GE燃机轮间温度高分析及处理

刘林

（浙江浙能技术研究院，杭州 310003）

0 引言

某厂#7燃机型号为PG9171E，由美国GE公司设计制造，该机组于1998年投产，设计燃料为重油。在2011年至2012年间，机组实施了油改气（DLN1.0）改造工程。机组在升负荷至65MW以上时，1AO1温度大于482℃开始报警，至90MW以上时，1AO2温度也大于482℃开始报警，至基本负荷（112MW）时，1AO1温度稳定于630～640℃左右，1AO2温度稳定于530℃左右，两点温度均高报警，并且两点温度温差大报警。

1 机组冷却方式及测点位置介绍

由于燃机透平部件均处于高温环境下，为确保各高温部件不被损坏，采用了以下两种保护措施：

1）在机组高温通道的静止部分安装热电偶，对其进行实时监控，并设立超温报警。共装有12个测点，如表1所示。

2）通过燃机本身的压气机排气及内部抽气回路对高温燃气通道部件进行冷却，透平部分冷却结构如图1所示。

对整个透平部件的冷却分成动静两条冷却线路[1]。

动叶冷却回路：压气机16级处，有一部分空气由压气机转子上加工出来的内部气道引入转子轴心处的中心孔道，由中心孔道流出后分别引到第一级透平叶轮的轮盘后侧面和第二级透平叶轮的轮盘前侧面以及第二级透平叶轮的轮盘后侧面；冷却第一级透平叶轮的轮后侧面的空气再去冷却第一级动叶，冷却第二级透平叶轮的轮盘前侧面的空气再去冷却第二级动叶。

静叶冷却回路：从压气机高压密封处漏出来的一部分空气冷却第一级透平叶轮的前侧面和第一级喷嘴的后侧。

压气机排气通过一级复环孔洞进入二级静叶持环，然后经过二级静叶叶身，在一级动叶后方流出，进入主流道，从而保证二级静叶的冷却，并冷却一级动叶叶根部分，使动叶叶柄及叶根部分与主流道高温烟气隔离。

2 首次原因分析及处理

针对轮间温度高现象，结合机组检修维护手册[2,3]，分析各种影响因素，初步确定以下几种原因：

1）热电偶的位置不正确。

2）热电偶本身故障。

3）透平的密封磨损。

4）透平的静子有过度变形。

表1 燃机轮间温度测点表Table 1 Gas turbine wheelspace temperature points table

表2 第一组轮间温度测量对比数据Table 2 Comparison of temperature measurement data among the first group round

表3 第二组轮间温度测量对比数据Table 3 Comparison of temperature measurement data among the second gr oup round

表4 第三组轮间温度测量对比数据Table 4 Comparison of temperature measurement data among the third grou p round

5）燃烧系统故障。

6）外部管路有泄漏。

7）冷却空气管路中的节流出现故障。

图1 透平部分冷却结构Fig.1 Cooling structure of Gas turbine

图2 2013年5月上缸二级喷嘴密封片情况Fig.2 The situation of upper cylinder’s second stage nozzle seal in 2013.5

图3 一级复环、一级动叶与二级喷嘴之间的配合图(此图为另一台改进型的机组上拍摄的照片)Fig.3 The assembly drawing of first stage shroud,first stage bucket and second stage nozzle

由于机组刚经历大修，通过对检修记录的查询，透平本身密封没有问题，透平静子完好，未发现过度变形情况，外部管路检查未见明显泄露，燃烧系统为最新部件，经过GE公司调整，无明显异常。通过上述排查，故障原因基本集中在1、2、7几个方面。考虑报警时两个热电偶差值较大，基于对透平冷却回路的理解以及其他类似机组的运行经验，首先考虑热电偶本身测量问题以及热电偶的位置出现偏差。为此进行了以下工作：

1）对这两只热电偶进行新件更换。

2）热电偶插入的深度进行多次复测对比。

工作后对试验数据汇总结果如表2所示。

将试验数据和GE公司提供的二级喷嘴温度场分布图进行比对，发现试验数据和模型较为吻合，对二级喷嘴的结构与冷却原理进行了分析，并对热电偶的安装情况多次作了检查与试验对比，基本验证了二级喷嘴温度场的分布。热电偶经更换及插拔后位置到位，热电偶测量正常，由此排除热电偶测量及位置问题。因此重新回归到冷却系统分析，希望通过增加冷却空气流量达到降温的目的，按照GE公司的分析建议，对一级复环的17个定位销由长销改为短销，以增加至二级喷嘴的冷却空气，但开机运行后，1AO1、1AO2温度无明显的变化。详细数据见表3。

通过上述数据表明，整个二级喷嘴冷却回路进风量已足够，无法通过增加进风量来达到实际冷却效果。利用停机机会，对机组热通道通过内窥镜检查，发现二级透平静叶处有多处密封片损坏现象，决定进行开缸检查。

3 开缸检查及处理情况

机组利用检修机会，对燃机进行了开缸检查，检查后发现以下情况：

1）开缸后发现二级喷嘴的密封片有变形，其中#5、#6、#7、#8喷嘴扇段密封片损毁严重（都是位于上半缸轮间温度相对较高点的喷嘴，见图2）。对下半缸部分二级喷嘴进行检查，密封片偶有变形，基本正常。同时由于二级喷嘴密封片变形将一级动叶相应的密封齿磨损了1mm～2mm，此处的通流间隙值已接近上限。

2）一级复环及冷却通道情况：从现场透平缸吊出后检查情况看，整个一级复环的冷却通道也是畅通的，无堵塞现象。GE技术人员对一级复环的定位销进行了检查，共17个销子已改为短销，其余均为长销。

针对这些情况，说明在二级喷嘴处确实存在温度过高情况，轮间温度热电偶测量数据正确反应了当前的温度场情况。通过对GE公司的二级喷嘴冷却形式的历次改进情况了解到，目前大多数机组已使用了非压力型设计的喷嘴，使用该形式喷嘴可以有较好的冷却效果。由此决定在本次开缸检修过程中进行更换。

二级喷嘴更换后，于2013年5月开机，机组于70MW时1AO1温度高于482℃时开始报警，至满负荷时温度最高可达575℃。1AO2温度最高至480℃左右，未超过482℃的报警值，但一级后轮间温度差值大仍报警。更换二级喷嘴后，一级后轮间温度有明显下降，1AO1与1AO2温度比修前有80～90℃的下降，但1AO1温度仍大大高于报警值，问题没有得到根本解决。

4 进一步原因分析及处理

分析燃机整个静叶冷却回路并检查机组检修记录，发现经过五万多小时的运行，一级复环底座从未更换过，只在油改气大修过程中更换了一级复环的面板（维修件）。

一级复环经过长期运行后，会出现漏气情况，如果部分复环出现漏气，则会引起静叶冷却空气流量下降，轮间温度升高，而泄露地点的不同，也会导致两个温度测点出现不同步现象，与目前机组出现的情况比较吻合。通过论证，决定在下次机组C修时对一级复环进行更换。

经过一级复环更换，由两块式复环更改为主流的一块式复环（见图3），同时更换了二级喷嘴及三级动叶，2014年5月#7机首次开机。

通过对比（表4），一级复环更换后，在相同负荷下，一级透平后轮间温度与修前有明显下降，有50～60℃的温降，满负荷时一级透平后轮间温度最高值510℃/447℃，报警值为482℃，目前仍有一点温度高于报警值，且一级透平后轮间温度两个测点温度有60℃的温差，不符合正常运行工况。考虑到随着运行时间的增加一级透平后轮间温度有一个上升趋势，在高温天气下，轮间温度也会高于目前数值。因此，在高负荷情况下，机组仍在报警值以上运行，会给设备带来安全隐患，影响热通道及转子的寿命。

5 结语

通过上述检查分析，认为该厂燃机透平轮间温度高的原因基本明确，主要是在冷却风道回路上存在泄露，由此造成了冷却不均及冷却流量不足。通过对一级复环更换，轮间温度的下降，证实了这种分析思路。但由于目前仍然存在的一级后轮间温度两点偏差及高负荷下温度超限问题，需要进一步进行冷却回路分析，通过观察发现透平间存在较大的漏气问题，可能是经过长期运行，机组外缸存在过度变形情况，导致压气机较多排气漏出，由此导致机组冷却回路冷却空气供应量不平衡。建议电厂也在二级喷嘴静叶持环处增加压力监视回路，通过该监视回路更好地判断整个冷却回路的实际工作情况，由此确定是否需要进行燃机外缸更换。针对目前环境温度高时轮间温度易超温现象，建议开启燃机进气冷却装置，降低燃机进气温度，保证机组的安全稳定运行。

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

[2]GE Turbine-Generator Operation Training Manual[Z].

[3]项建伟.9E燃气轮机透平轮间温度高故障分析[J].燃气轮机发电技术,2013,03:59-63.