9FA型燃氣輪機燃料管清吹閥故障原因及對策分析

摘 要：文章介紹了GE公司9FA型燃氣輪機燃料管清吹閥的控制原理，描述了故障現象，分析了故障原因，并對消除故障的方法進行了闡述。

關鍵詞：9FA型燃氣輪機；清吹閥；故障原因

1 燃料管清吹系統簡介

GE公司生產的9FA型燃氣輪機D5和PM4燃料管上都布置有氣體清吹系統，當燃料管在不輸送燃料的時候都要進行清吹。清吹氣體來自壓氣機抽出的排氣，清吹的作用是防止燃料管中形成燃料氣集聚、冷卻燃料噴嘴，防止噴嘴由于回火而造成燒蝕。

在D5燃料管上有兩個串聯布置的清吹閥：VA13-1，VA13-2，一個排空閥：20VG-2；在兩個清吹閥中間的管道上布置有3個閥間壓力開關：63PG-1A，1B，1C，用來監測閥間壓力；燃料管上還布置有3點溫度：PT-G1-1A，2A，3A，用于系統吹掃溫度的顯示與控制。在PM4燃料管上同樣有兩個串聯布置的清吹閥：VA13-5，VA13-6，一個排空閥：20VG-4；兩個清吹閥中間的管道上布置有3個閥間壓力開關：63PG-3A，3B，3C。系統中還布置有3個燃料噴嘴燃氣/空氣壓比變送器：96GN-1，96GN-2，96GN-3。

2 燃料管清吹閥的控制原理

清吹閥、排空閥都是氣動執行機構，靠電磁閥、氣缸來控制閥門的開關，閥門上布置有位置反饋裝置。其中VA13-1，VA13-5，VA13-6是兩位式氣動執行機構，VA13-2是調節型氣動執行機構，由電磁閥、定位器、薄膜來控制閥門的開關，并帶一個四副位置開關的位置反饋裝置來表示閥門的開度。

當D5燃料管有燃料流動時，清吹閥VA13-1，VA13-2關閉，排空閥20VG-2打開，排空集聚在兩只清吹閥之間管道內的燃料氣，通過3個閥間壓力開關63PG-1A，1B，1C來監視兩個清吹閥關閉的嚴密性。當流經D5燃料管的燃料停止流動（預混燃燒方式）時，就要啟動對D5燃料管道的吹掃，通過MK6控制程序使VA13-1，VA13-2打開，排空閥20VG-2關閉，將壓氣機排氣通入D5燃料管進行吹掃。

同樣，當PM4燃料管有燃料流動（先導預混、預混燃燒方式）時，清吹閥VA13-5，VA13-6關閉，排空閥20VG-4打開，排空集聚在兩只清吹閥之間管道內的燃料氣，通過3個閥間壓力開關63PG-3A，3B，3C來監視兩個清吹閥關閉的嚴密性。當流經PM4燃料管的燃料停止流動（機組啟動時吹掃、擴散、子先導預混燃燒方式）時，就要啟動對PM4燃料管道的吹掃，清吹閥VA13-5，VA13-6打開，排空閥20VG-4關閉，將壓氣機排氣通入PM4燃料管進行吹掃。

當機組處于不同的燃燒方式運行時，發生D5，PM4燃料管清吹閥開或關不同種類的故障組合時，為確保機組設備安全，會觸發機組跳閘、減負荷和燃燒方式閉鎖等事件的發生。

3 燃料管清吹閥故障現象及原因分析

望亭發電廠1、2號燃機在各種不同的燃燒方式運行時，多次發生因燃料管清吹閥故障導致的跳機、減負荷、燃燒方式閉鎖等事件，嚴重威脅到機組的安全經濟運行。現將具體事件歸納如下。（1）燃燒方式由先導預混模式（PPM）切換到預混模式（PM）時，發生D5燃料管清吹閥故障導致預混模式PM閉鎖；（2）燃燒方式由擴散燃燒模式（D5）切換到子先導預混模式（SPPM）時，發生D5燃料管清吹閥故障，或PM4燃料管清吹閥故障，導致子先導預混模式SPPM閉鎖；（3）燃燒方式由子先導預混模式時（SPPM）切換到先導預混模式（PPM）時，發生PM4燃料管清吹閥故障導致先導預混模式PPM閉鎖，觸發自動減負荷；（4）機組在任何燃燒方式下運行，發生D5燃料管清吹閥故障，導致機組跳閘；（5）機組在先導預混模式（PPM）、預混模式（PM）下運行時，發生PM4燃料管清吹閥故障，導致機組跳閘；（6）機組在點火前的吹掃過程中，發生PM4燃料管清吹閥故障，導致機組跳閘。

針對以上故障類型，通過歷史事件追憶、查看曲線和就地檢查設備等方式進行事故分析，將事故原因分析如下。（1）當燃燒方式由PPM切到PM時，因D5燃料管清吹閥開指令二類故障，燃燒方式在PM模式時，清吹閥VA13-2的兩副位置開關：L33PG2O和L33PG2_1任意一副置“1”，觸發預混模式PM閉鎖；（2）當燃燒方式由D5切換到SPPM時，因D5燃料管清吹閥關指令一類故障；或PM4燃料管清吹閥開指令任意類故障發生，觸發子先導預混模式SPPM閉鎖；（3）當燃燒方式由SPPM切換到PPM時，因PM4燃料管清吹閥開、關指令任意類故障發生，觸發先導預混模式PPM閉鎖，機組減負荷；（4）機組在啟動、升速、并網、加負荷、帶基本負荷等過程中，因發生D5燃料管清吹閥關指令二、三、四類任意故障，導致機組跳閘；（5）機組在先導預混模式（PPM）、預混模式（PM）下運行，因PM4燃料管清吹閥關指令二、三、四類故障，導致機組跳閘；（6）機組在點火前的吹掃過程中，因PM4燃料管清吹閥開指令一、二類故障，導致機組跳閘。

通過以上事故原因分析，發現都是由于D5，PM4燃料管清吹閥開、關位置故障導致的。由于清吹閥整體布置在燃料模塊這個封閉的小室內，電磁閥、放大器等氣動元件也都與閥門一起布置在小室內，機組運行時燃料模塊小室內的溫度可達80～90 ℃，長時間運行下來，因高溫導致電磁閥、放大器、氣缸等氣動元件出現閥芯卡澀、密封圈老化漏氣等現象，從而導致閥門動作遲緩、無法開關等故障的發生。燃機作為調峰機組，每天都要啟停，由于頻繁啟停使得閥門經常開關，以及燃料管內溫度、壓力等影響因素，時間長了容易造成清吹閥內漏，從而導致閥門關閉時閥間壓力高觸發跳機、燃燒方式閉鎖事件發生。由于長時間高溫、振動等環境因素，造成D5燃料管清吹閥VA13-2位置反饋裝置內四副開關出現位置漂移，定位器、反饋裝置出現老化失靈，從而導致故障發生。當燃機長時間未開（3 d以上）再啟動時，由于閥門卡澀不靈活等原因造成閥門開關時間超限而導致清吹閥故障發生。

4 解決燃料管清吹閥故障原因的對策

通過對故障原因的深入分析，我們發現主要原因是由于燃料模塊這個封閉小室內的溫度較高，這些氣動執行機構部件長時間處在這樣的工作環境下就容易發生故障。還有燃機頻繁啟停，閥門、氣動執行機構部件、位置反饋裝置老化等因素都會導致故障的發生。經討論研究，我們決定采取以下措施來消除或減少清吹閥故障的發生率。

（1）把VA13-1，VA13-2，VA13-5，VA13-6，20VG-2，20VG-4這6個氣動執行機構的電磁閥、放大器都統一移到燃料模塊小室的外面，重新敷設氣源管路，這樣就能有效避開燃料模塊內的高溫環境，大大降低了電磁閥、放大器的工作溫度，延長使用壽命，從而降低故障發生率。

（2）原來在D5，PM4燃料管的兩個清吹閥之間各布置有3個閥間壓力開關，用來監視當清吹閥關閉、排空閥打開后，兩個清吹閥之間的管道內有無燃料氣聚集。3個開關三取二運算后會觸發跳機信號。因為都是開關量，所以當故障發生時無法判斷是閥門真的泄漏還是壓力開關自身的問題。因此，把兩組壓力開關中每組的第3個都改為變送器，再與其他兩個開關進行三取二運算，這樣可以通過模擬量信號來真實、直觀地判斷出故障原因，從而消除故障。

（3）D5燃料管清吹閥VA13-2與其他清吹閥不同，是一個由電磁閥、定位器、薄膜控制的調節型氣動執行機構，帶一個四副位置開關的位置反饋裝置。由于定位器的輸出控制氣壓信號較弱，為了閥門動作的靈敏性無法移到燃料模塊小室外，而且FISHER公司生產的DVC6000系列定位器的工作溫度可以從-40～85℃，可以在燃料模塊內正常工作。因此，把電磁閥和放大器移到燃料模塊外面，保留定位器在小室內。利用燃機啟停頻繁的特點，在停機期間定期到燃料模塊內檢查定位器、位置反饋裝置的工作情況，有無管子、接頭漏氣，并對閥門進行全行程校驗，記錄下四副位置開關的動作點，發現偏差大時要立即調整。因燃料模塊內溫度較高，要記錄好定位器、位置反饋裝置的使用周期，一旦發現定位器反應遲緩，位置反饋裝置反復漂移、無法調整的情況，說明設備已老化，要立即進行更換。

（4）定期對所有燃料管清吹閥進行校驗。當燃機停機3 d以上時，要安排對清吹閥進行校驗。記錄好每個清吹閥的開關時間，其中VA13-1，VA13-5，VA13-6的開啟速度要求（35±5）S，關閉速度要求<4 S，一旦發現開關時間超出范圍，要及時調節針形計量閥來調整進氣量，從而調節閥門的開關速度。VA13-2要記錄好四副位置開關各自的動作點，超出范圍要及時調整。在校驗閥門時要有人在現場檢查電磁閥、氣缸、定位器以及接頭有無漏氣，如有漏氣要及時緊固消除。兩個排空閥20VG-2，20VG-4因沒有位置反饋，所以要到現場觀察閥門實際的動作情況。一旦發現閥門有卡澀、開關異常緩慢等現象，要及時對電磁閥、氣缸、定位器等氣動執行機構進行檢查、更換，如果是閥門機械問題，要及時通知機務進行處理。

5 結語

在兩臺機組的檢修中把燃料管清吹閥的電磁閥、氣源放大器統一移到燃料模塊小室外面；把兩組閥間壓力開關中每組的第3個改成變送器，再與其他兩個開關進行三取二運算；定期對所有燃料管清吹閥進行校驗，記錄開關時間；記錄好電磁閥、定位器、放大器等氣動執行機構部件的使用周期，對老化的部件及時進行更換。通過以上手段，大大降低了燃料管清吹閥的故障發生率，確保了機組的安全、經濟運行，并節省了因頻繁更換氣動執行機構部件而產生的一筆可觀的生產維護費用。

作者簡介：朱俊（1982— ），男，江蘇蘇州，本科，技師；研究方向：9FA燃機檢修和維護。

Abstract：This paper introduces the control principle of GE 9FA type gas turbine fuel pipe blowing valve， describes the fault phenomenon， analyzes the cause of fault， and expounds the method of eliminating the fault.

Key words： 9FA type gas turbine； pipe blowing valve； cause of fault