燃气机组跳机原因分析及处理

（福能集团晋江天然气发电有限公司，福建 晋江 362251）

燃气机组跳机原因分析及处理

汪剑波，洪宗妙

（福能集团晋江天然气发电有限公司，福建 晋江 362251）

针对某电厂F级燃气机组出现的跳机现象进行原因分析。试验结果表明，空气侧清吹阀VA13-5内漏所导致的PM4清吹阀间压力异常是导致机组故障跳机的根本原因，针对这类故障，提出了相应的维修措施。

清吹阀；燃气轮机；故障诊断

某电厂1#～4#机组为F级燃气—蒸汽联合循环发电机组。2010年5月以来，因清吹阀故障导致机组多次跳机。经换用进口清吹阀及将清吹阀电磁阀外移、增装清吹阀阀间压力测点后，基本解决了清吹阀故障跳机问题。但近期4#机组在检查处理燃料模块天然气外漏故障时，再次因清吹阀故障而致机组跳机。

一、清吹阀工作原理

燃气轮机从点火启动到正常带负荷运行时，在一定的燃烧模式下需要向那些不用的燃料支管提供一个正向的清吹。吹扫的压力可通过管道或孔板尺寸调节其有效通流面积来设定。清吹空气取自压气机排气，其压力值大于燃烧室压力，以防止气流回流。需清吹的支管安置有清吹接口。清吹阀由执行机构汽缸、电磁阀和快速关断阀组件、阀体等部件组成。

1．执行机构汽缸

图1 执行机构汽缸

如图1所示，压缩空气从进排气口进入汽缸，汽缸内的气体积聚将活塞往两侧压缩弹簧，此时阀门慢慢打开。当弹簧弹力与压缩空气推力平衡时，阀门处于平衡状态，同时执行机构上有开限位，保证阀门不会过开。当压缩空气从进排气口排出汽缸，弹簧靠自身弹力将两侧活塞往中间推动，此时阀门慢慢关闭，当汽缸内气体排尽，阀门回到完全关位，同时执行机构上有关限位，保证在汽缸内压缩空气排尽后弹簧不会将阀门过关导致密封面受损。

2．电磁阀和快速关断阀组件

如图2所示，当电磁阀带电，仪用空气进入执行机构汽缸，把弹簧往两侧顶带动传动转轴将阀门打开；当电磁阀失电，执行机构汽缸内仪用空气在弹簧推动下快速排放，此时阀门关闭。

图2 电磁阀和快速关断阀组件

3．阀体

如图3所示，阀门通过阀瓣与密封面之间的接触实现阀门的密封，当执行机构动作时，阀体连杆通过齿轮传动机构带动阀瓣转动实现开关。

图3 清吹阀结构简图

机组由关断型及调节控制型两类清吹阀组成。关断型清吹阀（VA13-1、VA13-5和VA13-6）动作时间在控制系统的实际要求为：关闭时，3s报警，8s跳闸；打开时，要求35±5s；清吹阀VA13-2打开的速度则是可控的。

二、故障现象和检查

2013年10月14日，4#机启机泄漏试验期间，MK6发出“GAS FUEL COMPT HAZ GAS LEVEL HIGH”报警信号，燃料小间内危险气体浓度高，其中危险气体探头9A：11%、9B：3%、LELHA7：10%。

对燃料模块进行查漏检查。从阀杆漏气排放总管反向打压检查，发现D5、PM4清吹阀VA13-2、VA13-5、VA13-6盘根均有漏气，紧固PM4清吹阀VA13-5、VA13-6盘根并活动清吹阀VA13-2、VA-13-5、VA13-6动作时间未发现异常，MK6界面上的开关位置反馈正常。

10月19日早上启机时，MK6发出“G3 INTER PURGE VALVE PRESSURE FAULT”、“PILOTED PREMIX LOCKOUT LOAD LIMIT IN D5”和“PREMIX LOCKOUT”报警信号。当天采取临时方案，即：强制压力开关L63PG3AH、L63PG3BH、L63PG3CH信号为0，并监测屋顶上的排空管危险气体浓度，发现浓度有逐步下降趋势，判断故障原因主要为空气侧清吹阀VA13-5内漏所致。燃烧切换后，G3清吹阀间压力逐渐下降到0．03MPa。

10月20日下午，PM4清吹阀VA13-5、VA13-6更换最上一圈盘根，晚上检查时发现PM4控制阀密封件损坏。

10月21日上午，4#机组燃料小间PM4燃料控制阀更换密封垫，更换后打压检查PM4阀杆未见漏气，传动燃料控制阀PM4、清吹阀VA13-1，VA13-2、VA13-5、VA13-6正常。

10月23日8：13左右，4#机组负荷92 MW，TTRF1达到1 800° F，燃烧切换进入先导预混模式时，5 min后MK6发出“G3 INTER PURGE INTERVALVE PRESSRE FAULT”、“GAS PURGE FAULT TRIP”报警信号，机组跳闸。G3清吹阀间压力显示0．334 7MPa（见图4）。更换清吹阀VA13-5及VA13-6后开机正常。

图4 清吹阀VA13-5关位置指示图

三、清吹阀内漏故障原因分析

分析表明，VA13-5清吹阀内漏是造成本次机组跳机的直接原因，该问题是由初始安装时期的阀门质量问题引起。

拆下气动执行机构上部位置处反馈开关检查发现，汽缸传动轴顶部开口槽明显偏离全关位置，出现近15°的夹角。在密封阀碟的背侧用手电透光检查，目视可见阀碟密封面有明显透光且对应汽缸位置开关偏离角方向。

为了排除紧固、更换阀门填料后所造成的阀碟卡涩致关闭不到位因素的影响，检修人员进行了如下试验和分析：

(1)在跳机故障后的阀门原始状态下，对清吹阀VA13-5进行了开关试验。如图4所示，该阀关位置未到位。

(2)多次、逐步调整拧紧清吹阀VA13-5的盘根压盖螺栓力矩，发现无论盘根压盖螺栓拧到多紧，该阀关位置仍如图4所示未到位。

(3)全部松开清吹阀VA13-5的盘根压盖螺栓，进行开关试验，该阀的关位置还是如图4所示未到位。

(4)调整清吹阀VA13-5的关机械限位后进行开关试验，该阀的关位置终于回到正常关闭位置。

为了排除阀门自身卡涩致关闭不到位因素的影响，25日早上对清吹阀进行了解体检查。

如图5所示，传动轴外表面、阀门各密封件、密封面和轴套内表面光滑，无明显磨损痕迹和毛刺现象。手动活动阀门传动轴，阀门开关灵活，无卡涩现象。传动轴与轴套间隙约为0．10 mm。球面光滑，无明显磨损刮擦痕迹，但有明显原始关闭不到位印痕。

图5 阀门解体检查图片

上述试验及检查结果表明，调整填料压盖螺栓紧力及更换填料工作不是造成阀门内漏的原因。阀门气动执行机构自安装以来的关机械限位调整不当是导致阀门内漏的根本原因。

四、阀间压力异常原因

该阀从安装投用起，一直存在阀门外漏及阀门内漏情况。设Q1为VA13-5清吹阀外漏流量（包含从轧兰上部的漏量及阀杆漏气量），Q2为汽缸关机械限位调整不当所致的内漏流量，Q3为PM4清吹排放阀（VA13-13）流量。Q1恒定、Q2≤Q3时，不会造成清吹阀间压力高。故该阀使用700余次以来一直未见有阀间压力存在。

17日晚到18日凌晨紧固清吹阀VA13-5的轧兰螺栓后，Q1减小，Q2增大，当Q2〉Q3时，清吹阀间压力升高。图6给出了本次开机阀间压力变化曲线。从图中可以看出清吹阀间压力在燃烧模式切换后保持在0．1MPa（在紧固轧兰后第一次存在阀间压力）。

图6 17日晚到18日凌晨清吹阀间压力变化

20日下午更换清吹阀VA13-5最上层盘根后，Q1进一步减小，Q2再次增大，破坏了原来阀组间的压力平衡，间接导致了23日启机过程清吹阀间压力高跳机事故。图7给出了23日开机过程中清吹阀间压力变化曲线。从图中可以看出，08：16分燃烧模式切换后，清吹阀间压力近5min时间（08：21）达到0．334 7MPa时跳机。

图7 23日开机过程中清吹阀间压力变化

五、结语

试验结果表明，某厂4#机组燃气轮机近期出现的跳机事故是由于空气侧清吹阀VA13-5内漏所引起的，而阀门气动执行机构自安装以来的关机械限位调整不当是导致阀门内漏的根本原因。

为了避免出现类似故障，应注意以下几点：(1)加强新购阀门入厂时的验收，不能因为是进口成品而忽略必要的检查。安装前进行阀门泄漏测试，确保安装质量；(2)定期执行GE关于清吹阀泄漏试验文件363A5598；(3)不轻易改变汽缸开、关限位止动螺栓位置。如需调整，必须经过机务专业确认并进行严密性试验；(4)热控对PM4/D5清吹阀间压力增加压力高报警信号；(5)运行人员加强对清吹阀间压力的监视，发现问题及时通知相关部门。

[1] 中国华电集团公司． 设备及系统分册[M]． 北京：中国电力出版社，2009 ．

[2] 许平宝． 9FA 机组燃料清吹阀门动作故障分析与预防燃气轮机技术[J]． 2012，25(2)：59-63．

[3] 杨顺虎．燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行[M]．北京：中国电力出版社，2003．

TK478

B

1671-0711（2014）05-0042-03

2014-02-18）