GE燃氣輪機火檢探頭工作方式分析及改造

陳杰

摘要：火檢探頭用于監視燃氣輪機啟動及運行過程中燃燒筒的火焰燃燒情況。火檢探頭的運行可靠性，直接關系到整個機組的安全穩定運行。本文通過對目前GE燃氣輪機普遍應用的水冷式火檢探頭工作方式及故障案例的討論，對火檢探頭的可靠性進行了論證，并通過實例證明干式火檢探頭的可靠性。

關鍵詞：火檢探頭;工作方式;冷卻水泄漏;可靠性;改造

分類號：TM611.31

引言

GE燃氣輪機透平間一般設置有4個火檢探頭，分別安裝于15～18號燃燒筒，能將檢測到的火焰信號轉換為4～20mA的電信號，傳輸至燃機MARKVIE系統，用于監控燃機啟動時點火是否成功，并在運行過程中參與熄火保護。

GE燃氣輪機目前普遍應用水冷式火檢探頭，采用閉冷水作為火檢探頭的冷卻介質。近年來已發生多起燃機電廠因水冷式火檢探頭故障導致異常，燃氣輪機迫切需要一種更加可靠的火檢探頭。某發電公司火檢探頭原設計為水冷式火檢探頭，通過對水冷式火檢探頭故障案例的分析研究，提出將其改造為干式火檢探頭，徹底消除冷卻水泄漏的隱患，應用后效果良好。

一、火檢探頭工作原理

火檢探頭采用檢測火焰發出的UV光的方法來快速識別火焰狀態。應用于GE燃氣輪機的火檢探頭能夠輸出鋸齒形的脈沖信號，頻率與火焰強度成正比，該信號經轉換輸出4～20mA的模擬量信號傳輸至MARKVIE系統。MARKVIE系統將該模擬量信號轉換為百分比，并與系統設置的定值進行比較，當轉換出來的百分比高于該定值時，系統判定火焰信號存在[1]。

由于GE燃氣輪機缸體無保溫，機組運行時環境溫度高于150℃，而火檢探頭允許的最高工作溫度為125℃，故需使用10～52℃的冷卻水，通過與火檢探頭相接觸的盤旋管對其進行冷卻，冷卻水流量應控制在3.8～5.7L/min范圍內[2]。

二、水冷式火檢探頭故障案例分析

1.火檢探頭檢測強度波動

某電廠1期工程是GE的燃氣-蒸汽聯合循環發電機組。其燃機應用了水冷式火檢探頭，火檢冷卻水管按GE設計要求安裝于透平間內的燃機缸體上方位置。

投產以來多次發生機組正常運行過程中，火焰強度大幅波動的情況，其中18號火檢探頭波動最劇烈。

經分析，火檢探頭強度大幅波動的原因如下：

（1）機組運行時，火檢冷卻水受透平間高溫環境熱輻射影響，水溫升高，冷卻效果下降，而18號火檢探頭安裝于冷卻水管的末端，冷卻效果最差，強度波動最大。

（2）火檢冷卻水管位于火檢冷卻水系統的最高點，若長時間運行，容易在頂部積存空氣，進而影響火檢探頭的冷卻效果[3]。

2.火檢探頭冷卻水管碰磨

某電廠1期工程為GE 9FB燃氣-蒸汽聯合循環發電機組。燃機應用水冷式火檢探頭，冷卻水管安裝于透平間內，使用閉式冷卻水進行冷卻。

#1機組聯運后按停機曲線停機，惰走后正常投入盤車，盤車正常投入約1.5小時后跳閘，就地檢查盤車電控柜報過負荷報警。檢修人員現場確認無法手動盤車，隨即對#1燃機進行悶缸處理，直至手盤成功后退出悶缸模式。檢修人員進入透平間內部檢查，發現火檢冷卻水支管漏水，隨即隔離火檢冷卻水系統，檢查后發現為冷卻水支管與二氧化碳滅火系統噴嘴碰磨，導致冷卻水支管磨穿漏水。檢修人員拆下支管進行補焊處理，并改變管道走向，保證管道間隙充足，避免再次碰磨。通水后檢查無漏水現象。

經分析：火檢冷卻水支管與二氧化碳噴頭長期存在碰磨情況，且已接近磨穿管壁，而#1機組連運加劇了管道磨損，并最終磨穿管壁，導致火檢冷卻水連續漏水至燃燒器和壓氣機末四級葉片。在機組連運過程中，壓氣機缸體持續加熱，而火檢冷卻水漏水漏至缸體即被加熱蒸發，對缸體降溫作用有限，缸體收縮程度較小，而停機后，缸體無持續熱源加熱，漏水積聚，缸體冷熱溫差大，收縮程度加大，直至完全抵消壓氣機動葉葉頂間隙，造成碰磨，從而引起盤車過力矩保護跳閘。

三、干式火檢探頭可靠性研究

1.干式火檢探頭工作原理

干式火檢探頭設計的最大耐溫為325℃。其耐高溫性能是通過獨立的SiC發光二極管來實現。且該二極管材料對UV光具有高度敏感性，但對可見光和金屬外殼產生的紅外線不敏感，故探頭具有很好的抗干擾特性。SiC能夠通過燃燒室內的液體燃料氣霧，精準識別燃燒室內火焰產生的長波長UV光。

干式火檢探頭檢測到火焰信號后，通過光纖傳輸至信號放大器，再將信號送至MARKVIE系統。

2.干式火檢改造實踐

某電廠經對火檢探頭的可靠性進行比較，并對同類型電廠進行調研后，決定利用檢修機會，將水冷式火檢探頭更換為干式火檢探頭。改造后效果良好，具體改造如下：

（1）將水冷式火檢探頭更換為干式火檢探頭。

（2）將干式火檢探頭的信號放大器安裝至燃機罩殼外，避免高溫對信號放大器內的溫度敏感元件造成損壞。

（3）干式火檢探頭的光纖用保溫繩包裹，并固定到電纜橋架上，避免光纖與燃機缸體接觸熔斷。

（4）原有火檢冷卻水管拆除，冷卻水進水閥后加堵板，確保燃氣輪機運行過程中不發生冷卻水泄漏事件。

四、結論

針對GE燃氣輪機火檢探頭的工作方式，結合水冷式火檢探頭導致的事故案例進行分析，提出應用可靠性更高的干式火檢探頭。以某發電公司為例，驗證干式火檢探頭項目實施后的效果，同時證明干式火檢探頭更有利于發電機組的安全穩定運行。該應用對同類型機組具有借鑒意義，可有效避免水冷式火檢探頭漏水導致機組不安全事件的發生。

參考文獻：

[l] 中國華電集團公司.大型燃氣-蒸汽聯合循環發電技術叢書：控制系統分冊[M].北京：中國電力出版社，2009：140-143.

[2] GE.火焰探測器使用和維護手冊[Z].2003：15一16.

[3] 王小江.GE 9FA燃氣電廠燃機火焰探測器可靠性研究與應用[B].中國設備工程，2016：47-49.

作者簡介：陳? 杰（1994-），男，助理工程師，主要從事發電廠熱工自動化控制工作。

（廣東粵電新會發電有限公司，廣東 江門 529149 ）