朱大偉, 翟永斌, 高光輝, 姚 鑫

(鄭州沃特節(jié)能科技股份有限公司, 鄭州 450052)

大力神130型焦?fàn)t煤氣燃?xì)廨啓C(jī)為美國(guó)索拉公司生產(chǎn)，運(yùn)行比較穩(wěn)定，自動(dòng)化程度較高。河南某公司配備三臺(tái)該型機(jī)組，其中一臺(tái)機(jī)組在某次啟動(dòng)中多次出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃?xì)廨啓C(jī)欠速停機(jī))，機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文針對(duì)該故障進(jìn)行分析，總結(jié)出一些運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為同類(lèi)故障機(jī)組提供參考。

1 主要技術(shù)參數(shù)及工作流程

大力神130型焦?fàn)t煤氣燃?xì)廨啓C(jī)為美國(guó)索拉公司生產(chǎn)，由于焦?fàn)t煤氣氫氣含量較高(55%以上)，不能夠直接點(diǎn)火，故該機(jī)型設(shè)計(jì)雙燃料系統(tǒng)，首先用柴油點(diǎn)火，機(jī)組達(dá)到額定轉(zhuǎn)速(100%)后可以切換燃?xì)?焦?fàn)t煤氣)運(yùn)行。該機(jī)組為14級(jí)壓氣機(jī)，壓縮比16∶1，設(shè)計(jì)流量47 kg/s，配備環(huán)形傾斜預(yù)混燃燒室，3級(jí)動(dòng)力渦輪，21個(gè)固定燃燒噴嘴及12個(gè)T5(三級(jí)動(dòng)力渦輪入口溫度)熱電偶，燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)之間經(jīng)過(guò)行星式減速齒輪箱減速(由11 197 r/min減速到1 500 r/min)，額定功率13 MW，冬季最大可達(dá)15 MW,效率可達(dá)35%，額定工況下排氣溫度約500 ℃，所有的變頻系統(tǒng)均為AB公司生產(chǎn)。燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 大力神130型焦?fàn)t煤氣燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)

正常工作過(guò)程為機(jī)組點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕后，機(jī)組會(huì)進(jìn)行機(jī)罩吹掃4 min(防止機(jī)罩內(nèi)局部可燃?xì)怏w濃度高)，盤(pán)車(chē)在20%轉(zhuǎn)速時(shí)先吹掃10 min(防止燃燒室及余熱鍋爐可燃?xì)怏w濃度高)，然后進(jìn)入柴油點(diǎn)火，點(diǎn)火器持續(xù)點(diǎn)火10 s，30 s后若T5平均溫度(三級(jí)動(dòng)力渦輪入口溫度)超過(guò)204 ℃則點(diǎn)火成功,否則點(diǎn)火失敗，燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)始升速，到65%轉(zhuǎn)速時(shí)，盤(pán)車(chē)自動(dòng)脫扣，進(jìn)氣可調(diào)導(dǎo)葉在75%轉(zhuǎn)速時(shí)開(kāi)啟，防喘閥在78%轉(zhuǎn)速時(shí)關(guān)閉，整個(gè)升速過(guò)程約4 min。100%轉(zhuǎn)速后，可手動(dòng)把柴油切換到焦?fàn)t煤氣運(yùn)行，然后并網(wǎng)帶負(fù)荷。

2 故障概述

2018年7月27日，該燃?xì)廨啓C(jī)煤氣量不足，正常停機(jī)。19:16分啟動(dòng)該燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速在69%時(shí)，出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃?xì)廨啓C(jī)欠速停機(jī))跳停，再次啟動(dòng)時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到77%左右再次出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃?xì)廨啓C(jī)欠速停機(jī))，初步懷疑燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組溫度低，所以又啟動(dòng)第3次，燃?xì)廨啓C(jī)仍然是在75%轉(zhuǎn)速左右出現(xiàn)該故障停機(jī)，機(jī)組無(wú)法啟動(dòng)，為保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，決定對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行排查。

3 原因分析及處理

FN_Ngp_Under_Speed(燃?xì)廨啓C(jī)欠速停機(jī))，說(shuō)明燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力不足，需對(duì)啟動(dòng)系統(tǒng)、燃料及空氣等系統(tǒng)進(jìn)行徹底檢查。

3.1 啟動(dòng)系統(tǒng)檢查

檢查發(fā)現(xiàn)停機(jī)時(shí)，每次機(jī)組升速時(shí)AB變頻器PLC均出現(xiàn)故障代碼F8，查看AB變頻器故障代碼手冊(cè),F8為變頻器超溫引起，查看變頻器冷卻風(fēng)機(jī)工作正常。拆除變頻器風(fēng)機(jī)進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)變頻器冷卻風(fēng)機(jī)入口堵塞嚴(yán)重，清理灰塵，并恢復(fù)風(fēng)機(jī)，并增加外置冷卻風(fēng)扇給變頻器降溫。

3.2 空氣系統(tǒng)檢查

燃?xì)庠邳c(diǎn)火及升速過(guò)程中離不開(kāi)點(diǎn)火及噴嘴霧化空氣系統(tǒng)(該系統(tǒng)見(jiàn)圖2)，點(diǎn)火期間空氣來(lái)源于外置螺桿式壓縮機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)在升速過(guò)程，隨著壓氣機(jī)壓力的升高，慢慢切換到壓氣機(jī)供氣系統(tǒng)，柴油泵變頻器也在不斷地加速，液體燃料在進(jìn)入燃燒室時(shí)，若空氣壓力不足，容易形成比較大的液滴，液滴無(wú)法與空氣有效地混合，無(wú)法充分燃燒，會(huì)直接引起燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力不足。因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)霧化空氣進(jìn)入液體燃料噴嘴中，以保證液體燃料的良好霧化。

圖2 點(diǎn)火及噴嘴霧化空氣系統(tǒng)霧化空氣靠外置螺桿式壓縮機(jī)提供。壓縮空氣經(jīng)過(guò)FS911-1(空氣過(guò)濾器)后由V2P935(總關(guān)斷閥)控制，分為兩路，一路由減壓閥PCV933-1控制，進(jìn)入點(diǎn)火器，保證點(diǎn)火時(shí)的正常霧化，空氣壓力設(shè)計(jì)為261 kPa；另一路由減壓閥PCV933控制，進(jìn)入噴嘴霧化空氣管，保證噴嘴的正常霧化，空氣壓力設(shè)計(jì)在172～207 kPa之間。

拆除FS911-1空氣濾芯，發(fā)現(xiàn)灰塵較多，更換濾芯。由于機(jī)組點(diǎn)火正常，可以排除減壓閥PCV933-1故障的可能。拆除彈簧止回閥VCH932，檢查止回閥正常。在PCV933減壓閥之后安裝一臨時(shí)壓力表，強(qiáng)制開(kāi)啟總關(guān)斷閥V2P935，檢查噴嘴霧化空氣壓力為200 kPa，在正常范圍內(nèi)，此次未做調(diào)整(手動(dòng)調(diào)整PCV933頂部螺母可以調(diào)整噴嘴霧化壓力，隨著燃?xì)廨啓C(jī)速度的提高，壓氣機(jī)來(lái)氣壓力會(huì)越來(lái)越高，會(huì)經(jīng)過(guò)PCV933來(lái)代替壓縮空氣)，更換空氣過(guò)濾系統(tǒng)濾網(wǎng)。

3.3 液體燃料系統(tǒng)檢查

燃?xì)廨啓C(jī)點(diǎn)火時(shí)，柴油泵入口V2P949閥門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟，柴油泵P931由變頻器控制啟動(dòng)， VR931-1為柴油泵出口彈簧過(guò)壓閥，壓力超過(guò)8.273 MPa會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。液體燃料系統(tǒng)見(jiàn)圖3。

拆除柴油泵出口濾網(wǎng)FS936，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)較臟，更換柴油濾網(wǎng)；檢查VFD443變頻器各參數(shù)在正常范圍內(nèi)(因出廠(chǎng)前已校驗(yàn)好，此次未修改)；強(qiáng)制開(kāi)關(guān)各閥門(mén)，動(dòng)作正常。

強(qiáng)制排污閥V2P945-1開(kāi)關(guān)動(dòng)作正常，未發(fā)現(xiàn)漏油情況，若排污閥V2P945-1漏油，也會(huì)出現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力不足情況，即FN_Ngp_Under_Speed(燃?xì)廨啓C(jī)欠速停機(jī))。

3.4 各輔助設(shè)備檢查

1) 可調(diào)導(dǎo)葉位置：可調(diào)導(dǎo)葉的位置故障直接會(huì)影響到燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒及燃燒室的冷卻。檢查燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)趨勢(shì)，可調(diào)導(dǎo)葉開(kāi)度設(shè)定和實(shí)際一致，利用Rslogix5000強(qiáng)制可調(diào)導(dǎo)葉動(dòng)作靈活，可以排除。

2) 防喘閥:該閥門(mén)的動(dòng)作也會(huì)影響燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速，由于該機(jī)型在78%轉(zhuǎn)速時(shí)防喘閥才開(kāi)始關(guān)閉，此前多次開(kāi)機(jī)均沒(méi)有超過(guò)78%轉(zhuǎn)速，故排除。

3) 燃料噴嘴：因開(kāi)機(jī)前噴嘴已清洗干凈，可以排除。

經(jīng)過(guò)對(duì)霧化空氣及液體燃料系統(tǒng)的檢查、更換濾網(wǎng)后，再次開(kāi)機(jī)，但機(jī)組轉(zhuǎn)速升到82%轉(zhuǎn)速時(shí)再次出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃?xì)廨啓C(jī)欠速停機(jī))故障。

3.5 程序檢查

利用Rslogix5000打開(kāi)該燃?xì)廨啓C(jī)程序，輸入FN_Ngp_Under_Speed(燃?xì)廨啓C(jī)欠速停機(jī))，見(jiàn)圖4索拉燃?xì)廨啓C(jī)程序梯形圖。

圖3 液體燃料系統(tǒng)

圖4 索拉燃?xì)廨啓C(jī)程序梯形圖

根據(jù)圖4可以看出：當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)脫扣后(即65%轉(zhuǎn)速)開(kāi)始計(jì)時(shí)，90s內(nèi)機(jī)組轉(zhuǎn)速不小于90%，則運(yùn)行正常，否則會(huì)出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃?xì)廨啓C(jī)欠速停機(jī))。檢查前兩次的啟動(dòng)趨勢(shì)，90s后燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速均在75%左右，故出現(xiàn)該報(bào)警。調(diào)取最后一次開(kāi)機(jī)轉(zhuǎn)速及時(shí)間曲線(xiàn)，轉(zhuǎn)速到65%轉(zhuǎn)速時(shí)，盤(pán)車(chē)自動(dòng)脫扣，90s后燃?xì)廨啓C(jī)速度達(dá)到了82%轉(zhuǎn)速，沒(méi)有達(dá)到設(shè)定的90%轉(zhuǎn)速，故出現(xiàn)該報(bào)警。

3.6 燃油檢查

再次調(diào)取PLC記錄，發(fā)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)升速時(shí)始終處在最大燃料量模式運(yùn)行。檢查柴油箱發(fā)現(xiàn)柴油有乳化現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)柴油箱上部加油孔未蓋嚴(yán)實(shí)，柴油箱進(jìn)水后，開(kāi)機(jī)過(guò)程中柴油會(huì)打循環(huán)，油質(zhì)乳化，熱值降低，懷疑柴油熱值低引起燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力不足。

打開(kāi)燃?xì)廨啓C(jī)程序，查找燃油熱值設(shè)計(jì)范圍為16 000～20 000 btu/lb (37 216 ～ 46 520 kJ/kg)之間，當(dāng)前輸入熱值為18 380 btu/lb，為提高燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)適當(dāng)降低燃油輸入熱值，即把18 380 btu/lb改為18 000btu/lb，再次開(kāi)機(jī)，機(jī)組順利達(dá)到100%轉(zhuǎn)速。見(jiàn)圖5燃料設(shè)置圖。

圖5 燃料設(shè)置圖

4 總結(jié)

該機(jī)型比較成熟，自動(dòng)化程度較高，基本上屬于一鍵啟動(dòng)式，一旦出現(xiàn)故障后，應(yīng)該首先打開(kāi)警報(bào)概括，查看具體的報(bào)警信息，根據(jù)報(bào)警信息查看程序設(shè)計(jì)原理，逐步排查故障原因，由簡(jiǎn)到難逐步排查。此次故障主要因?yàn)椴裼拖浼佑秃?，密閉不嚴(yán)，部分雨水進(jìn)入，導(dǎo)致柴油乳化，熱值降低，導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)升速過(guò)程始終顯示為高燃料流量模式運(yùn)行，為保證開(kāi)機(jī)正常，在設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)低柴油熱值，點(diǎn)火燃油量會(huì)增加，燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力增強(qiáng)，順利通過(guò)90s設(shè)計(jì),此次雖然解決了問(wèn)題，但也走了不少?gòu)澛?，出現(xiàn)類(lèi)似情況一定要靜下心，領(lǐng)會(huì)每個(gè)報(bào)警的設(shè)計(jì)理念，逐步排查可疑點(diǎn)，直到問(wèn)題解決。