索拉T60型透平发电机组燃油模式冷启动困难及解决措施

陈康成，王桂钧，黄永堤，周日通

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司， 广东 湛江 524057）

透平是以连续流动的气体为工质的旋转热力机械，是由压气机、燃烧室和涡沦三大部分及相应辅助设备组成的成套动力装备。图1为燃气轮机简单工作循环原理图。

其工作原理就是一个热力学原理：进气¬—压缩—燃烧—膨胀做功—排气。以空气为工作介质，压气机从外界大气中吸入空气，并将空气进行压缩，经过压缩的气体进入燃烧室，与喷入的燃料相混合，点火燃烧，燃烧后产生高温高压的热能和压力能。具有高温高压的热能和压力能进入涡轮膨胀作功，推动压气机转子以及动力透平一起做高速旋转运动，从而驱动发电机发电。产生的废气则排放到大气中。这就完成了一个热力学循环。能量转变过程为：透平先将燃料中的化学能转变为热能，然后将热能转变为机械能或其他能，机械能又带动发电机转化为电能。

1 项目背景

海洋石油某采油平台开发工程项目CEP平台电站配置有1台美国通用（GE）公司生产的瓦克夏（WAUKESHA）16V275GL+燃气往复式内燃机发电机组和2台美国SOLAR公司生产的金牛座（Taurus）60型双燃料透平发电机组。瓦克夏（WAUKESHA）16V275GL机组输出额定功率为3300kW，金牛座（TAURUS）60型透平发动机组燃气和燃油模式下的ISO功率分别为：5670kW（燃气），5513kW（柴油）。

图1 燃气轮机组简单工作循环原理图

该项目配置有6台天然气压缩机，且均采用6.3kV中压电机驱动，根据调试计划需要优先完成2台透平发电机组的燃油模式调试，为6台核心压缩机设备调试供电。所以透平发电机组燃油模式调试工期直接影响压缩机调试质量，是开发工程项目调试进度的关键节点。

调试开始后，机组燃油模式点火测试时反复出现点火失败故障。反复点火启动，不但容易引起启动马达发热烧损、喷嘴积碳、透平叶片断裂等故障，而且降低设备调试工作效率，造成柴油浪费，不利于降本增效。调试人员仔细分析点火矩阵图后，结合实践经验，与厂家进行沟通，反复修改测试并确定最佳点火参数，完成2台透平机燃油模式点火测试。

2 索拉T60型透平发电机组燃油模式冷启动困难原因分析

2.1 概述

燃油模式冷启动困难是指透平发电机组冷机状态下用柴油启动不容易起动，而热机时起动正常的故障现象。引起该故障的原因复杂多样，如果不能对故障原因做出准确分析，将在故障处理过程中多走弯路，费时费工费燃料且不能真正解决问题。为能有效精准地解决索拉T60型透平发电机组燃油模式冷启动困难的问题，需要对该故障进行细致研究和分析。

2.2 故障现象

机组点火测试期间，2台索拉T60型透平发电机在确认完成设备安装、电气校线和流程检查等准备工作后，先后进行冷机柴油点火测试；测试时反复出现点火失败FN_Ignition_Fail、T5低温FN_Flameout_Low_T5、T5超温FL_T5_TC_High等关停报警信号。点火调试中发现，透平机组在冷机状态下用柴油点火需要三到五次才能启动成功。点火成功后停机，机组在热机状态下柴油点火有所改善，一般一到两次即可成功，点火成功后透平爬升速度很快。吹扫柴油和压缩空气管线，检查柴油和仪表风过滤器都干净无杂质；投用分油机循环分油后，状况无改善。柴油经化验，化验报告结果显示满足标准要求，化验报告见表1。

表1 柴油分析报告

2.3 原因分析

针对机组在冷机状态下柴油点火启动困难，在热机状态下柴油点火情况有所改善的现象，分析如下：

(1)热机状态下燃油模式启机点火相对顺利，说明透平火花塞打火无问题，至少火花塞能够打火，只是点火时火花大小不能确定；

(2)热机状态下燃油模式启机点火相对顺利，说明机组控制系统信号线路无问题，点火时相关的电磁阀、柴油变频器无问题；

(3)热机时柴油点火成功说明点火柴油肯定有供给，但是点火时柴油供油量多少不能确定；

(4)热机状态下点火成功后，透平爬升速度很快，由此可以看出柴油运行时燃料喷嘴的燃料喷入量较正常，但柴油雾化是否良好不能确定；

(5)机组在冷机状态下柴油点火启动困难，反复出现点火失败FN_Ignition_Fail、T5低温FN_Flameout_Low_T5、T5超温FL_T5_TC_High等关停报警信号，说明机组点火参数设置存在不合理的可能性。

综合以上机组柴油点火失败的原因分析，可以初步确认透平在冷机状态下柴油点火不成功的原因主要有雾化空气压力不合适、柴油点火参数设置不合理等因素，相应地分析处理方法归纳如表2。

表2 索拉透平机组柴油点火故障原因分析及处理方法表

3 解决措施

若要确定影响柴油点火的具体程序参数，需要根据柴油点火时出现的关停报警信号做进一步分析：

3.1 分析FN_Ignition_Fail关停报警

分析程序得知，机组在燃油模式下预设点火计时器Ignition_Timer_TON的时间为15s，如果在15s内T5平均温度T5_Average.Val大于等于400℉（204℃）则复位点火指令PGM_Sequence_Ignition，火花塞停止工作并机组进入爬坡加速PGM_Sequence_Accelerate阶段，否则出现点火失败FN_Ignition_Fail故障报警。T5平均温度T5_Average.Val小于400℉（204℃），说明柴油点火时温度太低或无温度，进入燃烧室的柴油流量太小或柴油雾化不良没有被点燃。

3.2 分析FN_Flameout_Low_T5关停报警

机组点火指令PGM_Sequence.Ignition完成后，进入点火完成运行PGM_Sequence_Ignite_Run阶段，当T5平均温度T5_Average.Val小于等于400℉（204℃）时触发T5温度低关停报警FN_Flameout_Low_T5。点火成功后出现T5平局温度低关停，说明进入燃烧室的柴油流量值太小或者收油门值太大；也存在燃烧室风量太大，喷嘴火焰太长的可能性。

3.3 分析FL_T5_TC_High关停报警

机组点火成功后，如果出现单个T5探头温度T5_Max_Channel大于等于1700℉（927℃），T5温度高关停报警FL_T5_TC_High。点火成功后出现单个T5温度高关停，说明进入燃烧室的柴油流量值太大或者收油门值太小；也存在柴油雾化效果不良，出现爆燃的可能性。

3.4 控制程序参数优化设置

综合以上分析，查找程序可以初步确认影响透平柴油点火的程序参数主要有柴油雾化空气压力、燃烧室风量、燃料流量设点、点火完成后燃料收油门设点和点火延时设点等，具体的程序参数设置归纳如表3：

表3 索拉透平机组柴油点火参数及设置汇总表

综合表3分析汇总，经过反复调节后，最终将透平A机组的柴油点火参数分别设置为：盘车转速20.5、点火延时11s、柴油雾化空气压力315kPa；将透平B机组的柴油点火参数分别设置为：盘车转速20.15、点火延时12s、柴油雾化空气压力330kPa。参数优化设置后，如果出现点燃油模式火困难时，再通过调整点火流量值（KT_LIQ_LTOFF_LIMIT_WF）和点火收油门值（KT_LIQ_LIGHT_STEP_SUB_WF）值即可解决问题。

4 结语

本文从某新建采油平台电站索拉T60型透平发电机组燃油模式冷启动故障的影响因素出发，全面分析了索拉透平机组点火故障的可能原因，结合实践经验，优化机组燃油模式启动参数，解决了T60型机组燃油模式冷机启动困难问题。同时，总结了SOLAR机组燃油模式冷机启动时参数调节规律，为SOLAR其他型号机组解决此类问题提供了技术支持。

◆参考文献

[1] 大唐国际发电股份有限公司编. 全能值班员技能提升指导丛书 汽轮机分册[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 张会生，周登极. 燃气轮机可靠性维护理论及应用[M].上海：上海交通大学出版社，2016.

[3] 中海石油（中国）有限公司湛江分公司生产部. 燃气轮机年检作业指南[Z].2018.5.

[4] SOLAR Taurus60透平发电机PLC程序[Z].2017.5