GE 9FA燃机电厂清吹系统典型故障及防范

王小江（福建能源集团晋江天然气发电有限公司，福建 晋江 362251）

GE 9FA燃机电厂清吹系统典型故障及防范

王小江（福建能源集团晋江天然气发电有限公司，福建 晋江 362251）

本文介绍了GE 9FA清吹系统典型热工故障类型，分析其故障原因并制定相关防范措施。通过大量的实施实例，介绍了近年来某电厂采取的设备改进、逻辑优化等技术改造工作，为防范清吹系统故障提供多种思路。采取技术改进措施后，极大提高燃机清吹系统稳定性，有利于机组安全稳定运行。

清吹阀；保护；改造；优化

1 引言

GE 9FA燃机采用干式低氮燃烧的DLN2.0+燃烧系统，燃烧器由扩散燃烧通道D5、预混燃烧通道PM4、预混燃烧通道PM1。机组启动至满负荷过程中，燃烧室通过多种配气模式组成各种燃烧模式。

当燃机燃烧进入预混阶段，燃气清吹系统将压气机排气对D5燃烧器及管道进行大流量清吹。当燃烧方式在扩散燃烧时，则将提供小流量空气对PM4燃烧器及管道连续进行清吹，以便将燃烧器及管道中的剩余燃气清吹掉。当所有燃烧器燃烧时，清吹系统是不工作的。每路燃气母管在不输送燃料的时候都要清吹。如正常运行中燃料控制阀关闭，燃气管路没有天然气流量时，清吹系统可以维持一定的压气机排气流量通过燃料喷嘴通道。如果没有进行必须的清吹，有可能损坏燃烧系统的部件。在燃气轮机运行时，气体清吹系统也用来为尚未投用的总管提供可靠的吹扫。清吹压力必需足够大以防止通过喷嘴的燃料回流，防止在燃料喷嘴以及燃烧室之间的来回干扰。

由于清吹系统对燃机安全稳定运行起到重要作用，本文就清吹系统典型故障类型和热工方面如何提高可靠性进行阐述。

2 清吹阀电磁阀移位改造

某电厂投产以来，由于燃料模块气动阀清吹阀问题，导致机组多次启动失败，机组燃烧模式多次不能正常切换以及机组在燃烧模式切换的过程中发生机组跳闸的情况也时有发生，对机组的使用寿命和电网负荷的稳定性构成了严重威胁。

清吹阀电磁阀使用的是知名品牌ASCO电磁阀，电磁阀设计寿命可达动作上万次以上。在每次出现阀门开启或关闭故障时，检查电磁阀均未发现有异常现象。为检验电磁阀的工作性能，设计了电磁阀试验台与测试逻辑。将待试验性能的电磁阀装在试验台上，接上仪用气源，点击试验开始按钮后，电磁阀可按预先设置的次数进行动作，通过监视阀前和阀后压力来对电磁阀动作性能进行判断。

防范措施：电磁阀由于安装在燃料模块气动阀门旁边，而这些阀门所处的燃料模块空间在机组正常运行中的环境温度比较高，有可能导致电磁阀密封圈过早老化，电磁阀漏气使阀门不能正常动作。为有效避免电磁阀密封圈失效，提高阀门的正常动作率，将燃料小间所有气动阀门的电磁阀移出燃料小间并重新进行布置。同时由于燃料模块空间有限，每次发生异常情况后，更换电磁阀极为不方便，经过移位后，更换电磁阀的时间在几分钟内就可以完成，为机组尽快并网赢得了时间。移位改造示意图如图1所示。

图1 电磁阀移位改造示意图

移位改造内容：将燃料小间辅助关断阀、清吹阀、排空阀电磁阀移出燃料小间布置；仪用空气由仪用气母管引来，用2"不锈钢管作为分支母管，母管设有压力表，对母管仪用气进行监视，并设有排放阀，可定期对分支母管进行排污；电磁阀阀前有气源隔离阀，电磁阀阀后装配仪表阀和压力表，可对电磁阀阀后压力进行监视。为提高仪用空气品质，还可在仪用空气母管增加除油除水过滤器。

3 清吹阀动作时间监测

GE技术规范中规定了清吹阀的开关时间要求，阀门打开时间在35±5秒，关闭时间根据弹簧关力矩的不同略有不同，一般在2秒以内。当阀门出现卡涩或气动执行机构出现故障时，会在阀门的开关时间上提前反应出来，所以监视阀门动作时间非常有必要。图2为MARKVI清吹阀门动作时间监视画面。

图2 MARKVI清吹阀门动作时间监视画面

监视画面相关时间的详细描述：

（1）清吹阀VA13-1开关时间

动作过程：燃烧模式由PPM上切至PM时，VA13-1阀打开。燃烧模式由PM下切至PPM时，VA13-1阀关闭。

（2）清吹阀VA13-2开关时间

动作过程：燃烧模式由PPM上切至PM时，VA13-2阀打开。燃烧模式由PM下切至PPM时，VA13-2阀关闭。

（3）清吹阀VA13-5开关时间

动作过程：启机时，转速到14HM，VA13-5阀打开，燃烧模式由sPPM上切至PPM时，VA13-5阀关闭。停机时， 燃烧模式由PPM下切至sPPM时，VA13-5阀打开，转速低于14HT时关闭。

（4）清吹阀VA13-6开关时间

动作过程：启机时，转速到14HM，VA13-6阀打开，燃烧模式由sPPM上切至PPM时，VA13-6阀关闭。停机时，燃烧模式由PPM下切至sPPM时，VA13-6阀打开；转速低于14HT时关闭。

阀门动作时间复位有两种方式：当点击“START”进行机组启动时；当点击GAS PURGE画面的RESET TIMERS按钮时。

4 清吹控制阀位置反馈改造

某电厂清吹控制阀VA13-1、5、6位置开关采用TOPWORX品牌Valvetop DXP M系列位置反馈装置，该装置配置有两个微动开关，当阀门开启或关闭过程中，通过转轴带动凸轮使微动开关动作，向控制系统发送阀门全开信号和全关信号。

实际使用过程中，屡次发生阀门无全开或全关信号，严重时导致了机组跳闸。发生故障时，检查阀门位置反馈装置，发现凸轮未顶住微动开关，没有达到微动开关动作值，导致位置无反馈。分析认为该类型位置反馈装置为机械式微动开关型式，在长期使用过程中，由于阀门振动、环境高温、转轴机械磨损、凸轮与微动开关接触面积等综合因素影响，不可避免出现信号反馈异常的现象。

为解决存在的阀门反馈装置问题，采用了该品牌 L系列的位置反馈装置。该系列装置配置两个单刀双掷的GO SWITCH接近开关，为一体式不锈钢外壳，触点完全密封，适合防爆场合和本案要求，可防止机械传动等原因引起的信号异常。

改造效果：在对反馈装置进行改造后，阀门位置信号检测正常、稳定。如果对信号检测要求高的话，L系列反馈装置还可配置4个双刀双掷的接近开关，满足全开、全关信号的三冗余要求。

5 清吹调节阀位置反馈改造

清吹调节阀VA13-2位置反馈装置与清吹控制阀VA13-1、5、6的品牌一样，所不同的是它配置了4个微动开关，作为阀门行程位置的监视手段。

GE公司设计清吹调节阀VA13-2有4个位置信号的目的是为了监视清吹调节阀定位器是否工作正常，其阀门开度是否在设计开度范围之内，一旦阀门的开度超越相应微动开关的设定值，会引起燃烧预混闭锁、自动停机、跳机等安全事故。

投产以来，燃机在燃烧模式从PPM切换至PM时，多次发生预混闭锁，无法成功切换。在燃烧模式切换时，清吹调节阀VA13-2需从全关位置开启至50%行程进行短时间清吹，而后关闭至正常运行的行程（一般在15%~30%行程），在关闭的过程中，触发了最小位置L33PG2-1信号，导致预混闭锁，无法完成燃烧模式切换。检查反馈装置的最小位置微动开关，未发现异常，但由于最小位置微动开关行程设置区间很小，一般在8%~12%之间，无法精确调整。

由于机械式反馈装置精度不高，主要从提高阀门行程精确度方面进行改造。采用的是ROSEMOUNT 333U HART通讯模块，可将阀门智能定位器DVC6000中阀门行程信息通过HART协议进行读取，并将HART信号转化为4~20mA的模拟量信号进行远传。阀门的实时模拟量行程信号进入MARKVI逻辑，经过比较模块判断后将最小位置行程信号取代，并在画面显示阀门实时行程。改造后，再也没有出现燃烧模式切换失败的现象。

6 清吹阀间压力检测优化

6.1 清吹阀间增加压力监视点

清吹阀发生泄漏时无监测手段，一旦清吹阀泄漏量大可能造成燃机燃烧切换失败跳机等事故。增加清吹阀与阀之间的压力监视点，可以预先发现清吹阀的泄漏，及时更换清吹阀，减少跳机事故的发生。

某电厂在清吹阀VA13-1和VA13-2，VA13-5和VA13-6之间各增加了压力表和压力变送器，压力变送器远传至MARKVI画面显示，并进入历史趋势和泄漏压力高声光报警。

增加压力监视点如图3所示。

图3 清吹阀间压力监视示意图

6.2 清吹阀间压力开关改造

某电厂清吹阀间压力开关采用ITT品牌压力开关，机组投产以来时不时出现压力开关高报警信号，误认为清吹阀存在泄漏情况。分析认为现场使用的压力开关为一体式，通过检测阻值来判断压力开关是否动作，而压力开关使用年限久，存在不同程度的内阻增大的问题，阻值增大，影响压力开关动作值的判断。

将该品牌压力开关更换为SOR隔爆型机械式压力开关后，再也没出现压力开关误报警的情况。

7 增设清吹阀动作测试按钮

燃机电厂一般作为调峰机组，一旦停机备用时间长时，阀门的可靠性高低对机组启动成功率有着至关重要的作用。通过冷态开机前的阀门活动试验，可提前发现阀门卡涩或执行机构问题，及时进行处理。

某电厂在MARKVI画面增加D5、PM4清吹通道阀门测试按钮和复位按钮及相关测试逻辑。当TEST按钮按下时，D5、PM4的清吹阀和排空阀进行动作，通过阀门开启时间可判断阀门是否动作正常。当RETEST按钮按下时，D5、PM4的清吹阀和排空阀恢复到原来状态，通过阀门关闭时间可判断阀门是否动作正常。

同时，为了机组运行时阀门测试按钮被误按下，将按钮进行有条件隐藏，逻辑条件为L4等于0。

8 结语

作为两班制调峰运行机组，启机和停机较频繁，对设备可靠性提出了较高的要求。作为检修维护人员，必须对故障现象进行深入地分析，采取有效的防范措施和对存在的设备问题进行解决，才能有效保证机组的安全稳定运行。同时点检人员和运行人员需加强日常的点检和监视，切实落实设备定期检查、维护和试验工作，才能真正地提高电厂设备管理水平。

[1] 燃气轮机发电机组控制系统/章素华主编[M]. 北京: 中国电力出版社, 2012.

Typical Faults and Prevention of GE 9FA Gas Turbine Power Plant Gas Purge System

This paper introduces the typical thermal fault types of the GE 9FA purging system, analyses the fault reason and formulate relevant preventive measures. Through the implementation of a large number of examples, the paper also introduces the recent technical innovation about the equipment improvement and logic optimization at any power plant, which provides a variety of ideas for preventing the fault of blowing system. After taking these measures, the stability of the combustion engine purging system is greatly improved, this is good for the safe and stable operation of the unit.

Purge valve; Protection; Transformation; Optimization

王小江（1979-），男，福建泉州人，工程师，本科，现就职于福建能源集团晋江天然气发电有限公司，主要从事大型燃气轮机发电机组热工技术管理方面的工作。

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1003-0492(2015)04-0079-03

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