9E燃气轮机运行故障的分析与处理

摘要：随着国家对环境问题的重视和中国能源结构的改变，高效率，排放环保的燃气轮机天然气发电，逐渐成为主流的发电方式。燃气轮机具有占地少，变负荷灵活，供电可靠性高等优点。同时能利用其余热进行供热，具有良好的能源效益，环境效益，社会效益。本文就9E燃机出现的一些运行故障，进行详细分析，提出相应的处理方案。

关键词：9E燃气轮机;运行故障;处理措施

0  引言

9E燃气轮机是一种以空气为和燃气为介质，空气通过压气机送往燃烧室和燃料喷嘴喷入的燃气混合燃烧，形成高温，高压的燃气。通过透平喷嘴和动叶膨胀做功，推动透平转子带动压气机和发电机转子一起高速旋转，实现了气体燃料的化学能转化为机械功，并输出电功。做功后燃气轮机排气可以引入余热锅炉，由余热锅炉产生的蒸汽带动汽轮机进行发电和供热，实现能源的高效、综合利用。

本文就燃气轮机运行中事故的处理原则、常见的运行故障，解决方案等进行了阐述，为燃气轮机发电机组的稳定运行提供经验。

1  燃气轮机故障及事故的处理原则

在燃气轮机运行过程中，机组出现故障，运行人员应该遵循以下处理原则：

首先，值班人员应迅速定位异常发生位置，根据运行规程和相关数据参数及时判断和分析，迅速的找准故障发生原因，并及时处理。如果判断故障相对严重时，应按规程及时停机，防止事故的进一步发展和扩大。

其次，在事故停机过程中，应着重监视燃机的排气温度，滑油油回油温度，轮间温度，以及各轴承振动是否在正常值，机组缸体有无摩擦声等。

最后，在机组发生故障时，应及时保存事故发生时，停机前后的运行数据，报警信息，运行曲线，记录事故发生时的主要现象。并会同各专业进行事故总结分析，避免将来出现同样的问题。

2  燃气轮机运行故障的分析与处理措施

2.1 压气机喘振现象

压气机是燃机重要部件，它的作用是在透平的拖动下高速旋转，连续不断的压缩空气，并将升压和升温的空气送入燃烧室参与燃烧与冷却。

由于叶轮的旋转做功，使压气机后端流量容易堵塞，进气端进气量不够。空气流量出现波动，气流会沿压气机轴线方向产生低频率和高振幅的振荡，这种现象称为喘振。

从压气机的特性曲线可以看出，当进压气机的空气流量减小，运行工况点进入了喘振边界线的左侧区，就会产生喘振。

喘振现象主要发生在机组启动和停机过程中，其主要产生原因有：①偏离工况的设计。当进气流量减少到一定数量时，压气机旋转速度降低，喘振边界线需计算准确。②防喘阀出故障没有打开。在机组启机、停机过程中，压气机内部的压力和空气流量波动比较大，防喘阀打开，调节压气进出流量，可以防止出现喘振现象。③压气机进内部动静叶结垢，异物堵塞气体通道等，会使压气机通流气体积减少，容易引起喘振。④进气IGV导叶不动作或动作角度和设定值偏差，就容易导致压气机进气流量减少，引起喘振。

当机组出现喘振现象时，如果防喘阀不能及时打开，应紧急停机，避免压气机叶片等燃机部件造成重大损伤。平时运行维护时，可对防喘阀进行气动校验，定期对压气机进行水洗等工作。

2.2 燃气轮机在启动时出现“热悬挂”现象

燃机的燃料控制包括启动控制、加速控制，温度控制，转速控制等，每种控制方式有其对应的燃料行程基准FSR。燃机启动时FSRSU是最小值，并以0.05%FSR/S速率增加，燃机转速上升，排气温度不断上升，达到560℃左右时，燃机进入温度控制。为了减少燃机在高温下运行，此时燃料行程基准FSR会降低燃料供应，FSR不断降低，这样燃机就没有足够的燃料来满足燃机升速。在排气温度居高不下，而燃机转速停止升速，就会出现热悬挂现象，导致启机不成功。

“热悬挂”出现的原因及处理措施有：

①燃机启动设备问题：

1）启动电机出力不够、无法达到燃机设定转速。2）液力变扭器出现故障，无法将启动电机的力矩传给燃机转子、导致燃机无法升速。3）启动离合器故障，在燃机没有达到自转转速时，离合器就提前脱扣，燃机转速提升缓慢。4）辅助齿轮箱故障，传动效率低。这些设备的故障都可能导致燃机转速上不去，在温控状态下出现启动失败。平时运行时可通过MARK盘观察各设备的运行参数的变化，定期进行设备维护，提前发现问题。

②燃机通流系统问题：

透平和压气机效率降低的影响，随着机组运行时间增加，通流部分，如压气机叶片的积垢、腐蚀，磨损等，使压气机的做功能力下降，同样的燃料FSR控制下，转速升不上去。必要时进行水洗，不定期的对通流系统叶片进行孔探，发现问题时需及时处理。

③燃机MARK盘控制系统问题：

MARK盘控制逻辑出现问题时，会导致燃料供给与转速不符，燃料供给系统出现异常，以及各控制系统没有按逻辑进行燃机启动，导致启动失败。

平时需要对控制系统进行安全维护，不能随意改动相关逻辑。

2.3 燃机擦缸现象

在燃机高负荷运行停机盘车过程中，经常会出现擦缸现象，主要是因为燃气轮机为了追求压气机较高的性能，动静叶顶部的间隙设计尽可能的小，以及轮机舱室温度场不均匀，热应力不均匀，气缸形变不对称等，导致压气机动叶片与气缸之间摩擦，甚至还会出现刮停盘车故障。

运行人员应当密切监视，监听缸体内是否异响。处理建议如下：

①检查燃机罩壳各舱室密封情况，除了辅机端部的进风口，其它位置不应该有冷风进入。

②在燃机停机盘车冷却阶段，不可以敞开各舱室的门，即使是巡视也要及时关门。

停机过程中，在发停机命令后，可以尝试手动关闭88BT风机，以减小温度场不均匀。

③燃機停机后，可对压气机进行孔探，排除叶片的损伤情况。

2.4 燃机热通道部件的损伤现象

热通道部件是燃机最核心的部分，主要包含燃烧室里的燃料喷嘴、火焰筒、过渡段、联焰管和火花塞组件等，以及透平喷嘴、复环和透平叶片这些承接燃气通流的高温部件。这些部件在高温高压的环境下运行，经常会出现损伤。

图2为透平一级喷嘴贯穿裂纹和燃料一级、二级燃料喷嘴出现烧损现象。

根据图2所示损伤情况，分析热通道部件裂纹产生的原因：

①透平一级喷嘴工作在1000多摄氏度的环境中，承受热应力最大，容易产生热疲劳，稳态蠕变等而导致裂纹的产生。需送生产厂家修理。

②燃料一级喷嘴烧损主要是因为，天然气和一次空气在火焰筒中混合燃烧产生高温燃气，由于混合时间短，混合不充分，靠近燃烧室一侧温度场存在不均匀，而导致燃料一级喷嘴容易烧损。

③燃料二级喷嘴烧损，经过对烧损金属进行金相分析，断面金相没有发现晶粒长大、晶界氧化和碳化物析出，也没有观察到蠕变特征。

经检查，发现二级喷嘴的冷却空气孔出现堵塞，在冷却不好的情况下，造成了高温烧损。这种情况，需要对冷却空气系统进行检查，包括冷却空气压力，以及管道内部是否有异物等。

另外在没有发现二级喷嘴冷却空气孔堵塞的情况出现烧损，有可能燃料燃烧不充分，高温气流过高导致的烧损。这种情况就需要对燃烧情况进行分析，必要时需做燃烧调整。

热通道部件检查建议：

热通道部件对燃机稳定运行非常重要，因此需制定一定运行周期的检修计划，根据GE公司9E燃机的检修建议如表1。

3  总结

在国家鼓励发展燃气轮机联合循环热电联供机组的背景下，燃气轮机机组的稳定运行显得尤为重要。本文讲述了部分燃气轮机运行的故障分析，而燃气轮机是非常复杂的系统，平常机组运行中会出现不同的燃气轮机故障和事故。我们需全面的了解燃气轮机的结构，运行原理，掌握并积累平时运行时处理故障的经验。做好机组日常的运行维护工作，做好检修计划，备件计划等，为燃气轮机发电机机组的安全稳定运行提供保障。

参考文献：

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[3]GE公司文件：GER-3620.

[4]陈兵，孙立娟.9E燃气轮机发电工艺控制系统的综合创新与能效优化[J].内燃机与配件，2019（15）：225-226.

作者简介：殷高飞（1976-），男，贵州镇远人，本科，技术人员，工程师，从事燃气轮和汽轮机生產制造以及技术服务工作。