器是否工作正常，其閥門開度是否在設(shè)計(jì)開度范圍之內(nèi)，一旦閥門的開度超越相應(yīng)微動(dòng)開關(guān)的設(shè)定值，會(huì)引起燃燒預(yù)混閉鎖、自動(dòng)停機(jī)、跳機(jī)等安全事故。

投產(chǎn)以來，燃機(jī)在燃燒模式從PPM切換至PM時(shí)，多次發(fā)生預(yù)混閉鎖，無法成功切換。在燃燒模式切換時(shí)，清吹調(diào)節(jié)閥VA13-2需從全關(guān)位置開啟至50%行程進(jìn)行短時(shí)間清吹，而后關(guān)閉至正常運(yùn)行的行程（一般在15%~30%行程），在關(guān)閉的過程中，觸發(fā)了最小位置L33PG2-1信號(hào)，導(dǎo)致預(yù)混閉鎖，無法完成燃燒模式切換。檢查反饋裝置的最小位置微動(dòng)開關(guān)，未發(fā)現(xiàn)異常，但由于最小位置微動(dòng)開關(guān)行程設(shè)置區(qū)間很小，一般在8%~12%之間，無法精確調(diào)整。

由于機(jī)械式反饋裝置精度不高，主要從提高閥門行程精確度方面進(jìn)行改造。采用的是ROSEMOUNT 333U HART通訊模塊，可將閥門智能定位器DVC6000中閥門行程信息通過HART協(xié)議進(jìn)行讀取，并將HART信號(hào)轉(zhuǎn)化為4~20mA的模擬量信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)傳。閥門的實(shí)時(shí)模擬量行程信號(hào)進(jìn)入MARKVI邏輯，經(jīng)過比較模塊判斷后將最小位置行程信號(hào)取代，并在畫面顯示閥門實(shí)時(shí)行程。改造后，再也沒有出現(xiàn)燃燒模式切換失敗的現(xiàn)象。

6 清吹閥間壓力檢測(cè)優(yōu)化

6.1 清吹閥間增加壓力監(jiān)視點(diǎn)

清吹閥發(fā)生泄漏時(shí)無監(jiān)測(cè)手段，一旦清吹閥泄漏量大可能造成燃機(jī)燃燒切換失敗跳機(jī)等事故。增加清吹閥與閥之間的壓力監(jiān)視點(diǎn)，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)清吹閥的泄漏，及時(shí)更換清吹閥，減少跳機(jī)事故的發(fā)生。

某電廠在清吹閥VA13-1和VA13-2，VA13-5和VA13-6之間各增加了壓力表和壓力變送器，壓力變送器遠(yuǎn)傳至MARKVI畫面顯示，并進(jìn)入歷史趨勢(shì)和泄漏壓力高聲光報(bào)警。

增加壓力監(jiān)視點(diǎn)如圖3所示。

圖3 清吹閥間壓力監(jiān)視示意圖

6.2 清吹閥間壓力開關(guān)改造

某電廠清吹閥間壓力開關(guān)采用ITT品牌壓力開關(guān)，機(jī)組投產(chǎn)以來時(shí)不時(shí)出現(xiàn)壓力開關(guān)高報(bào)警信號(hào)，誤認(rèn)為清吹閥存在泄漏情況。分析認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)使用的壓力開關(guān)為一體式，通過檢測(cè)阻值來判斷壓力開關(guān)是否動(dòng)作，而壓力開關(guān)使用年限久，存在不同程度的內(nèi)阻增大的問題，阻值增大，影響壓力開關(guān)動(dòng)作值的判斷。

將該品牌壓力開關(guān)更換為SOR隔爆型機(jī)械式壓力開關(guān)后，再也沒出現(xiàn)壓力開關(guān)誤報(bào)警的情況。

7 增設(shè)清吹閥動(dòng)作測(cè)試按鈕

燃機(jī)電廠一般作為調(diào)峰機(jī)組，一旦停機(jī)備用時(shí)間長時(shí)，閥門的可靠性高低對(duì)機(jī)組啟動(dòng)成功率有著至關(guān)重要的作用。通過冷態(tài)開機(jī)前的閥門活動(dòng)試驗(yàn)，可提前發(fā)現(xiàn)閥門卡澀或執(zhí)行機(jī)構(gòu)問題，及時(shí)進(jìn)行處理。

某電廠在MARKVI畫面增加D5、PM4清吹通道閥門測(cè)試按鈕和復(fù)位按鈕及相關(guān)測(cè)試邏輯。當(dāng)TEST按鈕按下時(shí)，D5、PM4的清吹閥和排空閥進(jìn)行動(dòng)作，通過閥門開啟時(shí)間可判斷閥門是否動(dòng)作正常。當(dāng)RETEST按鈕按下時(shí)，D5、PM4的清吹閥和排空閥恢復(fù)到原來狀態(tài)，通過閥門關(guān)閉時(shí)間可判斷閥門是否動(dòng)作正常。

同時(shí)，為了機(jī)組運(yùn)行時(shí)閥門測(cè)試按鈕被誤按下，將按鈕進(jìn)行有條件隱藏，邏輯條件為L4等于0。

8 結(jié)語

作為兩班制調(diào)峰運(yùn)行機(jī)組，啟機(jī)和停機(jī)較頻繁，對(duì)設(shè)備可靠性提出了較高的要求。作為檢修維護(hù)人員，必須對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行深入地分析，采取有效的防范措施和對(duì)存在的設(shè)備問題進(jìn)行解決，才能有效保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)點(diǎn)檢人員和運(yùn)行人員需加強(qiáng)日常的點(diǎn)檢和監(jiān)視，切實(shí)落實(shí)設(shè)備定期檢查、維護(hù)和試驗(yàn)工作，才能真正地提高電廠設(shè)備管理水平。

[1] 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)/章素華主編[M]. 北京: 中國電力出版社, 2012.

Typical Faults and Prevention of GE 9FA Gas Turbine Power Plant Gas Purge System

This paper introduces the typical thermal fault types of the GE 9FA purging system, analyses the fault reason and formulate relevant preventive measures. Through the implementation of a large number of examples, the paper also introduces the recent technical innovation about the equipment improvement and logic optimization at any power plant, which provides a variety of ideas for preventing the fault of blowing system. After taking these measures, the stability of the combustion engine purging system is greatly improved, this is good for the safe and stable operation of the unit.

Purge valve; Protection; Transformation; Optimization

王小江（1979-），男，福建泉州人，工程師，本科，現(xiàn)就職于福建能源集團(tuán)晉江天然氣發(fā)電有限公司，主要從事大型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組熱工技術(shù)管理方面的工作。

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1003-0492(2015)04-0079-03

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