M701F3燃機值班燃料噴嘴裂紋趨勢及改進

王慶韌

（廣東惠州天然氣發(fā)電有限公司 廣東惠州）

一、值班燃料噴嘴裂紋損壞情況統(tǒng)計

M701F3燃機采用環(huán)管式燃燒室布置，每臺機組含20套燃料噴嘴（主噴嘴+值班噴嘴），預(yù)期壽命為50 000 EOH（1）或1800次啟動，以先到者為準；保證壽命35 000h。值班燃料噴嘴起點火作用，在機組正常帶負荷運行中，仍然保持點火運行。歷次檢修中均發(fā)現(xiàn)值班燃料噴嘴裂紋損壞較為嚴重。

1.1#機組值班燃料噴嘴裂紋損壞情況

噴嘴在每次檢修中均采用整體進出方式，換下來的部件進行維修、備用。第一套部件第一次維修中無返修件，但第二套部件第一次維修中卻全部要返修，同時第一套部件第二次維修中有2個甚至需更新。損害開始浮現(xiàn)。

2.2#機組值班燃料噴嘴裂紋損壞情況

第一套部件第一次維修中即有6個返修，較1#機組明顯增多；第二套部件第一次維修中返修件再次大范圍增加，接近全部；第一套部件第二次維修中，全部更新，折算壽命只有12 030h，對比預(yù)期壽命50 000h相差近38 000h，對比保證壽命35 000h相差23 000h。

3.3#機組值班燃料噴嘴裂紋損壞情況

返修情況介于1#、2#機組之間。雖然更新一件噴嘴但基本屬正常范圍。

二、值班燃料噴嘴裂紋趨勢及影響因素分析

啟動次數(shù)和等效運行時間是影響機組運行的兩個重要因素，其與值班燃料噴嘴裂紋損壞之間的關(guān)系，通過繪出趨勢圖（圖略），可知值班燃料噴嘴每臺機組均隨著時間的推移漸漸加重（隨數(shù)量與程度雙增長），維修件、更換件也越來越多，且以2#機組最為嚴重。

值班燃料噴嘴損壞與該批部件在本輪檢修間隔內(nèi)運行的時間、啟動次數(shù)之間的關(guān)系，不如機組絕對累積運行時間、啟動次數(shù)影響大，但總體而言，趨勢規(guī)律性不強。設(shè)計一個表格，對部件材料與產(chǎn)地、制造與修理廠商進行統(tǒng)計，驗證以上結(jié)論的正確性，如原材料產(chǎn)地均為日本、維修地均為廣州，但損壞程度各不相同，說明各種因素間關(guān)聯(lián)度確實不大，裂紋趨勢的規(guī)律性不明顯。

若情況不加以改變，則以歷史均值預(yù)計，值班燃料噴嘴在第二次維修中（相當于機組第四次檢修）3臺機組仍需準備至少一套部件以備全部或部分更換（相當于3機合計換一套），平均每臺次檢修0.33套，成本很高。

裂紋趨勢的規(guī)律性不明顯，本身就是一個值得關(guān)注的反常問題。必需進行深刻的原因分析，采取相應(yīng)對策，減少值班燃料噴嘴裂紋損壞。

三、值班燃料噴嘴裂紋損壞原因分析

1.設(shè)計制造不良

針對F級燃機而言，從世界尖端水平來看，材料（包括母材與涂層）技術(shù)應(yīng)該已經(jīng)過關(guān)。這是重型燃氣輪機之所以取得長足發(fā)展的根基所在，目前國際上燃機技術(shù)已發(fā)展到J級水平，對F級而言，更不是關(guān)鍵問題。至于其設(shè)計安全安全裕度，相比于歐美標準，是偏緊一點，但不至成為2#機組值班燃料噴嘴因裂紋損壞而較大量地報廢之主因。若其為主要因素，則必與啟停次數(shù)或EOH相關(guān)，裂紋趨勢將呈一定的規(guī)律性，以上分析相抵觸。根據(jù)統(tǒng)計，以上涉及到的值班燃料噴嘴與主燃料噴嘴，均在日本制造，有大量的成熟的應(yīng)用業(yè)績，唯一區(qū)別是國內(nèi)采用DSS（日啟停）方式運行，而不是國際普遍的帶基荷運行方式，值班燃料噴嘴在啟動階段的耗時相對多一些，承受高溫的時間多一些，這可能是設(shè)計制造中沒有考慮的因素之一。三菱曾在燃機年會上口頭公開承認其設(shè)計是基于帶基荷方式，例證是——該壓氣機3級輪盤裂紋就緣于拉桿螺栓沉頭孔倒角尺寸偏小，使啟動過程中應(yīng)力集中過大所致。

2.修理技術(shù)不足

新品在第二次修理中比第一次修理中發(fā)現(xiàn)的損壞數(shù)量較多，而修理均在國內(nèi)合資廠進行，說明合資廠的修理技術(shù)明顯未充分消化好，當然這也不排除DSS運行新特點所引起的。但修理技術(shù)不足是非常充分的關(guān)鍵理由：①20套燃料噴嘴（包括主燃料噴嘴及值班燃料噴嘴）間流量不均、有偏差，有的甚至超過了制造標準極限，把它用作判斷噴嘴合格與否、報廢與否的標準是不合適的。值班燃料噴嘴的好壞不應(yīng)僅從一個一個孤立的噴孔的某一方面的因素來判斷，而應(yīng)該從全部噴孔的匹配性（流量、壓力）來整體衡量。在燃煤機組中都有這樣的體會。事實上，天然氣發(fā)電機組也是如此。另外，燃料噴嘴在高溫燃燒后必然有一定的微變形，機械地套用制造標準，顯然會造成修理范圍過大，給電廠帶來修理費用的上升。②國內(nèi)合資廠技術(shù)人員對技術(shù)判定標準掌握不夠，致使修理范圍擴大。有一個值班燃料噴嘴可能是拆卸中將噴嘴口部梳形齒拉彎一點，供貨商即將其判為報廢，堅持用手錘敲回繼續(xù)用了幾個檢修周期，目前仍在用。③修理中更換數(shù)量的增多及修理件的增多，說明合資廠對其修理能力沒有足夠的自信。

四、現(xiàn)階段減少值班燃料噴嘴裂紋產(chǎn)生的措施及效果

（1）立即著手研究兩班制運行特點及影響，從設(shè)計制造著手，根本改善或減少值班燃料噴嘴裂紋。這是較長期的任務(wù)。

（2）現(xiàn)階段從燃燒調(diào)整著手，減少值班燃料噴嘴在啟動階段的耗時、降低工作溫度。目前，已減少了并網(wǎng)前低轉(zhuǎn)速階段的天然氣流量，調(diào)整了CSO/PLCSO參數(shù)，優(yōu)化了燃料空氣比，實際運行效果良好。

（3）對各噴嘴進行工廠化精確的流量測試，選擇相近的噴嘴進行匹配性搭配，使整體燃燒效果保持良好。該方案實施后，機組運行非常穩(wěn)定，噴嘴返修及更換數(shù)量皆大幅減少。

（4）改進現(xiàn)場流量測試方法，在電廠內(nèi)建立簡易的試驗裝置，以方便電廠技術(shù)人員進行技術(shù)上的模糊判斷，共同確認是否需修理、是否需報廢。對修理廠實施對比見證，確保修理過程基本受控，防止過修及欠修。

（5）責成供貨商完善并提供適應(yīng)性的檢查標準、修理標準。

五、進一步減少值班燃料噴嘴裂紋的建議

（1）改善材料、設(shè)計、制造水平是根本方法。一是選用耐溫性能更好、抗疲勞、抗蠕變性能更好的材料，二是在設(shè)計時提高值班燃料噴嘴的安全裕度，三是充分考慮DSS運行方式特點。

（2）可讓值班燃料噴嘴在正常帶負荷階段退出運行（需改變目前主噴嘴與值班噴嘴一體的設(shè)計方式），或者改變旋流器結(jié)構(gòu)，改善值班燃料噴嘴。

（3）電廠側(cè)引進、培育核心技術(shù)之第三方加入市場競爭，迫使供應(yīng)商改善設(shè)計、制造、修理及服務(wù)質(zhì)量，進行技術(shù)創(chuàng)新與公開，及時主動地進行核心技術(shù)升級改造。

（4）M701F3燃機值班燃料噴嘴裂紋為常見現(xiàn)象，但報廢率偏高且無明顯趨勢性并不正常。通過判斷標準與方法的調(diào)整、改進，目前報廢率已明顯降低。通過燃燒調(diào)整，改善了值班燃料噴嘴裂紋傾向，修理量有所降低。