M701F4型燃气蒸汽联合循环机组调试问题及优化措施

朱放明

摘要：机组在调试过程中出现问题，将增加调试周期，大幅提高调试成本。本文基于燃气蒸汽联合循环机组在调试过程中遇到的问题，对M701F4型燃气轮机调试期间发生的如燃机震动噪音大、天然气系统泄漏、临时滤网堵塞等问题进行了总结分类，对问题原因进行了深入剖析，并提出优化改进措施，为同类型燃气蒸汽机组的调试提供了宝贵经验。

关键词：燃气电厂；蒸汽循环机组；M701F4；“一拖一”；调试分析；优化措施

中图分类号：TK26文献标识码：A

文章编码：1672-7053（2018）02-0140-02

某电厂采用日本三菱生产的M701F4型燃气轮机组建的“一拖一”多轴联合循环机组，主要设备包括M701F4型燃气轮机、燃机发电机、余热锅炉、蒸汽轮机和汽机发电机等部分。在电厂设备调试过程中，出现了类似天然气临时滤网堵塞、燃机震动大、天然气系统泄漏、TCA冷却水流量低及BPT偏差大等问题，延长了设备调试运行周期，增加了调试成本。因此，对三菱M701F4燃气蒸汽联合循环机组在调试过程中产生的问题进行深入剖析，并针对相应问题提出优化改進施，可为同类型机组调试提供宝贵的经验。

1 M701F4型燃气蒸汽机组生产工艺

M701F4重型燃机本体结构主要可分为进气系统、压气机、燃烧器、透平和排气系统等部分，辅助系统主要由润滑油系统、控制油系统和TCA系统等组成。燃气蒸汽联合循环机组正常运行可分为燃气发电和蒸汽发电两部分。

1.1 燃气发电

燃气发电主要由经过处理的燃气和空气在燃机燃烧器内燃烧做功，并带动燃机发电机旋转来进行发电。天然气先后经过调压站、燃料加热和分配系统等，进行过滤、调压、计量、加热等处理，最后通过各喷嘴进入燃烧器中。空气则通过燃机进气系统过滤作用后，进入压气机中压缩升压，最后进入燃烧器与天然气进行充分的混合燃烧。燃烧过程中产生的高温高压烟气，在燃机透平中进行做功，推动透平转子旋转，进而带动压气机和发电机转子旋转。一般来说，压气机耗功约占透平输出功率的2/3，另外的1/3输出功率用于带动发电机产生电能。

1.2 蒸汽发电

在燃机透平做功后的烟气排出至余热锅炉，加热余热锅炉各受热面中的给水、饱和蒸汽，产生符合要求的高温高压蒸汽，进入汽轮机中膨胀做功，带动汽轮机转子旋转，最终带动发电机做功产生电能输出。

1.3 联合循环发电

汽轮机做功后的乏汽进入凝汽器中进行冷却凝结，然后通过给水系统重新进入余热锅炉中进行除氧、加热、蒸发等，形成燃气蒸汽循环发电。

2“一拖一”多轴联合循环机组调试问题

2.1 天然气临时滤网堵塞

调试期间，天然气管道中异物较多，为对燃机进行充分的保护，防止异物进入燃烧器中造成损伤，某电厂在燃气终端过滤器后各燃料集管处增设了临时滤网。但在调试期间，即使已对天然气管道进行吹扫，仍会频繁出现燃机刚开机不长时间后，临时滤网的前后差压就达到报警阈值的情况，导致机组无法继续运行，只能停机将滤网清理干净后再重新启机，大大降低了调试效率，增加了燃机的调试时间。

2.2 TCA冷却水低流量保护动作

TCA系统即燃机透平冷却空气系统，其主要功能是为透平转子提供合格的冷却空气。TCA冷却空气从燃兼压缸中抽出，经过水冷式冷却器冷却和滤网过滤后进入燃机转子。TCA冷却水取自给水系统，为确保TCA的冷却效果，机组配置了冷却水低流量保护功能。在某电厂调试过程中，多次触发TCA冷却水低流量保护动作导致机组跳闸，使得调试工作无法顺利开展，影响调试进程。

2.3 BPT偏差大保护动作

BPT即叶片通道温度，M701F4型燃气机组配制了20个热电偶用于测定叶片通道温度。当某个热电偶测量值与BPT平均温度（去除最大值和最小值后的平均值）相差大于保护设定值都会触发BPT分布偏差大保护动作。M70IF4燃机规定，当某一点的BPT值与BPT平均温度的差值大于20℃或小于-30℃，TCS将发生报警；若偏差大于25℃或小于-40℃，延时30秒自动停机；若偏差进一步扩大（大于30℃或小于-60℃）则触发跳闸保护。某电厂调试过程中，多次因BPT偏差大而导致的跳闸，影响调试进度，且叶片通道温度偏差大直接导致燃机叶片经受的热应力也大，降低了机组运行安全和可靠性。

2.4 天然气系统管道泄露

天然气易在充氮接头、管路焊接和连接法兰等地方出现泄漏，且天然气管路上设置的充氮口多采用卡套连接，易导致泄漏隐患，存在安全隐患，一旦遇到火花，后果不堪设想。天然气管道出现漏点，只能进行停机整顿处理，确保无任何泄漏后方可进行下一步工作，影响了机组的安全运行和调试进程。

2.5 燃机振动

某电厂在燃气机组调试初期，启动升速过程中轴承振动超过预警值。当燃机运转正常后，振动值仍然很大，严重超过标准要求。燃机振动现象不仅大幅降低了燃机运行的安全性和可靠性，还严重影响轴承的密封性，且若振动大是由于压气机喘振而导致，还会使压气机出口进气压力降低，使燃机不能正常工作。燃机振动对设备的损害也是巨大的，会大幅缩短燃机的使用寿命。

2.6 油系统渗油或漏油

由于本电厂的设备采用的“一拖一”多轴联合模式，因此整套机组采用单轴的布局方式。由于空间限制及成本考量，采用一套润滑油箱和交流泵为燃机本体、汽机本体及发电机各油系统提供供给。在机组调试过程中，出现了润滑油油质不合格及滤油时间过程、由于燃机轴承漏油导致燃机进气室进油、发电机进油（发电机氢气置换过程中）等问题，严重影响了机组的安全运行和调试进度。

3 问题原因分析及优化措

3.1 天然气临时滤网堵塞分析

深入对比剖析临时滤网堵塞的原因，可归结为四种情况。（1）滤网与支架不紧密接触，气流冲击导致间隙；（2）滤网间管道吹扫结束后，通气时间间隔长，管道保护效果差；（3）上游供气管网吹扫不彻底，或后期施工导致的金属焊渣等杂物较多；（4）Y型滤网受热效应影响变形，导致实际高度与设计值存在误差，存在一定的间隙。

采取的应对措施：（1）采用专用清洗剂及超声清洗工艺对临时滤网进行彻底清洗或更换新滤網；（2）管道吹扫后要做好成品保护，碳钢管道要充氮保养；（3）Y型滤网加装密封圈，确保密封良好的密封性；（4）可在上游过滤器处增加高温磁棒，防止金属杂质进入下游。

3.2 TCA冷却水低流量保护分析

TCA系统存在的问题可概况为以下几类：（1）升降负荷时，TCA出口冷却水到高压汽包或凝汽器的切换过程中，由于流量扰动较大可能导致冷却水流量过低；（2）冷却水至汽包的调节门未形成闭环控制，存在较大隐患；（3）发生高压旁路系统快关时，会导致TCA冷却水进出口压差降低，流量降低触发保护机制。

采取的应对措施：（1）调整TCA出口冷却水回高压汽包和凝汽器的特性曲线，改善开关速度，确保两种模式间的切换不发生冷却水流量大幅波动；（2）调整TCA流量跳闸保护曲线，设定好减温水低流量报警值。同时，加强巡视监管，确保减温水流量不低于设定值。

3.3 BPT偏差大保护分析

BPT偏差大导致跳机的原因可能是热电偶的正负极接反，或是未正确连接屏蔽线，最终导致无法实现温度补偿。另外，还可能存在TCS显示与保护信号不一致的情况，导致保护效率低，保护误动率高。针对BPT偏差大的原因，主要采取以下措施：（1）认真校正BPT热电偶，测量根部标准信号是否正确，同时确保温度显示及变化正确。做好冷态信号相互对比工作，确保热电偶的正确性和灵敏性。（2）改善BPT温度显示和保护系统，实现可靠保护。

3.4 天然气系统管道泄露分析

针对采样管等测量点处易泄漏的问题，可将卡套连接方式转换为焊接连接，消除安全隐患；同时，需要添加密封圈等密封装置，降低天然气泄漏率；对于已发现的因焊接工艺不过关或因管路损耗而导致的焊缝开裂等情况，要进行重新焊接或封焊。

3.5 燃机振动分析

燃机振动的主要原因有两个：（1）燃机转子质量不均衡，旋转过程中由于转子的不均衡性导致运转不平衡，产生较大的振动；（2）燃机运转过程中，存在压气机旋转失速的现象。

针对以上问题，主要采取以下措施：（1）在调试前，要求厂家对燃机转子进行均衡性试验，消除由于转子的不均衡性导致经的振动；（2）若存在压气机旋转失速的现象，可对叶片进行重新的计算选型，更换新设计的叶片；（3）燃机启动时，增大IGV开度，并紧固机构连杆螺栓，确保IGV系统正常；（4）修改燃机启动时静态变频启动装置退出时间；（5）燃机启动时，打开高压防喘放气阀，转速达到一定值后关闭。

3.6 油系统渗油或漏油分析

通过对调试过程中出现的漏油渗油情况的分析，其主要原因可以总结为以下几点：（1）在前期进行油管道清理时，由于清理不够彻底导致油的循环时间过长。（2）燃机轴承端盖未能完全密封，导致油流入进气室。（3）在置换氢气时，由于氢压上升，排氢调节油箱旁路阀关闭，排氢调节油箱出油阀未打开，造成发电机内进油。（4）用润滑油对机组的轴承进行首次润滑清洗过程中，由于润滑油箱油烟风机未运转，轴承回油不畅，造成油进入发电机油烟风机。

针对渗油、漏油的问题，在调试过程中一定要加强清洗力度，注重质量验收过程中的特别注意检测系统管路、阀门等的密封、清洗情况。同时，机组的首次投入使用过程中，严格按照规范化、标准化的操作流程来进行。

4 结语

基于某M701F4型燃气机组在调试过程中遇到的天然气滤网堵塞、TCA冷却水低流量保护及BPT偏差大等问题，对调试过程中问题进行深入剖析、总结分析，制定了相应的技术策略。一方面可为同行业同型号燃机机组提供借鉴和参考的价值，另一方面可大幅提高机组的使用寿命，产生更高的经济回报率。

参考文献

[1]王鑫.三菱M701F4型燃机“二拖一”联合循环机组调试中遇到的主要问题及解决方法[J].燃气轮机技术，2012，25 （03）：59-63

[2]杨占岗.燃气—蒸汽联合循环热电厂采暖季运行优化分析[D].天津大学，2014

[3]卢可.新型燃气轮机再热联合循环发电关键技术研究[D].华北电力大学（北京），2017

[4]杨永中.M701F4型燃气轮机联合循环机组调试中的主要问题及解决方法[J].浙江电力2015，34 （10）：66 68

[5]曾万模.大型燃气蒸汽联合循环机组热电联产可行性重点问题研究[D].华南理工大学，2011