PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)透平罩殼超溫原因分析及處理

陸子龍，張 超，錢 儉，宋云飛

(1. 江蘇國信高郵熱電有限責(zé)任公司，江蘇 揚(yáng)州 225600； 2. 南京汽輪電機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，南京 210012)

某公司2×100 MW燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)工程配置的燃?xì)廨啓C(jī)為美國通用(GE)公司的PG6111FA機(jī)型。燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼通風(fēng)模塊由杭州余杭風(fēng)機(jī)廠引用GE技術(shù)生產(chǎn)。

自機(jī)組投運(yùn)，相繼出現(xiàn)1號(hào)、3號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼艙室超溫的現(xiàn)象，其中1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)艙室內(nèi)最高點(diǎn)溫度達(dá)162 ℃，造成透平艙室內(nèi)危險(xiǎn)氣體探頭電纜燒焦、艙室電加熱老化等一系列問題，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)1號(hào)、3號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)本體透平艙室超溫的問題，燃?xì)廨啓C(jī)專業(yè)人員成立攻關(guān)小組，逐步分析，得出可能存在的問題有如下幾方面：

(1) 壓氣機(jī)及透平中分面漏氣

PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)壓比為15.8，排氣溫度達(dá)320 ℃左右，而透平段溫度達(dá)495 ℃左右。若中分面存在泄露，高溫高壓空氣會(huì)直接排入燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室，造成艙室內(nèi)溫度過高。在運(yùn)行過程中，專業(yè)人員在做好安全措施后，通過燃?xì)廨啓C(jī)罩殼底部人孔進(jìn)入罩殼內(nèi)，用雞毛撣就地檢測，未發(fā)現(xiàn)壓氣機(jī)及透平中分面漏氣。停機(jī)后進(jìn)行壓氣機(jī)及透平中分面塞尺檢查，五絲不入，排除壓氣機(jī)及透平中分面漏氣的可能性。

(2) 燃燒室漏氣

經(jīng)查閱資料及調(diào)研其他電廠發(fā)現(xiàn)，燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室聯(lián)焰管由于高溫高壓的惡劣環(huán)境，多次出現(xiàn)燃燒筒聯(lián)焰管內(nèi)密封墊片破損的情況，且現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)焰管下端存在部分吹損的石墨， 1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)#1～#6燃燒筒聯(lián)焰管存在漏氣的情況，在下次燃?xì)廨啓C(jī)檢修時(shí)定期工作進(jìn)行#1～#6聯(lián)焰管密封件的更換。

(3) 燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室吸風(fēng)口故障

現(xiàn)場燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼入口風(fēng)速計(jì)為國產(chǎn)皮托管式流量計(jì)，經(jīng)使用發(fā)現(xiàn)該流量計(jì)可靠性極低。為了防止跳機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行時(shí)將該流量計(jì)強(qiáng)制在85%，造成了對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼吸風(fēng)量的監(jiān)控缺失，因此只能在停機(jī)時(shí)進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室吸風(fēng)口的檢查。停機(jī)時(shí)，專業(yè)人員對(duì)入口百葉窗的限位及開度進(jìn)行檢查，同時(shí)在冷態(tài)時(shí)，啟動(dòng)88BT進(jìn)行風(fēng)量測量，排除了燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室吸風(fēng)口故障的可能性。

(4) 燃?xì)廨啓C(jī)本體散熱過大

PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)透平段未設(shè)計(jì)保溫，以確保透平段缸體的膨脹裕度，防止靜態(tài)和動(dòng)態(tài)碰撞摩擦。在燃?xì)廨啓C(jī)滿負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行了燃?xì)廨啓C(jī)透平段表面溫度測量，測量值為327 ℃，與GE書面設(shè)計(jì)散熱量吻合，排除了透平段散熱過大的可能性。同時(shí)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)排氣段保溫進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)保溫間隙偏移等情況，排除燃?xì)廨啓C(jī)本體散熱過大的可能性，但不能保證設(shè)計(jì)散熱量的偏差[1]。

(5) 88TK/88BT/88BN選型錯(cuò)誤

PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)88TK/88BT/88BN風(fēng)機(jī)以前均為GE進(jìn)口配套供貨，現(xiàn)在逐步已進(jìn)行國產(chǎn)化配套。在對(duì)比了88TK/88BT/88BN風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)后，均未發(fā)現(xiàn)異常。在排除了所有可能的泄漏點(diǎn)后，專業(yè)人員重點(diǎn)排查設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)的偏差。在進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼風(fēng)量測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)88BT的實(shí)際風(fēng)量與設(shè)計(jì)值產(chǎn)生偏差，在與多方確認(rèn)后，基本確定原因?yàn)?8BT選型偏小，而根本原因?yàn)镚E提供的燃?xì)廨啓C(jī)本體散熱量與實(shí)際運(yùn)行工況不符。

1 系統(tǒng)概況

1.1 系統(tǒng)介紹

燃?xì)廨啓C(jī)本體通風(fēng)系統(tǒng)主要由本體罩殼、燃?xì)廨啓C(jī)排氣框架冷卻風(fēng)機(jī)、罩殼通風(fēng)冷卻風(fēng)機(jī)及相關(guān)管道等構(gòu)成。本體罩殼主要將運(yùn)行中的燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)、燃燒室、透平、抽氣管道等高溫部件密封在一個(gè)密閉艙室內(nèi)，防止高溫輻射造成人身及設(shè)備危險(xiǎn)，同時(shí)該艙室具有隔音功能。本體罩殼兩側(cè)各有一個(gè)擋板吸風(fēng)口，頂部管道與兩臺(tái)通風(fēng)冷卻風(fēng)機(jī)相連(88BT-1、88BT-2兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，一運(yùn)一備)，將運(yùn)行中燃?xì)廨啓C(jī)本體產(chǎn)生的熱量排至室外。在艙室的透平段頂部、排氣段頂部及88BT入口處分別裝有鎧裝式熱電偶，用于監(jiān)視艙室內(nèi)部溫度場分布。

1.2 存在的問題

從設(shè)備安全性角度考慮，目前最高點(diǎn)溫度已達(dá)172 ℃，而鎧裝電纜的設(shè)計(jì)溫度為180℃，燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼區(qū)域的長期超溫必然導(dǎo)致罩殼內(nèi)設(shè)備老化的加速，影響機(jī)組長期安全運(yùn)行。同時(shí)罩殼區(qū)域的高溫，極易造成本體區(qū)域可燃?xì)怏w探頭的溫飄故障，嚴(yán)重時(shí)易發(fā)生機(jī)組非正常停運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)?；ㄕ{(diào)試期，曾出現(xiàn)由于溫飄，導(dǎo)致可燃?xì)怏w探頭報(bào)警，影響機(jī)組啟動(dòng)的情況。在確定了超溫原因后，與多方溝通協(xié)調(diào)，判斷超溫原因?yàn)镚E提供的散熱量與實(shí)際運(yùn)行工況的不匹配。最終確定進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室通風(fēng)系統(tǒng)的改造。

2 燃?xì)廨啓C(jī)透平通風(fēng)系統(tǒng)改造

經(jīng)過調(diào)研分析，燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼超溫的原因?yàn)?8BT抽吸能力不足，而根本原因?yàn)镚E提供的散熱量與國產(chǎn)化設(shè)備選型不匹配，初步方案為對(duì)88BT進(jìn)行擴(kuò)容改造[2]。原罩殼離心通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)流量為60 000～70 000 m3/h，全壓為1.25 kPa。本次88BT換型主要通過現(xiàn)場測量溫度，進(jìn)而與GE原始數(shù)據(jù)對(duì)比，確定擴(kuò)容比例。

2.1 設(shè)備選型

更換的風(fēng)機(jī)優(yōu)先考慮國產(chǎn)設(shè)備，在查閱設(shè)計(jì)廠家及風(fēng)機(jī)廠家資料時(shí)，發(fā)現(xiàn)原國產(chǎn)88BT風(fēng)機(jī)與設(shè)計(jì)通流偏差量不大。GE的設(shè)計(jì)風(fēng)量為65 000 m3/h，與原88BT風(fēng)機(jī)匹配，但透平艙室溫度卻未達(dá)到設(shè)計(jì)值。在88TK、88BN額定風(fēng)量固定的情況下，初步判斷需將88BT風(fēng)機(jī)擴(kuò)容35%～45%，才能將燃?xì)廨啓C(jī)本體散發(fā)的熱量全部帶出。為進(jìn)一步驗(yàn)證通流偏差量，對(duì)運(yùn)行機(jī)組進(jìn)行紅外成像，主要對(duì)運(yùn)行過程中1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒筒至透平段外缸進(jìn)行了溫度測量，測溫對(duì)象為透平段及燃燒筒段表面溫度，NO.1_1至NO.2_4為表面測溫點(diǎn)，具體數(shù)據(jù)見表1，紅外成像數(shù)據(jù)見圖1。

表1 紅外成像數(shù)據(jù)表

(a) 透平段

(b) 燃燒筒段

PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)主要散熱部位為燃燒室及透平段，通過查閱GE原始數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，NO.1_1、NO.2_1點(diǎn)比設(shè)計(jì)值超溫40%左右，通過計(jì)算最終判斷該機(jī)型散熱量選型偏小30%左右。根據(jù)排風(fēng)量計(jì)算公式(1)：

(1)

式中：L為通風(fēng)換氣量，m3/h；Q為顯熱發(fā)熱量，W；ρa(bǔ)v為介質(zhì)密度，kg/m3；c為介質(zhì)比熱，J/(kg·℃)；Δt為介質(zhì)溫差，℃。

燃?xì)廨啓C(jī)透平溫度需降低至110 ℃以下，根據(jù)排風(fēng)量計(jì)算公式，結(jié)合空氣密度的變化，需將通風(fēng)換氣量增加30.77%，燃?xì)廨啓C(jī)罩殼的通風(fēng)量需增加至85 000 m3/h。表2為改造前后88BT風(fēng)機(jī)參數(shù)對(duì)比。

表2 88BT風(fēng)機(jī)參數(shù)對(duì)比

2.2 改造方案

改造主要工作為現(xiàn)場的原通風(fēng)系統(tǒng)的拆除、新通風(fēng)系統(tǒng)的安裝、調(diào)試。原通風(fēng)系統(tǒng)主要拆除88BT電機(jī)、88BT連接風(fēng)機(jī)、直管消音段、圓筒消音段、彎管、自重風(fēng)門、三叉連接管、轉(zhuǎn)接管、方管管組等，原通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)場布置見圖2(a)。拆除工作中起吊工作嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，避免發(fā)生設(shè)備及人身傷害事故。新通風(fēng)系統(tǒng)的安裝按照?qǐng)D2(b)箭頭方向進(jìn)行分段安裝。原37 kW 88BT電機(jī)所配電纜規(guī)格為4×35 mm2，現(xiàn)核實(shí)容量后，需將電纜規(guī)格改為4×50 mm2。同時(shí)，配電柜進(jìn)行相對(duì)應(yīng)容量擴(kuò)容。

(a) 系統(tǒng)圖

(b) 現(xiàn)場圖

改造過程難點(diǎn)在于時(shí)間節(jié)點(diǎn)的把控，整個(gè)改造周期歷時(shí)90 h。在改造過程中遇到的問題有風(fēng)道的 吊裝及風(fēng)道連接段螺絲錯(cuò)位，需在現(xiàn)場進(jìn)行重新處理。

3 改造試驗(yàn)分析

現(xiàn)場改造工作全部完成后，進(jìn)行了冷態(tài)及熱態(tài)性能試驗(yàn)，振動(dòng)、軸承溫度、風(fēng)壓、風(fēng)量、電流、連鎖等參數(shù)和動(dòng)作無異常后進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)機(jī)組熱態(tài)工況試驗(yàn)，以判斷改造后實(shí)際運(yùn)行參數(shù)是否正常，并記錄燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室溫度及艙室排氣口溫度，具體數(shù)據(jù)見表3，確保改造后效果能達(dá)到預(yù)期值。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室系統(tǒng)改造后，1號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室溫度較改造前平均低35.34 ℃，3號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室溫度較改造前平均低36.33 ℃。試驗(yàn)結(jié)果表明燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室系統(tǒng)改造與預(yù)期的結(jié)果相一致，同時(shí)進(jìn)一步排除了壓氣機(jī)及透平中分面漏氣、燃燒室漏氣、燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室吸風(fēng)口故障等原因，證明了1號(hào)、3號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼艙室超溫的根本原因?yàn)镚E提供的燃?xì)廨啓C(jī)本體散熱量與實(shí)際運(yùn)行工況散熱量不符[3]。

表3 改造前后數(shù)據(jù)對(duì)比

4 效益分析

燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室通風(fēng)系統(tǒng)改造的效益主要為安全及經(jīng)濟(jì)效益。首先，就安全來講，通過本次改造，大大減緩了燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼內(nèi)設(shè)備的老化速度，增加了危險(xiǎn)氣體探頭、艙室電加熱、耐高溫電纜等原件的壽命，增加了機(jī)組長期安全穩(wěn)定運(yùn)行周期，降低了由此問題造成的非故障停機(jī)的概率。其次，就經(jīng)濟(jì)方面來講，燃?xì)廨啓C(jī)透平罩殼長期超溫造成的損失主要包括：老化設(shè)備更換及施工費(fèi)用、設(shè)備故障造成的非停損失，其中跳機(jī)是造成電網(wǎng)考核、熱用戶索賠的主要因素。

5 總結(jié)

本次改造為國內(nèi)PG6111FA型燃?xì)廨啓C(jī)的第一臺(tái)，為接下來國內(nèi)其他同類型電廠的燃?xì)廨啓C(jī)透平艙室風(fēng)道改造積累了經(jīng)驗(yàn)。通過對(duì)88BT進(jìn)行擴(kuò)容改造，改造后機(jī)組熱態(tài)運(yùn)行結(jié)果滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要，為國內(nèi)同類型機(jī)組的改造提供了經(jīng)驗(yàn)。

1號(hào)、3號(hào)燃?xì)廨啓C(jī)本體罩殼艙室超溫的根本原因?yàn)镚E提供的設(shè)計(jì)散熱量與實(shí)際運(yùn)行工況不匹配，同時(shí)在現(xiàn)場也出現(xiàn)了排煙風(fēng)機(jī)參數(shù)配置偏差等一系列問題，這都說明GE對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的封鎖還比較嚴(yán)重，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的國產(chǎn)化還存在一條漫長的道路，這需要我們每一名從事燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)工作人員的一步步積累，通過現(xiàn)場問題的不斷暴露及解決，慢慢完善國產(chǎn)化系統(tǒng)的漏洞，為早日實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)從本體到輔助系統(tǒng)的國產(chǎn)化打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。