劉林

（浙江浙能技術(shù)研究院，杭州 310003）

0 引言

某廠#7燃機(jī)型號(hào)為PG9171E，由美國(guó)GE公司設(shè)計(jì)制造，該機(jī)組于1998年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)燃料為重油。在2011年至2012年間，機(jī)組實(shí)施了油改氣（DLN1.0）改造工程。機(jī)組在升負(fù)荷至65MW以上時(shí)，1AO1溫度大于482℃開始報(bào)警，至90MW以上時(shí)，1AO2溫度也大于482℃開始報(bào)警，至基本負(fù)荷（112MW）時(shí)，1AO1溫度穩(wěn)定于630～640℃左右，1AO2溫度穩(wěn)定于530℃左右，兩點(diǎn)溫度均高報(bào)警，并且兩點(diǎn)溫度溫差大報(bào)警。

1 機(jī)組冷卻方式及測(cè)點(diǎn)位置介紹

由于燃機(jī)透平部件均處于高溫環(huán)境下，為確保各高溫部件不被損壞，采用了以下兩種保護(hù)措施：

1）在機(jī)組高溫通道的靜止部分安裝熱電偶，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并設(shè)立超溫報(bào)警。共裝有12個(gè)測(cè)點(diǎn)，如表1所示。

2）通過燃機(jī)本身的壓氣機(jī)排氣及內(nèi)部抽氣回路對(duì)高溫燃?xì)馔ǖ啦考M(jìn)行冷卻，透平部分冷卻結(jié)構(gòu)如圖1所示。

對(duì)整個(gè)透平部件的冷卻分成動(dòng)靜兩條冷卻線路[1]。

動(dòng)葉冷卻回路：壓氣機(jī)16級(jí)處，有一部分空氣由壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子上加工出來的內(nèi)部氣道引入轉(zhuǎn)子軸心處的中心孔道，由中心孔道流出后分別引到第一級(jí)透平葉輪的輪盤后側(cè)面和第二級(jí)透平葉輪的輪盤前側(cè)面以及第二級(jí)透平葉輪的輪盤后側(cè)面；冷卻第一級(jí)透平葉輪的輪后側(cè)面的空氣再去冷卻第一級(jí)動(dòng)葉，冷卻第二級(jí)透平葉輪的輪盤前側(cè)面的空氣再去冷卻第二級(jí)動(dòng)葉。

靜葉冷卻回路：從壓氣機(jī)高壓密封處漏出來的一部分空氣冷卻第一級(jí)透平葉輪的前側(cè)面和第一級(jí)噴嘴的后側(cè)。

壓氣機(jī)排氣通過一級(jí)復(fù)環(huán)孔洞進(jìn)入二級(jí)靜葉持環(huán)，然后經(jīng)過二級(jí)靜葉葉身，在一級(jí)動(dòng)葉后方流出，進(jìn)入主流道，從而保證二級(jí)靜葉的冷卻，并冷卻一級(jí)動(dòng)葉葉根部分，使動(dòng)葉葉柄及葉根部分與主流道高溫?zé)煔飧綦x。

2 首次原因分析及處理

針對(duì)輪間溫度高現(xiàn)象，結(jié)合機(jī)組檢修維護(hù)手冊(cè)[2,3]，分析各種影響因素，初步確定以下幾種原因：

1）熱電偶的位置不正確。

2）熱電偶本身故障。

3）透平的密封磨損。

4）透平的靜子有過度變形。

表1 燃機(jī)輪間溫度測(cè)點(diǎn)表Table 1 Gas turbine wheelspace temperature points table

表2 第一組輪間溫度測(cè)量對(duì)比數(shù)據(jù)Table 2 Comparison of temperature measurement data among the first group round

表3 第二組輪間溫度測(cè)量對(duì)比數(shù)據(jù)Table 3 Comparison of temperature measurement data among the second gr oup round

表4 第三組輪間溫度測(cè)量對(duì)比數(shù)據(jù)Table 4 Comparison of temperature measurement data among the third grou p round

5）燃燒系統(tǒng)故障。

6）外部管路有泄漏。

7）冷卻空氣管路中的節(jié)流出現(xiàn)故障。

圖1 透平部分冷卻結(jié)構(gòu)Fig.1 Cooling structure of Gas turbine

圖2 2013年5月上缸二級(jí)噴嘴密封片情況Fig.2 The situation of upper cylinder’s second stage nozzle seal in 2013.5

圖3 一級(jí)復(fù)環(huán)、一級(jí)動(dòng)葉與二級(jí)噴嘴之間的配合圖(此圖為另一臺(tái)改進(jìn)型的機(jī)組上拍攝的照片)Fig.3 The assembly drawing of first stage shroud,first stage bucket and second stage nozzle

由于機(jī)組剛經(jīng)歷大修，通過對(duì)檢修記錄的查詢，透平本身密封沒有問題，透平靜子完好，未發(fā)現(xiàn)過度變形情況，外部管路檢查未見明顯泄露，燃燒系統(tǒng)為最新部件，經(jīng)過GE公司調(diào)整，無明顯異常。通過上述排查，故障原因基本集中在1、2、7幾個(gè)方面?？紤]報(bào)警時(shí)兩個(gè)熱電偶差值較大，基于對(duì)透平冷卻回路的理解以及其他類似機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，首先考慮熱電偶本身測(cè)量問題以及熱電偶的位置出現(xiàn)偏差。為此進(jìn)行了以下工作：

1）對(duì)這兩只熱電偶進(jìn)行新件更換。

2）熱電偶插入的深度進(jìn)行多次復(fù)測(cè)對(duì)比。

工作后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總結(jié)果如表2所示。

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和GE公司提供的二級(jí)噴嘴溫度場(chǎng)分布圖進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型較為吻合，對(duì)二級(jí)噴嘴的結(jié)構(gòu)與冷卻原理進(jìn)行了分析，并對(duì)熱電偶的安裝情況多次作了檢查與試驗(yàn)對(duì)比，基本驗(yàn)證了二級(jí)噴嘴溫度場(chǎng)的分布。熱電偶經(jīng)更換及插拔后位置到位，熱電偶測(cè)量正常，由此排除熱電偶測(cè)量及位置問題。因此重新回歸到冷卻系統(tǒng)分析，希望通過增加冷卻空氣流量達(dá)到降溫的目的，按照GE公司的分析建議，對(duì)一級(jí)復(fù)環(huán)的17個(gè)定位銷由長(zhǎng)銷改為短銷，以增加至二級(jí)噴嘴的冷卻空氣，但開機(jī)運(yùn)行后，1AO1、1AO2溫度無明顯的變化。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3。

通過上述數(shù)據(jù)表明，整個(gè)二級(jí)噴嘴冷卻回路進(jìn)風(fēng)量已足夠，無法通過增加進(jìn)風(fēng)量來達(dá)到實(shí)際冷卻效果。利用停機(jī)機(jī)會(huì)，對(duì)機(jī)組熱通道通過內(nèi)窺鏡檢查，發(fā)現(xiàn)二級(jí)透平靜葉處有多處密封片損壞現(xiàn)象，決定進(jìn)行開缸檢查。

3 開缸檢查及處理情況

機(jī)組利用檢修機(jī)會(huì)，對(duì)燃機(jī)進(jìn)行了開缸檢查，檢查后發(fā)現(xiàn)以下情況：

1）開缸后發(fā)現(xiàn)二級(jí)噴嘴的密封片有變形，其中#5、#6、#7、#8噴嘴扇段密封片損毀嚴(yán)重（都是位于上半缸輪間溫度相對(duì)較高點(diǎn)的噴嘴，見圖2）。對(duì)下半缸部分二級(jí)噴嘴進(jìn)行檢查，密封片偶有變形，基本正常。同時(shí)由于二級(jí)噴嘴密封片變形將一級(jí)動(dòng)葉相應(yīng)的密封齒磨損了1mm～2mm，此處的通流間隙值已接近上限。

2）一級(jí)復(fù)環(huán)及冷卻通道情況：從現(xiàn)場(chǎng)透平缸吊出后檢查情況看，整個(gè)一級(jí)復(fù)環(huán)的冷卻通道也是暢通的，無堵塞現(xiàn)象。GE技術(shù)人員對(duì)一級(jí)復(fù)環(huán)的定位銷進(jìn)行了檢查，共17個(gè)銷子已改為短銷，其余均為長(zhǎng)銷。

針對(duì)這些情況，說明在二級(jí)噴嘴處確實(shí)存在溫度過高情況，輪間溫度熱電偶測(cè)量數(shù)據(jù)正確反應(yīng)了當(dāng)前的溫度場(chǎng)情況。通過對(duì)GE公司的二級(jí)噴嘴冷卻形式的歷次改進(jìn)情況了解到，目前大多數(shù)機(jī)組已使用了非壓力型設(shè)計(jì)的噴嘴，使用該形式噴嘴可以有較好的冷卻效果。由此決定在本次開缸檢修過程中進(jìn)行更換。

二級(jí)噴嘴更換后，于2013年5月開機(jī)，機(jī)組于70MW時(shí)1AO1溫度高于482℃時(shí)開始報(bào)警，至滿負(fù)荷時(shí)溫度最高可達(dá)575℃。1AO2溫度最高至480℃左右，未超過482℃的報(bào)警值，但一級(jí)后輪間溫度差值大仍報(bào)警。更換二級(jí)噴嘴后，一級(jí)后輪間溫度有明顯下降，1AO1與1AO2溫度比修前有80～90℃的下降，但1AO1溫度仍大大高于報(bào)警值，問題沒有得到根本解決。

4 進(jìn)一步原因分析及處理

分析燃機(jī)整個(gè)靜葉冷卻回路并檢查機(jī)組檢修記錄，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過五萬多小時(shí)的運(yùn)行，一級(jí)復(fù)環(huán)底座從未更換過，只在油改氣大修過程中更換了一級(jí)復(fù)環(huán)的面板（維修件）。

一級(jí)復(fù)環(huán)經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行后，會(huì)出現(xiàn)漏氣情況，如果部分復(fù)環(huán)出現(xiàn)漏氣，則會(huì)引起靜葉冷卻空氣流量下降，輪間溫度升高，而泄露地點(diǎn)的不同，也會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)不同步現(xiàn)象，與目前機(jī)組出現(xiàn)的情況比較吻合。通過論證，決定在下次機(jī)組C修時(shí)對(duì)一級(jí)復(fù)環(huán)進(jìn)行更換。

經(jīng)過一級(jí)復(fù)環(huán)更換，由兩塊式復(fù)環(huán)更改為主流的一塊式復(fù)環(huán)（見圖3），同時(shí)更換了二級(jí)噴嘴及三級(jí)動(dòng)葉，2014年5月#7機(jī)首次開機(jī)。

通過對(duì)比（表4），一級(jí)復(fù)環(huán)更換后，在相同負(fù)荷下，一級(jí)透平后輪間溫度與修前有明顯下降，有50～60℃的溫降，滿負(fù)荷時(shí)一級(jí)透平后輪間溫度最高值510℃/447℃，報(bào)警值為482℃，目前仍有一點(diǎn)溫度高于報(bào)警值，且一級(jí)透平后輪間溫度兩個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度有60℃的溫差，不符合正常運(yùn)行工況?？紤]到隨著運(yùn)行時(shí)間的增加一級(jí)透平后輪間溫度有一個(gè)上升趨勢(shì)，在高溫天氣下，輪間溫度也會(huì)高于目前數(shù)值。因此，在高負(fù)荷情況下，機(jī)組仍在報(bào)警值以上運(yùn)行，會(huì)給設(shè)備帶來安全隱患，影響熱通道及轉(zhuǎn)子的壽命。

5 結(jié)語

通過上述檢查分析，認(rèn)為該廠燃機(jī)透平輪間溫度高的原因基本明確，主要是在冷卻風(fēng)道回路上存在泄露，由此造成了冷卻不均及冷卻流量不足。通過對(duì)一級(jí)復(fù)環(huán)更換，輪間溫度的下降，證實(shí)了這種分析思路。但由于目前仍然存在的一級(jí)后輪間溫度兩點(diǎn)偏差及高負(fù)荷下溫度超限問題，需要進(jìn)一步進(jìn)行冷卻回路分析，通過觀察發(fā)現(xiàn)透平間存在較大的漏氣問題，可能是經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行，機(jī)組外缸存在過度變形情況，導(dǎo)致壓氣機(jī)較多排氣漏出，由此導(dǎo)致機(jī)組冷卻回路冷卻空氣供應(yīng)量不平衡。建議電廠也在二級(jí)噴嘴靜葉持環(huán)處增加壓力監(jiān)視回路，通過該監(jiān)視回路更好地判斷整個(gè)冷卻回路的實(shí)際工作情況，由此確定是否需要進(jìn)行燃機(jī)外缸更換。針對(duì)目前環(huán)境溫度高時(shí)輪間溫度易超溫現(xiàn)象，建議開啟燃機(jī)進(jìn)氣冷卻裝置，降低燃機(jī)進(jìn)氣溫度，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]楊順虎.蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運(yùn)行[M].北京:中國(guó)電力出版社,2003.

[2]GE Turbine-Generator Operation Training Manual[Z].

[3]項(xiàng)建偉.9E燃?xì)廨啓C(jī)透平輪間溫度高故障分析[J].燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù),2013,03:59-63.