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型焦爐煤氣燃氣輪機為美國索拉公司生產(chǎn),運行比較穩(wěn)定,自動化程度較高。河南某公司配備三臺該型機組,其中一臺機組在某次啟動中多次出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機),機組無法正常運轉(zhuǎn)。本文針對該故障進行分析,總結(jié)出一些運行經(jīng)驗,為同類故障機組提供參考。
大力神130型焦爐煤氣燃氣輪機為美國索拉公司生產(chǎn),由于焦爐煤氣氫氣含量較高(55%以上),不能夠直接點火,故該機型設(shè)計雙燃料系統(tǒng),首先用柴油點火,機組達到額定轉(zhuǎn)速(100%)后可以切換燃氣(焦爐煤氣)運行。該機組為14級壓氣機,壓縮比16∶1,設(shè)計流量47 kg/s,配備環(huán)形傾斜預(yù)混燃燒室,3級動力渦輪,21個固定燃燒噴嘴及12個T5(三級動力渦輪入口溫度)熱電偶,燃氣輪機和發(fā)電機之間經(jīng)過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15 MW,效率可達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)。燃氣輪機結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 大力神130型焦爐煤氣燃氣輪機結(jié)構(gòu)
正常工作過程為機組點擊啟動按鈕后,機組會進行機罩吹掃4 min(防止機罩內(nèi)局部可燃氣體濃度高),盤車在20%轉(zhuǎn)速時先吹掃10 min(防止燃燒室及余熱鍋爐可燃氣體濃度高),然后進入柴油點火,點火器持續(xù)點火10 s,30 s后若T5平均溫度(三級動力渦輪入口溫度)超過204 ℃則點火成功,否則點火失敗,燃氣輪機開始升速,到65%轉(zhuǎn)速時,盤車自動脫扣,進氣可調(diào)導(dǎo)葉在75%轉(zhuǎn)速時開啟,防喘閥在78%轉(zhuǎn)速時關(guān)閉,整個升速過程約4 min。100%轉(zhuǎn)速后,可手動把柴油切換到焦爐煤氣運行,然后并網(wǎng)帶負荷。
2018年7月27日,該燃氣輪機煤氣量不足,正常停機。19:16分啟動該燃氣輪機,燃氣輪機轉(zhuǎn)速在69%時,出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)跳停,再次啟動時機組轉(zhuǎn)速達到77%左右再次出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機),初步懷疑燃氣輪機機組溫度低,所以又啟動第3次,燃氣輪機仍然是在75%轉(zhuǎn)速左右出現(xiàn)該故障停機,機組無法啟動,為保證機組的安全穩(wěn)定運行,決定對各個系統(tǒng)進行排查。
FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機),說明燃氣輪機動力不足,需對啟動系統(tǒng)、燃料及空氣等系統(tǒng)進行徹底檢查。
檢查發(fā)現(xiàn)停機時,每次機組升速時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,F8為變頻器超溫引起,查看變頻器冷卻風機工作正常。拆除變頻器風機進一步檢查,發(fā)現(xiàn)變頻器冷卻風機入口堵塞嚴重,清理灰塵,并恢復(fù)風機,并增加外置冷卻風扇給變頻器降溫。
燃氣在點火及升速過程中離不開點火及噴嘴霧化空氣系統(tǒng)(該系統(tǒng)見圖2),點火期間空氣來源于外置螺桿式壓縮機,燃氣輪機在升速過程,隨著壓氣機壓力的升高,慢慢切換到壓氣機供氣系統(tǒng),柴油泵變頻器也在不斷地加速,液體燃料在進入燃燒室時,若空氣壓力不足,容易形成比較大的液滴,液滴無法與空氣有效地混合,無法充分燃燒,會直接引起燃氣輪機動力不足。因此該系統(tǒng)設(shè)計霧化空氣進入液體燃料噴嘴中,以保證液體燃料的良好霧化。
圖2 點火及噴嘴霧化空氣系統(tǒng)霧化空氣靠外置螺桿式壓縮機提供。壓縮空氣經(jīng)過FS911-1(空氣過濾器)后由V2P935(總關(guān)斷閥)控制,分為兩路,一路由減壓閥PCV933-1控制,進入點火器,保證點火時的正常霧化,空氣壓力設(shè)計為261 kPa;另一路由減壓閥PCV933控制,進入噴嘴霧化空氣管,保證噴嘴的正常霧化,空氣壓力設(shè)計在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。由于機組點火正常,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壓力表,強制開啟總關(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(手動調(diào)整PCV933頂部螺母可以調(diào)整噴嘴霧化壓力,隨著燃氣輪機速度的提高,壓氣機來氣壓力會越來越高,會經(jīng)過PCV933來代替壓縮空氣),更換空氣過濾系統(tǒng)濾網(wǎng)。
燃氣輪機點火時,柴油泵入口V2P949閥門自動開啟,柴油泵P931由變頻器控制啟動, VR931-1為柴油泵出口彈簧過壓閥,壓力超過8.273 MPa會自動打開。液體燃料系統(tǒng)見圖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)(因出廠前已校驗好,此次未修改);強制開關(guān)各閥門,動作正常。
強制排污閥V2P945-1開關(guān)動作正常,未發(fā)現(xiàn)漏油情況,若排污閥V2P945-1漏油,也會出現(xiàn)燃氣輪機動力不足情況,即FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)。
1) 可調(diào)導(dǎo)葉位置:可調(diào)導(dǎo)葉的位置故障直接會影響到燃氣輪機的燃燒及燃燒室的冷卻。檢查燃氣輪機啟動趨勢,可調(diào)導(dǎo)葉開度設(shè)定和實際一致,利用Rslogix5000強制可調(diào)導(dǎo)葉動作靈活,可以排除。
2) 防喘閥:該閥門的動作也會影響燃氣輪機轉(zhuǎn)速,由于該機型在78%轉(zhuǎn)速時防喘閥才開始關(guān)閉,此前多次開機均沒有超過78%轉(zhuǎn)速,故排除。
3) 燃料噴嘴:因開機前噴嘴已清洗干凈,可以排除。
經(jīng)過對霧化空氣及液體燃料系統(tǒng)的檢查、更換濾網(wǎng)后,再次開機,但機組轉(zhuǎn)速升到82%轉(zhuǎn)速時再次出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)故障。
利用Rslogix5000打開該燃氣輪機程序,輸入FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機),見圖4索拉燃氣輪機程序梯形圖。
圖3 液體燃料系統(tǒng)
圖4 索拉燃氣輪機程序梯形圖
根據(jù)圖4可以看出:當燃氣輪機脫扣后(即65%轉(zhuǎn)速)開始計時,90s內(nèi)機組轉(zhuǎn)速不小于90%,則運行正常,否則會出現(xiàn)FN_Ngp_Under_Speed(燃氣輪機欠速停機)。檢查前兩次的啟動趨勢,90s后燃氣輪機轉(zhuǎn)速均在75%左右,故出現(xiàn)該報警。調(diào)取最后一次開機轉(zhuǎn)速及時間曲線,轉(zhuǎn)速到65%轉(zhuǎn)速時,盤車自動脫扣,90s后燃氣輪機速度達到了82%轉(zhuǎn)速,沒有達到設(shè)定的90%轉(zhuǎn)速,故出現(xiàn)該報警。
再次調(diào)取PLC記錄,發(fā)現(xiàn)燃氣輪機升速時始終處在最大燃料量模式運行。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實,柴油箱進水后,開機過程中柴油會打循環(huán),油質(zhì)乳化,熱值降低,懷疑柴油熱值低引起燃氣輪機動力不足。
打開燃氣輪機程序,查找燃油熱值設(shè)計范圍為16 000~20 000 btu/lb (37 216 ~ 46 520 kJ/kg)之間,當前輸入熱值為18 380 btu/lb,為提高燃氣輪機動力,在設(shè)計范圍內(nèi)適當降低燃油輸入熱值,即把18 380 btu/lb改為18 000btu/lb,再次開機,機組順利達到100%轉(zhuǎn)速。見圖5燃料設(shè)置圖。
圖5 燃料設(shè)置圖
該機型比較成熟,自動化程度較高,基本上屬于一鍵啟動式,一旦出現(xiàn)故障后,應(yīng)該首先打開警報概括,查看具體的報警信息,根據(jù)報警信息查看程序設(shè)計原理,逐步排查故障原因,由簡到難逐步排查。此次故障主要因為柴油箱加油后,密閉不嚴,部分雨水進入,導(dǎo)致柴油乳化,熱值降低,導(dǎo)致燃氣輪機升速過程始終顯示為高燃料流量模式運行,為保證開機正常,在設(shè)計的范圍內(nèi)適當調(diào)低柴油熱值,點火燃油量會增加,燃氣輪機動力增強,順利通過90s設(shè)計,此次雖然解決了問題,但也走了不少彎路,出現(xiàn)類似情況一定要靜下心,領(lǐng)會每個報警的設(shè)計理念,逐步排查可疑點,直到問題解決。