典型9FA火焰探测器冷却水泄漏的分析及处理

李德兵

(福建晋江天然气发电有限公司，福建 晋江 362251)

福建晋江天然气发电有限公司一期工程1号～4号机组是由哈动公司引进GE技术生产的燃气-蒸汽联合循环发电机组，属于S109FA系列。一套燃气轮机联合循环发电机组由1台PG9351FA燃气轮机、1台D10蒸汽轮机、1台390H发电机和1台三压、再热余热锅炉等组成。燃气轮机、蒸汽轮机、发电机在同一轴系运行，轴系总长42 m，采用8个轴承支撑。起动阶段机组将发电机转为同步电机模式，通过LCI供电驱动发电机带动整个轴系转动。4台机组于2010年10月全部投产，目前机组两班制运行［3］。

火焰探测器的冷却水管道安装于燃气轮机壳体上方，这就要求冷却水管道在机组运行时必须保证严密性，防止火焰探测器冷却水的泄漏造成燃气轮机壳体的局部收缩。从本文实例可以看出，加强对火焰探测器冷却水的维护，对燃气轮机的安全运行具有重要的意义。

1 火焰探测器简介［2］

火焰探测器为紫外线探测器，通过检测紫外线辐射来检测火焰。这种辐射来源于燃烧室碳氢化合物燃料燃烧，并且比可见光检测更可靠，在颜色和强度上有明显不同。火焰探测器A、B、C、D分别安装在15号、16号、17号、18号燃烧器。每个火焰探测器最高工作温度为125℃，要用进水温度为10℃～52℃的冷却水采用盘旋管进行冷却，每个传感器冷却水流量为 3.8 ～5.7 L/min。

火焰探测器在两种情况下发挥作用，一种是在启动顺序中，另一种是在保护系统中。在一个正常的启动顺序期间，清吹11 min结束后，转速下降至399 r/min重新升速至421 r/min时，4个火焰探测器中至少2个在30 s内探测到火焰，机组点火成功，并且允许启动顺序继续进行。当燃气轮机在运行中，如果4个火焰探测器中3个或4个失去火焰，燃料被迅速切断，这样避免了在透平和余热锅炉可能的爆炸性混合物的积聚。

晋江9FA火焰探测器冷却水采用闭式循环冷却水，闭式循环冷却水从冷却用盘旋管进入并带走火焰探测器所产生的热量，维持火焰探测器温度在设计范围内，保证火焰探测器的正常工作。火焰探测器安装示意图见图1。

2 火焰探测器冷却水泄漏事件经过

8月8日11∶10，机组负荷350 MW，3号瓦轴振3X、3Y 为0.043 mm、0.044 mm，1 号瓦轴振1X、1Y 为0.095 mm、0.123 mm，1 号轴向位移 -0.211 mm，2 号轴向位移-0.156 mm，轴向位移突然停止波动(之前一直在波动)，3号瓦轴振3X、3Y，1号瓦轴振1X、1Y开始上涨，1X涨至0.132 mm后开始下降，1Y涨至0.185 mm后开始下降，3X、3Y持续上涨。申请省调紧急降负荷。11∶20负荷330 MW，3X涨至0.228 mm，3Y 涨至0.11 mm，机组跳闸。机组惰走过程中，3X、3Y继续上涨，转速431 r/min时，3Y最高到0.37 mm，3X 最高到0.33 mm。11∶27 转速至零，惰走7 min，盘车投入，盘车电流100 A超量程。此时机组现场听音发现1号瓦负荷轴间异常声音较大，经确认为燃气轮机动静部件摩擦声音。11∶29MarkⅥ控制系统报盘车电机马达过载告警，盘车跳闸。11∶45检修盘车投运时，啮合电机与盘车主电机间联轴器断裂，检修盘车无法投运，人工手动盘车。

3 处理过程

轴向位移突然停止波动后，轴振1X、1Y开始上涨，起初怀疑是燃气轮机或汽轮机静叶和动叶相对位置发生了变化，遂派人至汽轮机各轴瓦处听音，未见明显异常，因机组运行中并未进入透平间检查。10 min后机组跳闸，转速至零后因主盘车及检修盘车均无法正常投运，为避免转子发生永久性弯曲，集中了全部人员及精力进行人工手动盘车，经过检修人员紧急抢修后盘车正常投入，避免了转子发生永久性弯曲事故。盘车投入后对机组进行全面检查，进入透平间检查发现18号燃烧器的火焰探测器D冷却水管道接口断裂，冷却水泄漏至燃气轮机缸体，立即关闭火焰探测器冷却水进、回水手动隔离阀。火焰探测器D冷却水管道接口断裂见图2。

图2 火焰探测器D冷却水管道接口断裂示意图

火焰探测器冷却水泄漏至燃气轮机缸体后所产生的温度梯度会造成燃气轮机动静部件的摩擦，甚至可能会使部件变形，从而使旋转部件发生故障。为确认压气机及其他部件是否发生变形等故障，因此机组停运后检修人员进入压气机排气缸、进气蜗壳等进行全面检查，未见明显异常，同时处理火焰探测器D冷却水管道接口断裂问题。

8月9日机组重新启动，为机组安全起见及确认燃气轮机动静摩擦所产生的影响，采取新转子首次跑合启动程序，15∶32启动条件满足。发启动令，当转速至50 r/min，按就地紧急跳闸按钮，机组振动及就地听音无明显异常。15∶40重发启动令，转速至300 r/min，现场振动和声音无明显异常，MarkⅥ控制系统各项参数正常。15∶45发停机令，惰走时间较正常快5 min。16∶49机组再次重发启动令，选择“Crank”模式，在699 r/min清吹转速下高速盘车30 min，在确认就地振动无异常及MarkⅥ控制系统各项参数正常后转入“AUTO”模式。机组按正常启动程序，启动过程中机组各项参数、振动正常，18∶45负荷升至280 MW，就地听音无异常，MarkⅥ控制系统及DCS控制系统各项参数正常。火焰探测器D冷却水泄漏前后1号瓦和3号瓦轴承振动及轴向位移对比见表1。

从表1的振动对比数据上看，因8日燃气轮机动静部分发生了轻微摩擦，1X、1Y振动略有上涨，轴振1Y从燃气轮机动静部件摩擦前最高0.150 mm涨至0.175 mm，轴向位移波动范围变窄。

8月10日00∶39再次发现轴向位移停止波动，1Y由0.175 mm突降至0.143 mm，闭式循环膨胀水箱液位急剧下降，1号轴向位移有扩大趋势，打开透平间发现火焰探测器D的冷却水进水管道接口再次断裂，闭式循环冷却水泄漏至燃气轮机缸体上，紧急申请省调降负荷停机处理。惰走过程中转速至100 r/min左右，透平间能听见明显燃气轮机动静部件摩擦声音，当转速到50 r/min时，异常声音消失。

表1 冷却水泄漏前后1号瓦和3号瓦轴振及轴向位移对比 单位:mm

8日与10日前后两次火焰探测器冷却水泄漏引发的轴承振动特征相似，即轴向位移停止波动，轴振1X、1Y涨至一定程度时突然下降，同时3X、3Y急速上涨。10日盘车投入后，检修人员更换断裂火焰探测器D冷却水管道，处理完毕后机组再次按正常启动程序，MarkⅥ控制系统及DCS控制系统各项参数正常。

4 火焰探测器冷却水泄漏原因及振动分析

4.1 火焰探测器冷却水泄漏原因分析

火焰探测器出现冷却水管道接口断裂，造成冷却水接口断裂原因如下［1］:

(1)火焰探测器冷却水支撑管道未得到妥善支撑，机组两班制运行时，启停机燃气轮机燃烧模式切换时振动较大，对支撑部件产生扰动，可能会导致冷却水管道支撑部件发生位移，同时频繁的启停，造成支撑部件脱落，致使火焰探测器冷却水泄漏。

(2)火焰探测器冷却水管本身已经出现损坏、磨损、配件松动等，运行时燃气轮机振动的扰动，加剧了冷却水管的磨损。

(3)火焰探测器冷却水管出现了腐蚀，不合格的闭式循环冷却水水质对火焰探测器冷却水管道产生腐蚀。

(4)火焰探测器冷却水管道焊点出现了损坏，会导致管道刚度降低。

以上几点均会造成火焰探测器冷却水管接口断裂，对于此次冷却水管道接口断裂，因机组投产时间较短，暂时未将火焰探测器冷却水管道的检查纳入定期工作，因此无法完全判断具体是哪些因素引起，也可能为上述原因共同引起。

除上述原因之外若火焰探测器冷却盘管出现磨损也会造成潜在的冷却水泄漏［1］。

4.2 火焰探测器冷却水泄漏引起轴承振动分析

调出历史曲线发现，闭式循环膨胀水箱液位在轴振突变前一直平稳运行，轴向位移突然停止波动后，轴振1X、1Y开始上涨，当时并未注意到闭式循环膨胀水箱水位的下降，影响了值班员对轴承振动异常情况的判断，实际闭式循环膨胀水箱水位已开始下降，闭式循环冷却水已泄漏至燃气轮机缸体。对燃气轮机来说，当火焰探测器冷却水泄漏至燃气轮机缸体时，缸体一侧被部分冷却、收缩，热膨胀量减少，同时另外一侧燃气轮机膨胀量未变，燃气轮机热膨胀的变化传导至燃气轮机转子，造成1X、1Y振动随着火焰探测器冷却水的泄漏时间逐渐上涨。当冷却水泄漏至一定量时，燃气轮机热膨胀量减少至最小，燃气轮机缸体由于部分收缩，造成燃气轮机动静部分发生轻微摩擦，破坏整体轴系动平衡。对汽轮机来说，燃气轮机热膨胀的收缩变化高于期望值，燃气轮机缸体收缩的变化传导至汽轮机，造成轴振3X、3Y急剧上涨，最终导致轴承振动大，机组跳闸。

5 防范措施

为避免类似事件再次发生，影响燃气轮机的安全运行，采取以下防范措施:

(1)利用机组调峰停运机会对火焰探测器冷却水管道进行全面检查，发现问题及时处理，将危险系数降至最低。

(2)机组日常运行时加强闭式循环冷却水水质的监督管理。

(3)对火焰探测器进行升级改造，将火焰探测器更换为无冷却水火焰探测器［4］。

(4)机组检修期间加强对火焰探测器的维护和维修质量监督，从源头杜绝此类事件的发生。

(5)改善燃气轮机的运行工况，积极与电网公司协调沟通，尽量减少调峰运行或者改变调峰运行模式。

6 结语

本文通过对火焰探测器冷却水泄漏的实例进行分析，表明火焰探测器冷却水的不正常运行会导致潜在的硬件损坏和经济损失，机组运行时应密切关注振动的非正常变化，同时关注闭式循环膨胀水箱液位，及时发现异常。

燃气轮机发生局部的收缩，可能会产生严重的动静摩擦，甚至造成不可修复的损坏，为避免更大的经济损失及电网考核，本文提出了针对性的防范措施，为燃气轮机的安全运行提供一定的借鉴。

［1］ GE.TIL1579R1-turbine compartment water systems maintenance recommendations［Z］.2008:1-2.

［2］ GE.火焰探测器使用和维护手册［Z］.2003:15-16.

［3］ 福建晋江天然气发电有限公司.集控运行规程［Z］.晋江:福建晋江天然气发电有限公司，2011:2-3.

［4］ GE.GT051510Basic.