大力神130焦炉煤气燃气轮机熄火原因分析

朱大伟，杨玉明

(1.江苏天裕集团东方热电有限公司，江苏徐州 221011;2.山东济矿民生热能有限公司，山东济宁 272211)

江苏天裕集团东方热电有限公司的3台燃气轮机和山东济矿民生热能有限公司的2台燃气轮机都为美国索拉公司生产的大力神(Titan)130机组，为全国较早烧焦炉煤气的双燃料燃气轮机，该机型运行中经常出现熄火停机。本文针对该机组运行中出现的熄火进行分析，总结出一些运行经验。

1 主要技术参数及工作流程

Titan130燃气轮机为双燃料系统(0#柴油和焦炉煤气)，设计功率13 MW，冬季最大可达15 MW，效率为35%，额定状况下排气温度496℃，压比16。燃气轮机配备21个双燃料喷嘴，12个T5(三级涡轮喷嘴温度)热电偶，一个点火器，额定转速11 197 r/min，经过行星齿减速齿轮箱减速后转速为1 500 r/min带动发电机。气体燃料为焦炉煤气，压力2.1～3.4 MPa。

正常工作过程为盘车在20%额定转速时先吹扫10 min，然后进入柴油点火，盘车在65%额定转速时自动脱扣，78%额定转速后防喘阀关闭，升速到额定转速，整个升速过程约3 min。达到额定转速后可手动切换到气体燃料系统运行，然后并网升负荷。

2 故障概述

2012年8月5日该机组在正常运行中出现FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量检测到发动机熄火)熄火停机，燃气轮机复位后再次点火，机组运行正常，之后几天陆续出现该熄火停机，严重影响机组的安全稳定运行。2012年8月5日某次停机数据见表1。

3 原因分析及处理

燃气轮机出现FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量检测到发动机熄火)熄火停机事故，检查与其相关的各管线系统(点火、雾化空气、双燃料、熄火等四个系统)，通过对系统设备的组成和实际运行情况进行分析，利用排除法逐个进行排查，最终找到原因，进行针对性的解决。

3.1 点火系统

该点火系统由高压包、点火电缆及火花塞组成。燃气轮机在10 min的吹扫结束后进入一个点火阶段，30 s后若T5平均温度超过400℉(204℃)，燃料继续加入，点火系统退出，并记录一次成功启动。若达不到400℉则点火失败报警或熄火报警。燃气轮机正常运行中点火系统不工作，故可以排除。

表1 某次停机数据记录表

图2 气体燃料系统图

3.2 雾化空气系统

该机组雾化空气系统见图1。压缩空气经过过滤器FS911-1后由关断阀V2P935控制分两路，一路经过减压阀PCV933，进入喷嘴雾化空气管，要求空气压力控制在172～207 kPa;另一路经过减压阀PCV933-1后进入点火雾化空气管，要求空气压力控制在261 kPa。雾化压力的调整可以在PCV933和PCV933-1之后安装一临时压力表，强制开启V2P935，手动调整PCV933和PCV933-1螺母即可。压气机排气压力提高后会经过PCV933来代替压缩空气。由于是正常运行中出现的熄火停机，故拆除喷嘴雾化空气一路检查，未见异常。

图1 雾化空气系统图

3.3 双燃料系统

由于该机组设定为柴油点火，FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW为正常运行中出现的熄火，故液体燃料系统排除。气体燃料(焦炉煤气)系统见图2。设计两个环形分配管，焦炉煤气通过EGF388-1和EGF388-2两个主燃料阀控制，燃气轮机熄火后主燃料阀会迅速关闭。检查煤气燃料管后发现管道内部有黄色粘稠物，超声波清洗干净后恢复，初步怀疑煤气中含水，导致瞬间熄火，要求定期排液。

3.4 熄火系统

由于焦炉煤气中以H2和CH4为主，而H2爆炸极限范围很广(下限4%，上限75.9%)，火焰传播速度快，熄火保护至关重要，该机型共设计5个熄火停机保护。熄火压力开关保护原理见图3。

图3 熄火开关原理图

压气机出口的压缩空气压力由压力表TP349检测，正常运行中压力HI=LO，当燃气轮机出现熄火时压气机压力会下降，此时LO处压力迅速下降，而HI处因有节流孔板F0940(0.23 mm)，压力缓慢下降，此时 HI和 LO产生压差(设计压差大于13.8 kPa 延时10 s动作，2.9 kPa复位)，若 S349 动作后，超过30 s未复位(正常的复位时间应小于2 s)，则会出现AL_S349_Fail(熄火开关开启失败报警)。检查发现燃气轮机停机时压气机压力由1 444 kPa下降到1 396 kPa，且停机后出现AL_S349_Fail，拆除熄火开关检查，并重新校验熄火开关，安装后复位AL_S349_Fail消失。即使是熄火开关的问题也只会出现报警，不会停机，故熄火开关只是次要原因。

该机型共设计5个熄火停机保护:

1)FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_CMD(由高燃料命令检测到发动机熄火停机);

2)FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量检测到发动机熄火停机);

3)FN_FLAMEOUT_KW(由逆功率检测到发动机熄火停机);

4)FN_FLAMEOUT_LOW_T5(由发动机温度低检测到发动机熄火停机);

5)FN_FLAMEOUT_UNDER_SPEED(发动机欠速检测到发动机熄火停机)。

此次出现的熄火停机为FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量检测到发动机熄火停机)。利用Rslogix5000打开该燃气轮机程序，输入FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW，程序见图4。

图4 逻辑程序控制图

燃气轮机运行中当压力开关S349动作后，且燃料控制信号大于当前负荷最大燃料量的95%后燃气轮机会出现FN_FLAMEOUT_HIGH_FUEL_FLOW(由高燃料流量检测到发动机熄火停机)。该型燃气轮机设计从点火到满负荷，燃料量有一定的限制(根据煤气发热量、机组负荷状况计算最大量)，点火后的任何状况下保证燃料的最大流量和压气机空气比在爆炸下限内，故熄火后燃料和空气的混合比远离爆炸下限，以保证机组安全。

检查停机前后各参数趋势，见表1的某次停机数据记录。9∶47∶48燃料控制需求量由41 968 kW上升到42 255 kW，且燃气轮机负荷设定值12 700 kW未变化，燃气轮机实际负荷由12 445 kW瞬间下降到10 868 kW，燃料阀1和燃料阀2的命令开度和实际开度均比上一时刻大，且压气机压力也出现下降，故初步怀疑故障由煤气瞬间发热量不足引起。微开燃气轮机入口前缓冲罐，发现排水量比较多，因此在燃气轮机正常运行过程中要进行定期排液，防止进入燃气轮机燃烧的煤气中含液，导致熄火故障的发生。

通过详细排查、分析，发现2012年8月5日的故障原因是焦炉煤气发热量瞬间不足，这主要由于煤气过滤器内氮气未置换彻底及焦炉煤气中含水量较多两方面原因造成的。

4 结语

经过以上分析，当出现燃气轮机点火期间熄火或运行中熄火，应逐项排查检查熄火原因。

若启动点火期间熄火，首先确认点火器是否点着(点火器点着后T5平均温度会上升，虽不一定达到400℉)，若点火器正常，则柴油雾化有可能有问题，应从燃料系统和雾化空气系统查找原因。火花塞在多次点火失败或压气机水洗时应拆除清理，防止积液受潮影响点火，同时定期做打火试验;在燃气轮机长期运行期间，柴油管道容易积水，再次启动点火前应检查放水;同时FS911-1过滤器及VCH932止回阀需定期检查及清理或更换。

若运行中燃气轮机熄火，应从控制逻辑程序中先找出熄火原因，再从燃料系统中查找原因，该机型熄火保护很成熟，各个部分均有不同的延时，误报的机率很小。从目前实际运行中来看，燃气轮机运行中出现熄火，主要都是因为运行人员排污不及时、燃气轮机喷嘴雾化不好及燃料供应不足等原因引起。燃气轮机熄火后会出现机组瞬间冷却，高温部分产生热应力，影响机组寿命，同时燃气轮机的瞬间熄火也存在着爆炸危险，应尽量减少熄火停机。

根据本次事故情况分析，燃料的处理尤为重要，要将煤气过滤器排液工作列入定期工作计划中，并严格执行;在煤气置换氮气的时候一定要置换彻底，防止煤气中含有氮气，出现煤气发热量瞬间不足的现象。

［1］童可义.PG9171E燃气轮机点火失败原因分析［J］.燃气轮机技术，2009(2):65-67.

［2］邓建玲.张东晓.陈海斌，等.大型燃气-蒸汽联合循环发电技术:控制系统分册［M］.北京:中国电力出版社，2009:140-143.