焦炉煤气燃气轮机启动欠速的故障处理

朱大伟, 翟永斌, 高光辉, 姚 鑫

(郑州沃特节能科技股份有限公司, 郑州 450052)

大力神130型焦炉煤气燃气轮机为美国索拉公司生产，运行比较稳定，自动化程度较高。河南某公司配备三台该型机组，其中一台机组在某次启动中多次出现FN_Ngp_Under_Speed(燃气轮机欠速停机)，机组无法正常运转。本文针对该故障进行分析，总结出一些运行经验，为同类故障机组提供参考。

1 主要技术参数及工作流程

大力神130型焦炉煤气燃气轮机为美国索拉公司生产，由于焦炉煤气氢气含量较高(55%以上)，不能够直接点火，故该机型设计双燃料系统，首先用柴油点火，机组达到额定转速(100%)后可以切换燃气(焦炉煤气)运行。该机组为14级压气机，压缩比16∶1，设计流量47 kg/s，配备环形倾斜预混燃烧室，3级动力涡轮，21个固定燃烧喷嘴及12个T5(三级动力涡轮入口温度)热电偶，燃气轮机和发电机之间经过行星式减速齿轮箱减速(由11 197 r/min减速到1 500 r/min)，额定功率13 MW，冬季最大可达15 MW,效率可达35%，额定工况下排气温度约500 ℃，所有的变频系统均为AB公司生产。燃气轮机结构见图1。

图1 大力神130型焦炉煤气燃气轮机结构

正常工作过程为机组点击启动按钮后，机组会进行机罩吹扫4 min(防止机罩内局部可燃气体浓度高)，盘车在20%转速时先吹扫10 min(防止燃烧室及余热锅炉可燃气体浓度高)，然后进入柴油点火，点火器持续点火10 s，30 s后若T5平均温度(三级动力涡轮入口温度)超过204 ℃则点火成功,否则点火失败，燃气轮机开始升速，到65%转速时，盘车自动脱扣，进气可调导叶在75%转速时开启，防喘阀在78%转速时关闭，整个升速过程约4 min。100%转速后，可手动把柴油切换到焦炉煤气运行，然后并网带负荷。

2 故障概述

2018年7月27日，该燃气轮机煤气量不足，正常停机。19:16分启动该燃气轮机，燃气轮机转速在69%时，出现FN_Ngp_Under_Speed(燃气轮机欠速停机)跳停，再次启动时机组转速达到77%左右再次出现FN_Ngp_Under_Speed(燃气轮机欠速停机)，初步怀疑燃气轮机机组温度低，所以又启动第3次，燃气轮机仍然是在75%转速左右出现该故障停机，机组无法启动，为保证机组的安全稳定运行，决定对各个系统进行排查。

3 原因分析及处理

FN_Ngp_Under_Speed(燃气轮机欠速停机)，说明燃气轮机动力不足，需对启动系统、燃料及空气等系统进行彻底检查。

3.1 启动系统检查

检查发现停机时，每次机组升速时AB变频器PLC均出现故障代码F8，查看AB变频器故障代码手册,F8为变频器超温引起，查看变频器冷却风机工作正常。拆除变频器风机进一步检查，发现变频器冷却风机入口堵塞严重，清理灰尘，并恢复风机，并增加外置冷却风扇给变频器降温。

3.2 空气系统检查

燃气在点火及升速过程中离不开点火及喷嘴雾化空气系统(该系统见图2)，点火期间空气来源于外置螺杆式压缩机，燃气轮机在升速过程，随着压气机压力的升高，慢慢切换到压气机供气系统，柴油泵变频器也在不断地加速，液体燃料在进入燃烧室时，若空气压力不足，容易形成比较大的液滴，液滴无法与空气有效地混合，无法充分燃烧，会直接引起燃气轮机动力不足。因此该系统设计雾化空气进入液体燃料喷嘴中，以保证液体燃料的良好雾化。

图2 点火及喷嘴雾化空气系统雾化空气靠外置螺杆式压缩机提供。压缩空气经过FS911-1(空气过滤器)后由V2P935(总关断阀)控制，分为两路，一路由减压阀PCV933-1控制，进入点火器，保证点火时的正常雾化，空气压力设计为261 kPa；另一路由减压阀PCV933控制，进入喷嘴雾化空气管，保证喷嘴的正常雾化，空气压力设计在172～207 kPa之间。

拆除FS911-1空气滤芯，发现灰尘较多，更换滤芯。由于机组点火正常，可以排除减压阀PCV933-1故障的可能。拆除弹簧止回阀VCH932，检查止回阀正常。在PCV933减压阀之后安装一临时压力表，强制开启总关断阀V2P935，检查喷嘴雾化空气压力为200 kPa，在正常范围内，此次未做调整(手动调整PCV933顶部螺母可以调整喷嘴雾化压力，随着燃气轮机速度的提高，压气机来气压力会越来越高，会经过PCV933来代替压缩空气)，更换空气过滤系统滤网。

3.3 液体燃料系统检查

燃气轮机点火时，柴油泵入口V2P949阀门自动开启，柴油泵P931由变频器控制启动， VR931-1为柴油泵出口弹簧过压阀，压力超过8.273 MPa会自动打开。液体燃料系统见图3。

拆除柴油泵出口滤网FS936，发现滤网较脏，更换柴油滤网；检查VFD443变频器各参数在正常范围内(因出厂前已校验好，此次未修改)；强制开关各阀门，动作正常。

强制排污阀V2P945-1开关动作正常，未发现漏油情况，若排污阀V2P945-1漏油，也会出现燃气轮机动力不足情况，即FN_Ngp_Under_Speed(燃气轮机欠速停机)。

3.4 各辅助设备检查

1) 可调导叶位置：可调导叶的位置故障直接会影响到燃气轮机的燃烧及燃烧室的冷却。检查燃气轮机启动趋势，可调导叶开度设定和实际一致，利用Rslogix5000强制可调导叶动作灵活，可以排除。

2) 防喘阀:该阀门的动作也会影响燃气轮机转速，由于该机型在78%转速时防喘阀才开始关闭，此前多次开机均没有超过78%转速，故排除。

3) 燃料喷嘴：因开机前喷嘴已清洗干净，可以排除。

经过对雾化空气及液体燃料系统的检查、更换滤网后，再次开机，但机组转速升到82%转速时再次出现FN_Ngp_Under_Speed(燃气轮机欠速停机)故障。

3.5 程序检查

利用Rslogix5000打开该燃气轮机程序，输入FN_Ngp_Under_Speed(燃气轮机欠速停机)，见图4索拉燃气轮机程序梯形图。

图3 液体燃料系统

图4 索拉燃气轮机程序梯形图

根据图4可以看出：当燃气轮机脱扣后(即65%转速)开始计时，90s内机组转速不小于90%，则运行正常，否则会出现FN_Ngp_Under_Speed(燃气轮机欠速停机)。检查前两次的启动趋势，90s后燃气轮机转速均在75%左右，故出现该报警。调取最后一次开机转速及时间曲线，转速到65%转速时，盘车自动脱扣，90s后燃气轮机速度达到了82%转速，没有达到设定的90%转速，故出现该报警。

3.6 燃油检查

再次调取PLC记录，发现燃气轮机升速时始终处在最大燃料量模式运行。检查柴油箱发现柴油有乳化现象。检查发现柴油箱上部加油孔未盖严实，柴油箱进水后，开机过程中柴油会打循环，油质乳化，热值降低，怀疑柴油热值低引起燃气轮机动力不足。

打开燃气轮机程序，查找燃油热值设计范围为16 000～20 000 btu/lb (37 216 ～ 46 520 kJ/kg)之间，当前输入热值为18 380 btu/lb，为提高燃气轮机动力，在设计范围内适当降低燃油输入热值，即把18 380 btu/lb改为18 000btu/lb，再次开机，机组顺利达到100%转速。见图5燃料设置图。

图5 燃料设置图

4 总结

该机型比较成熟，自动化程度较高，基本上属于一键启动式，一旦出现故障后，应该首先打开警报概括，查看具体的报警信息，根据报警信息查看程序设计原理，逐步排查故障原因，由简到难逐步排查。此次故障主要因为柴油箱加油后，密闭不严，部分雨水进入，导致柴油乳化，热值降低，导致燃气轮机升速过程始终显示为高燃料流量模式运行，为保证开机正常，在设计的范围内适当调低柴油热值，点火燃油量会增加，燃气轮机动力增强，顺利通过90s设计,此次虽然解决了问题，但也走了不少弯路，出现类似情况一定要静下心，领会每个报警的设计理念，逐步排查可疑点，直到问题解决。