M701F3燃机值班燃料喷嘴裂纹趋势及改进

王庆韧

（广东惠州天然气发电有限公司 广东惠州）

一、值班燃料喷嘴裂纹损坏情况统计

M701F3燃机采用环管式燃烧室布置，每台机组含20套燃料喷嘴（主喷嘴+值班喷嘴），预期寿命为50 000 EOH（1）或1800次启动，以先到者为准；保证寿命35 000h。值班燃料喷嘴起点火作用，在机组正常带负荷运行中，仍然保持点火运行。历次检修中均发现值班燃料喷嘴裂纹损坏较为严重。

1.1#机组值班燃料喷嘴裂纹损坏情况

喷嘴在每次检修中均采用整体进出方式，换下来的部件进行维修、备用。第一套部件第一次维修中无返修件，但第二套部件第一次维修中却全部要返修，同时第一套部件第二次维修中有2个甚至需更新。损害开始浮现。

2.2#机组值班燃料喷嘴裂纹损坏情况

第一套部件第一次维修中即有6个返修，较1#机组明显增多；第二套部件第一次维修中返修件再次大范围增加，接近全部；第一套部件第二次维修中，全部更新，折算寿命只有12 030h，对比预期寿命50 000h相差近38 000h，对比保证寿命35 000h相差23 000h。

3.3#机组值班燃料喷嘴裂纹损坏情况

返修情况介于1#、2#机组之间。虽然更新一件喷嘴但基本属正常范围。

二、值班燃料喷嘴裂纹趋势及影响因素分析

启动次数和等效运行时间是影响机组运行的两个重要因素，其与值班燃料喷嘴裂纹损坏之间的关系，通过绘出趋势图（图略），可知值班燃料喷嘴每台机组均随着时间的推移渐渐加重（随数量与程度双增长），维修件、更换件也越来越多，且以2#机组最为严重。

值班燃料喷嘴损坏与该批部件在本轮检修间隔内运行的时间、启动次数之间的关系，不如机组绝对累积运行时间、启动次数影响大，但总体而言，趋势规律性不强。设计一个表格，对部件材料与产地、制造与修理厂商进行统计，验证以上结论的正确性，如原材料产地均为日本、维修地均为广州，但损坏程度各不相同，说明各种因素间关联度确实不大，裂纹趋势的规律性不明显。

若情况不加以改变，则以历史均值预计，值班燃料喷嘴在第二次维修中（相当于机组第四次检修）3台机组仍需准备至少一套部件以备全部或部分更换（相当于3机合计换一套），平均每台次检修0.33套，成本很高。

裂纹趋势的规律性不明显，本身就是一个值得关注的反常问题。必需进行深刻的原因分析，采取相应对策，减少值班燃料喷嘴裂纹损坏。

三、值班燃料喷嘴裂纹损坏原因分析

1.设计制造不良

针对F级燃机而言，从世界尖端水平来看，材料（包括母材与涂层）技术应该已经过关。这是重型燃气轮机之所以取得长足发展的根基所在，目前国际上燃机技术已发展到J级水平，对F级而言，更不是关键问题。至于其设计安全安全裕度，相比于欧美标准，是偏紧一点，但不至成为2#机组值班燃料喷嘴因裂纹损坏而较大量地报废之主因。若其为主要因素，则必与启停次数或EOH相关，裂纹趋势将呈一定的规律性，以上分析相抵触。根据统计，以上涉及到的值班燃料喷嘴与主燃料喷嘴，均在日本制造，有大量的成熟的应用业绩，唯一区别是国内采用DSS（日启停）方式运行，而不是国际普遍的带基荷运行方式，值班燃料喷嘴在启动阶段的耗时相对多一些，承受高温的时间多一些，这可能是设计制造中没有考虑的因素之一。三菱曾在燃机年会上口头公开承认其设计是基于带基荷方式，例证是——该压气机3级轮盘裂纹就缘于拉杆螺栓沉头孔倒角尺寸偏小，使启动过程中应力集中过大所致。

2.修理技术不足

新品在第二次修理中比第一次修理中发现的损坏数量较多，而修理均在国内合资厂进行，说明合资厂的修理技术明显未充分消化好，当然这也不排除DSS运行新特点所引起的。但修理技术不足是非常充分的关键理由：①20套燃料喷嘴（包括主燃料喷嘴及值班燃料喷嘴）间流量不均、有偏差，有的甚至超过了制造标准极限，把它用作判断喷嘴合格与否、报废与否的标准是不合适的。值班燃料喷嘴的好坏不应仅从一个一个孤立的喷孔的某一方面的因素来判断，而应该从全部喷孔的匹配性（流量、压力）来整体衡量。在燃煤机组中都有这样的体会。事实上，天然气发电机组也是如此。另外，燃料喷嘴在高温燃烧后必然有一定的微变形，机械地套用制造标准，显然会造成修理范围过大，给电厂带来修理费用的上升。②国内合资厂技术人员对技术判定标准掌握不够，致使修理范围扩大。有一个值班燃料喷嘴可能是拆卸中将喷嘴口部梳形齿拉弯一点，供货商即将其判为报废，坚持用手锤敲回继续用了几个检修周期，目前仍在用。③修理中更换数量的增多及修理件的增多，说明合资厂对其修理能力没有足够的自信。

四、现阶段减少值班燃料喷嘴裂纹产生的措施及效果

（1）立即着手研究两班制运行特点及影响，从设计制造着手，根本改善或减少值班燃料喷嘴裂纹。这是较长期的任务。

（2）现阶段从燃烧调整着手，减少值班燃料喷嘴在启动阶段的耗时、降低工作温度。目前，已减少了并网前低转速阶段的天然气流量，调整了CSO/PLCSO参数，优化了燃料空气比，实际运行效果良好。

（3）对各喷嘴进行工厂化精确的流量测试，选择相近的喷嘴进行匹配性搭配，使整体燃烧效果保持良好。该方案实施后，机组运行非常稳定，喷嘴返修及更换数量皆大幅减少。

（4）改进现场流量测试方法，在电厂内建立简易的试验装置，以方便电厂技术人员进行技术上的模糊判断，共同确认是否需修理、是否需报废。对修理厂实施对比见证，确保修理过程基本受控，防止过修及欠修。

（5）责成供货商完善并提供适应性的检查标准、修理标准。

五、进一步减少值班燃料喷嘴裂纹的建议

（1）改善材料、设计、制造水平是根本方法。一是选用耐温性能更好、抗疲劳、抗蠕变性能更好的材料，二是在设计时提高值班燃料喷嘴的安全裕度，三是充分考虑DSS运行方式特点。

（2）可让值班燃料喷嘴在正常带负荷阶段退出运行（需改变目前主喷嘴与值班喷嘴一体的设计方式），或者改变旋流器结构，改善值班燃料喷嘴。

（3）电厂侧引进、培育核心技术之第三方加入市场竞争，迫使供应商改善设计、制造、修理及服务质量，进行技术创新与公开，及时主动地进行核心技术升级改造。

（4）M701F3燃机值班燃料喷嘴裂纹为常见现象，但报废率偏高且无明显趋势性并不正常。通过判断标准与方法的调整、改进，目前报废率已明显降低。通过燃烧调整，改善了值班燃料喷嘴裂纹倾向，修理量有所降低。