燃氣機組跳機原因分析及處理

（福能集團晉江天然氣發電有限公司，福建 晉江 362251）

燃氣機組跳機原因分析及處理

汪劍波，洪宗妙

（福能集團晉江天然氣發電有限公司，福建 晉江 362251）

針對某電廠F級燃氣機組出現的跳機現象進行原因分析。試驗結果表明，空氣側清吹閥VA13-5內漏所導致的PM4清吹閥間壓力異常是導致機組故障跳機的根本原因，針對這類故障，提出了相應的維修措施。

清吹閥；燃氣輪機；故障診斷

某電廠1#～4#機組為F級燃氣—蒸汽聯合循環發電機組。2010年5月以來，因清吹閥故障導致機組多次跳機。經換用進口清吹閥及將清吹閥電磁閥外移、增裝清吹閥閥間壓力測點后，基本解決了清吹閥故障跳機問題。但近期4#機組在檢查處理燃料模塊天然氣外漏故障時，再次因清吹閥故障而致機組跳機。

一、清吹閥工作原理

燃氣輪機從點火啟動到正常帶負荷運行時，在一定的燃燒模式下需要向那些不用的燃料支管提供一個正向的清吹。吹掃的壓力可通過管道或孔板尺寸調節其有效通流面積來設定。清吹空氣取自壓氣機排氣，其壓力值大于燃燒室壓力，以防止氣流回流。需清吹的支管安置有清吹接口。清吹閥由執行機構汽缸、電磁閥和快速關斷閥組件、閥體等部件組成。

1．執行機構汽缸

圖1 執行機構汽缸

如圖1所示，壓縮空氣從進排氣口進入汽缸，汽缸內的氣體積聚將活塞往兩側壓縮彈簧，此時閥門慢慢打開。當彈簧彈力與壓縮空氣推力平衡時，閥門處于平衡狀態，同時執行機構上有開限位，保證閥門不會過開。當壓縮空氣從進排氣口排出汽缸，彈簧靠自身彈力將兩側活塞往中間推動，此時閥門慢慢關閉，當汽缸內氣體排盡，閥門回到完全關位，同時執行機構上有關限位，保證在汽缸內壓縮空氣排盡后彈簧不會將閥門過關導致密封面受損。

2．電磁閥和快速關斷閥組件

如圖2所示，當電磁閥帶電，儀用空氣進入執行機構汽缸，把彈簧往兩側頂帶動傳動轉軸將閥門打開；當電磁閥失電，執行機構汽缸內儀用空氣在彈簧推動下快速排放，此時閥門關閉。

圖2 電磁閥和快速關斷閥組件

3．閥體

如圖3所示，閥門通過閥瓣與密封面之間的接觸實現閥門的密封，當執行機構動作時，閥體連桿通過齒輪傳動機構帶動閥瓣轉動實現開關。

圖3 清吹閥結構簡圖

機組由關斷型及調節控制型兩類清吹閥組成。關斷型清吹閥（VA13-1、VA13-5和VA13-6）動作時間在控制系統的實際要求為：關閉時，3s報警，8s跳閘；打開時，要求35±5s；清吹閥VA13-2打開的速度則是可控的。

二、故障現象和檢查

2013年10月14日，4#機啟機泄漏試驗期間，MK6發出“GAS FUEL COMPT HAZ GAS LEVEL HIGH”報警信號，燃料小間內危險氣體濃度高，其中危險氣體探頭9A：11%、9B：3%、LELHA7：10%。

對燃料模塊進行查漏檢查。從閥桿漏氣排放總管反向打壓檢查，發現D5、PM4清吹閥VA13-2、VA13-5、VA13-6盤根均有漏氣，緊固PM4清吹閥VA13-5、VA13-6盤根并活動清吹閥VA13-2、VA-13-5、VA13-6動作時間未發現異常，MK6界面上的開關位置反饋正常。

10月19日早上啟機時，MK6發出“G3 INTER PURGE VALVE PRESSURE FAULT”、“PILOTED PREMIX LOCKOUT LOAD LIMIT IN D5”和“PREMIX LOCKOUT”報警信號。當天采取臨時方案，即：強制壓力開關L63PG3AH、L63PG3BH、L63PG3CH信號為0，并監測屋頂上的排空管危險氣體濃度，發現濃度有逐步下降趨勢，判斷故障原因主要為空氣側清吹閥VA13-5內漏所致。燃燒切換后，G3清吹閥間壓力逐漸下降到0．03MPa。

10月20日下午，PM4清吹閥VA13-5、VA13-6更換最上一圈盤根，晚上檢查時發現PM4控制閥密封件損壞。

10月21日上午，4#機組燃料小間PM4燃料控制閥更換密封墊，更換后打壓檢查PM4閥桿未見漏氣，傳動燃料控制閥PM4、清吹閥VA13-1，VA13-2、VA13-5、VA13-6正常。

10月23日8：13左右，4#機組負荷92 MW，TTRF1達到1 800° F，燃燒切換進入先導預混模式時，5 min后MK6發出“G3 INTER PURGE INTERVALVE PRESSRE FAULT”、“GAS PURGE FAULT TRIP”報警信號，機組跳閘。G3清吹閥間壓力顯示0．334 7MPa（見圖4）。更換清吹閥VA13-5及VA13-6后開機正常。

圖4 清吹閥VA13-5關位置指示圖

三、清吹閥內漏故障原因分析

分析表明，VA13-5清吹閥內漏是造成本次機組跳機的直接原因，該問題是由初始安裝時期的閥門質量問題引起。

拆下氣動執行機構上部位置處反饋開關檢查發現，汽缸傳動軸頂部開口槽明顯偏離全關位置，出現近15°的夾角。在密封閥碟的背側用手電透光檢查，目視可見閥碟密封面有明顯透光且對應汽缸位置開關偏離角方向。

為了排除緊固、更換閥門填料后所造成的閥碟卡澀致關閉不到位因素的影響，檢修人員進行了如下試驗和分析：

(1)在跳機故障后的閥門原始狀態下，對清吹閥VA13-5進行了開關試驗。如圖4所示，該閥關位置未到位。

(2)多次、逐步調整擰緊清吹閥VA13-5的盤根壓蓋螺栓力矩，發現無論盤根壓蓋螺栓擰到多緊，該閥關位置仍如圖4所示未到位。

(3)全部松開清吹閥VA13-5的盤根壓蓋螺栓，進行開關試驗，該閥的關位置還是如圖4所示未到位。

(4)調整清吹閥VA13-5的關機械限位后進行開關試驗，該閥的關位置終于回到正常關閉位置。

為了排除閥門自身卡澀致關閉不到位因素的影響，25日早上對清吹閥進行了解體檢查。

如圖5所示，傳動軸外表面、閥門各密封件、密封面和軸套內表面光滑，無明顯磨損痕跡和毛刺現象。手動活動閥門傳動軸，閥門開關靈活，無卡澀現象。傳動軸與軸套間隙約為0．10 mm。球面光滑，無明顯磨損刮擦痕跡，但有明顯原始關閉不到位印痕。

圖5 閥門解體檢查圖片

上述試驗及檢查結果表明，調整填料壓蓋螺栓緊力及更換填料工作不是造成閥門內漏的原因。閥門氣動執行機構自安裝以來的關機械限位調整不當是導致閥門內漏的根本原因。

四、閥間壓力異常原因

該閥從安裝投用起，一直存在閥門外漏及閥門內漏情況。設Q1為VA13-5清吹閥外漏流量（包含從軋蘭上部的漏量及閥桿漏氣量），Q2為汽缸關機械限位調整不當所致的內漏流量，Q3為PM4清吹排放閥（VA13-13）流量。Q1恒定、Q2≤Q3時，不會造成清吹閥間壓力高。故該閥使用700余次以來一直未見有閥間壓力存在。

17日晚到18日凌晨緊固清吹閥VA13-5的軋蘭螺栓后，Q1減小，Q2增大，當Q2〉Q3時，清吹閥間壓力升高。圖6給出了本次開機閥間壓力變化曲線。從圖中可以看出清吹閥間壓力在燃燒模式切換后保持在0．1MPa（在緊固軋蘭后第一次存在閥間壓力）。

圖6 17日晚到18日凌晨清吹閥間壓力變化

20日下午更換清吹閥VA13-5最上層盤根后，Q1進一步減小，Q2再次增大，破壞了原來閥組間的壓力平衡，間接導致了23日啟機過程清吹閥間壓力高跳機事故。圖7給出了23日開機過程中清吹閥間壓力變化曲線。從圖中可以看出，08：16分燃燒模式切換后，清吹閥間壓力近5min時間（08：21）達到0．334 7MPa時跳機。

圖7 23日開機過程中清吹閥間壓力變化

五、結語

試驗結果表明，某廠4#機組燃氣輪機近期出現的跳機事故是由于空氣側清吹閥VA13-5內漏所引起的，而閥門氣動執行機構自安裝以來的關機械限位調整不當是導致閥門內漏的根本原因。

為了避免出現類似故障，應注意以下幾點：(1)加強新購閥門入廠時的驗收，不能因為是進口成品而忽略必要的檢查。安裝前進行閥門泄漏測試，確保安裝質量；(2)定期執行GE關于清吹閥泄漏試驗文件363A5598；(3)不輕易改變汽缸開、關限位止動螺栓位置。如需調整，必須經過機務專業確認并進行嚴密性試驗；(4)熱控對PM4/D5清吹閥間壓力增加壓力高報警信號；(5)運行人員加強對清吹閥間壓力的監視，發現問題及時通知相關部門。

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