9FA燃機(jī)DLN2.0+燃燒系統(tǒng)故障分析及處理
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宋順利，章提
（江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇常州 213011 ）
摘要：統(tǒng)計(jì)表明，DLN 2.0+燃燒系統(tǒng)故障是9FA燃機(jī)運(yùn)行中最頻率的故障。介紹了GE公司9FA燃機(jī)DLN2.0+燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其設(shè)備在機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行和停機(jī)過(guò)程中的動(dòng)作時(shí)序，列舉r出現(xiàn)在該系統(tǒng)的燃?xì)庑孤┰囼?yàn)失敗、輔助關(guān)斷閥(FSV)故障、速比閥(SRV)故障、清吹故障的原因分析及處理過(guò)程，并提出了改進(jìn)措施 實(shí)際應(yīng)用表明，采川改進(jìn)措施后，故障率明顯降低。
關(guān)鍵詞：9FA燃機(jī)；DLN 2.0+燃燒系統(tǒng)；故障分析：改進(jìn)措施
中圖分類(lèi)號(hào)：'rK477；TK325 DOI：10.11930/i.issn．1004-9649 2016 06 039 01
0引言
中國(guó)引進(jìn)的GE公司9FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組因其啟停迅速、熱效率高及綠色環(huán)保等特點(diǎn)，在電網(wǎng)調(diào)峰中發(fā)揮了巨大的作用，同時(shí)也對(duì)天然氣管線(xiàn)壓力起到了穩(wěn)定作用。但頻繁肩停對(duì)機(jī)組可靠性提出了很高的要求，特別是在啟停過(guò)程中，9FA燃機(jī)DLN 2.0+燃燒系統(tǒng)自動(dòng)控制及模式切換必須精確可靠，任-環(huán)節(jié)故障都可能導(dǎo)致停機(jī)。統(tǒng)計(jì)表明，第1批機(jī)組以及后續(xù)投產(chǎn)機(jī)組在運(yùn)行中，DLN 2.0+燃燒系統(tǒng)故障是最頻繁的故障。本文舉例分析了DLN 2.0+燃燒系統(tǒng)常見(jiàn)故障的原因，介紹了處理過(guò)程，為同類(lèi)型機(jī)組提供參考。
1 DLN 2.0+燃燒系統(tǒng)及其控制簡(jiǎn)介
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
DLN 2.0+燃燒系統(tǒng)如圖1所示，控制的閥門(mén)包括輔助關(guān)斷閥( FSV)、速比閥(SRV)、燃?xì)饪刂崎y（GCV,包括D5. PM1、PM4燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥）及排放閥( Vent Valve)。
FSV在燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)打開(kāi)以供給燃料：在燃機(jī)停機(jī)至熄火轉(zhuǎn)速時(shí)或跳閘時(shí)關(guān)閉以切斷燃料。
SRV調(diào)節(jié)GCV前的天然氣壓力，即P2壓力。P2壓力的設(shè)定值與燃機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，燃機(jī)并網(wǎng)后，P2壓力為恒定值，約為2 940 kPa。
GCV( D5、PM1、PM4)在燃機(jī)肩動(dòng)及升降負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行組合切換及閥位控制，以保證燃機(jī)穩(wěn)定、高效地運(yùn)行，同時(shí)控制NO x的排放。
Vent Valve在機(jī)組運(yùn)行時(shí)關(guān)閉，停機(jī)后及跳機(jī)時(shí)打開(kāi)，排空SRV及GCV之間的天然氣。
1.2控制簡(jiǎn)介
燃機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行及停機(jī)過(guò)程中，DLN 2.0+燃燒系統(tǒng)各閥門(mén)的控制過(guò)程如下：
(1)燃機(jī)啟動(dòng)：Vent Valve關(guān)閉，F(xiàn)SV打開(kāi)，SRV打開(kāi)控制P2壓力，D5開(kāi)啟，燃機(jī)點(diǎn)火，燃機(jī)進(jìn)入擴(kuò)散燃燒模式；燃燒參考溫度( TT RFl)升至427 ℃后．PM1開(kāi)肩，燃機(jī)進(jìn)入亞先導(dǎo)預(yù)混燃燒模式( SPPM)；TTRF1升至954℃，PM4開(kāi)啟，燃機(jī)進(jìn)入先導(dǎo)預(yù)混燃燒模式( PPM)，TTRFI上升至1 260 ℃，D5關(guān)閉，燃機(jī)進(jìn)入預(yù)混燃燒模式(PM)，此狀態(tài)亦為燃機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的燃燒模式。
(2)燃機(jī)停機(jī)：停機(jī)過(guò)程GCV的動(dòng)作過(guò)程與啟動(dòng)時(shí)相反，隨TTRF1的降低，各閥門(mén)按啟動(dòng)時(shí)相反的時(shí)序動(dòng)作。
(3)燃機(jī)甩負(fù)荷：在基本（或接近基本）負(fù)荷時(shí)甩負(fù)荷，燃燒模式南PMl+PM4短時(shí)切換至PM1，然后切至D5+PMl；部分負(fù)荷時(shí)，燃燒模式由D5+PMl+PM4切換至D5+PMl。
(4)燃機(jī)跳機(jī)：跳機(jī)時(shí)，F(xiàn)SV、SRV、GCV各閥同時(shí)關(guān)閉，Vent Valve打開(kāi)。
2常見(jiàn)控制故障
2.1 啟動(dòng)燃?xì)庑孤┰囼?yàn)失敗及停機(jī)燃?xì)庑孤┰囼?yàn)失敗
啟動(dòng)燃?xì)庑孤┰囼?yàn)在機(jī)組啟動(dòng)后點(diǎn)火前自動(dòng)進(jìn)行，試驗(yàn)分兩個(gè)過(guò)程：
(1)轉(zhuǎn)速上升至45 r/min時(shí)，關(guān)閉SRV、Vent Valve，打開(kāi)FSV，計(jì)時(shí)30 s內(nèi)，SRV后P2
壓力上升值不超過(guò)689.5 kPa為合格，否則機(jī)組將因泄漏試驗(yàn)1不合格跳機(jī)，此試驗(yàn)檢驗(yàn)SRV的嚴(yán)密性。SRV泄露時(shí)，會(huì)導(dǎo)致P2壓力過(guò)高。
(2) SRV開(kāi)啟，1 s后關(guān)閉，P2壓力上升，關(guān)閉FSV，計(jì)時(shí)30 s內(nèi)，SRV閥后P2壓力下降
值不超過(guò)1 034.2 kPa為合格，否則機(jī)組將因泄漏試驗(yàn)2不合格跳機(jī)，此試驗(yàn)檢驗(yàn)GCV及Vent
Valve的嚴(yán)密性。Vent Valve的泄漏會(huì)造成天然氣損失，GCV泄漏會(huì)增加燃燒室爆燃的可能。
圖2為燃機(jī)肩動(dòng)泄漏試驗(yàn)1失敗的曲線(xiàn)．從曲線(xiàn)中可以看出：08:19:39泄漏試驗(yàn)1開(kāi)始．28 s后，P2壓力超過(guò)689.5 kPa;泄漏試驗(yàn)1失�。紮C(jī)主保護(hù)LA動(dòng)作，機(jī)組停機(jī)。停機(jī)后，機(jī)務(wù)對(duì)SRV進(jìn)行了檢查及處理，消除了SRV的泄漏。再次肩機(jī)，泄漏試驗(yàn)成功，機(jī)組啟動(dòng)正常。
停機(jī)過(guò)程中，在燃機(jī)熄火后泄漏試驗(yàn)會(huì)再進(jìn)行一次，其試驗(yàn)過(guò)程與啟動(dòng)燃?xì)庑孤┰囼?yàn)過(guò)程一樣。如果停機(jī)時(shí)燃?xì)庑孤┰囼?yàn)失�。敲丛跈C(jī)組停機(jī)后一定要對(duì)燃燒系統(tǒng)各閥門(mén)進(jìn)行仔細(xì)檢查．查明原因并及時(shí)處理，，以確保機(jī)組的安全．
2.2 FSV故障導(dǎo)致燃機(jī)爆燃
燃機(jī)啟動(dòng)點(diǎn)火過(guò)程為：燃機(jī)清吹結(jié)束．轉(zhuǎn)速下降至405 r/min，點(diǎn)火指令發(fā)出，點(diǎn)火器打火．FSV打開(kāi)使燃?xì)馔ㄈ�，SRV打開(kāi)控制P2壓力．D5打開(kāi)進(jìn)氣．30 s內(nèi)2個(gè)以上強(qiáng)度合格的火焰信號(hào)發(fā)出即點(diǎn)火成功，燃機(jī)隨后進(jìn)入暖機(jī)狀態(tài)．
圖3為某次啟動(dòng)時(shí)，燃機(jī)因FSV故障導(dǎo)致燃 機(jī)出現(xiàn)爆燃時(shí)的歷史曲線(xiàn)。歷史曲線(xiàn)中雖未有FSV的閥位信號(hào)，但通過(guò)對(duì)其他信號(hào)的分析能推斷出FSV存在異常。燃機(jī)點(diǎn)火信號(hào)發(fā)出后．啟動(dòng)FSR指令給出后，SRV開(kāi)啟控制P2壓力．D5開(kāi)啟至30%：后SRV不斷增大開(kāi)度，但P2壓力未上升，推斷FSV此時(shí)未打開(kāi)：之后P2壓力出現(xiàn)突升，天然氣流量也瞬間上升，推斷FSV此時(shí)方才打開(kāi)。綜合分析后得出：燃機(jī)點(diǎn)火時(shí)．由于FSV長(zhǎng)時(shí)間未開(kāi)啟，SRV后的P2壓力不能上升．于是SRV不斷開(kāi)大，以試圖將P2壓力控制至設(shè)定值；隨后FSV打開(kāi)．P2壓力又因SRV閥位開(kāi)得過(guò)大而迅速上升，過(guò)高的P2壓力將點(diǎn)著的火焰吹滅，然后又點(diǎn)火成功。從曲線(xiàn)上也能看到．火焰信號(hào)出現(xiàn)又瞬間消失，隨后又再次出現(xiàn)。此過(guò)程中運(yùn)行人員能聽(tīng)到燃燒室中有短暫的轟鳴聲。更換FSV后，機(jī)組再次啟動(dòng)未發(fā)生上述爆燃現(xiàn)象。
針對(duì)FSV的故障，應(yīng)建立FSV檢查臺(tái)賬．定期檢查FSV的控制回路并進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)關(guān)試驗(yàn)．通過(guò)對(duì)閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)的分析，判斷FSV是否有劣化跡象，盡早將問(wèn)題消除在萌芽狀態(tài)。
2.3 SRV故障
SRV常見(jiàn)故障是閥門(mén)內(nèi)漏嚴(yán)重導(dǎo)致燃?xì)庑孤┰囼?yàn)失敗跳機(jī)或啟動(dòng)后燃料流量超限跳機(jī)，本文介紹某次啟動(dòng)過(guò)程中，因SRV故障導(dǎo)致的“點(diǎn)火后P2壓力高”跳機(jī)的案例。
9FA燃機(jī)控制邏輯中觸發(fā)“點(diǎn)火后P2壓力高”跳機(jī)的條件為：燃機(jī)點(diǎn)火成功后．如果P2壓力高于301.6 kPa．且持續(xù)5s以上．燃機(jī)即因“點(diǎn)火后P2壓力高”跳機(jī)。同樣，當(dāng)P2壓力低于193.1 kPa且持續(xù)Ss以上時(shí)，控制邏輯中觸發(fā)“點(diǎn)火后P2壓力低”跳機(jī)。
圖4為SRV故障導(dǎo)致“點(diǎn)火后P2壓力高”跳機(jī)時(shí)的歷史曲線(xiàn)。從圖中可以看出，燃機(jī)清吹結(jié)束，進(jìn)入點(diǎn)火進(jìn)程，SRV開(kāi)至8.5%, D5開(kāi)至30%，燃機(jī)點(diǎn)火成功；進(jìn)入暖機(jī)過(guò)程，因暖機(jī)燃料量小于點(diǎn)火燃料量，于是D5逐漸關(guān)小。但燃機(jī)點(diǎn)火成功后．P2壓力高于跳機(jī)值301.6 kPa,為了降低P2壓力，SRV不斷關(guān)小，P2壓力從最高351.6 kPa往下降，但始終未低于301.6 kPa。當(dāng)SRV指令低于3%時(shí)，SRV卻卡在了3010不再關(guān)小，P2壓力不降反升，Ss后，燃機(jī)因“點(diǎn)火后P2壓力高”跳閘。
機(jī)組跳閘后，熱控人員對(duì)SRV控制回路進(jìn)行了檢查：三冗余的伺服閥線(xiàn)圈阻值、絕緣及接地均正常：強(qiáng)制開(kāi)關(guān)SRV閥門(mén)響應(yīng)迅速、準(zhǔn)確，未出現(xiàn)閥位反饋與指令不跟隨的現(xiàn)象。隨后機(jī)務(wù)人員對(duì)SRV閥體進(jìn)行泄漏試驗(yàn)，結(jié)果顯示SRV閥體嚴(yán)密性合格。從靜態(tài)試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看．SRV 一切正常。但重新分析跳閘曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)P2壓力與SRV閥位變化的趨勢(shì)值得推敲——燃機(jī)跳閘時(shí)．P2壓力因來(lái)不及放散短時(shí)上升，但隨P2壓力上升．忙在3%的SRV開(kāi)始緩慢關(guān)閉。P2壓力的上升．改變的是SRV閥前Pl壓力及閥后P2壓力的壓差，、綜合以上，推測(cè)．跳閘的原因?yàn)闄C(jī)組暖機(jī)時(shí)，燃料量小，SRV開(kāi)度較小，閥門(mén)前后壓差較大，SRV油動(dòng)機(jī)不能克服閥門(mén)前后壓差的影響，未及時(shí)將SRV關(guān)小，致P2壓力上升至跳機(jī)值并因此跳機(jī)。
在更換SRV油動(dòng)機(jī)、閥位重新標(biāo)定后．機(jī)組再次啟動(dòng)，未出現(xiàn)“點(diǎn)火后P2壓力高”跳機(jī)、開(kāi)機(jī)曲線(xiàn)如圖5所示：燃機(jī)點(diǎn)火成功后，P2壓力雖短時(shí)高于跳機(jī)值，但隨SRV關(guān)�。甈2壓力快速降至正常值，機(jī)組順利完成暖機(jī)并進(jìn)入升速階段。
SRV H出現(xiàn)故障時(shí)，首當(dāng)其沖的就是P2壓力．進(jìn)而影響燃機(jī)燃燒及負(fù)荷控制。若機(jī)組出現(xiàn)P2壓力不穩(wěn)定，在停機(jī)后應(yīng)對(duì)SRV進(jìn)行重點(diǎn)檢查．檢查SRV控制回路有無(wú)異常、SRV線(xiàn)性是否合格、SRV泄漏是否嚴(yán)重、SRV油動(dòng)機(jī)是否有異常等。
2.4清吹故障
清吹故障是在燃機(jī)肩停過(guò)程中發(fā)生概率較高的故障。清吹系統(tǒng)的作用是：利用壓氣機(jī)的排氣對(duì)未投入使用的燃?xì)夤艿肋M(jìn)行吹掃，以防止燃料在管道巾積聚和燃燒回流現(xiàn)象。D5管路及PM4管路均有清吹系統(tǒng)，其動(dòng)作機(jī)理基本相同（見(jiàn)圖6），本文以D5清吹系統(tǒng)為例介紹清吹故障。
燃機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)，D5清吹管路關(guān)閉，D5燃料管路投入：隨機(jī)組負(fù)荷增加，TTRF1溫度到達(dá)PPM至PM切換點(diǎn)(1 260C)時(shí)，D5燃料管路退出，D5清吹管路隨即打開(kāi)；停機(jī)時(shí)反之，TTRF1溫度降至PM至PPM切換點(diǎn)(1 232 0C)時(shí)，D5清吹管路關(guān)閉．D5燃料管路打開(kāi)。
燃機(jī)啟動(dòng)升負(fù)荷、PPM向PM切換過(guò)程中，清吹空氣短時(shí)間內(nèi)大量進(jìn)入可能對(duì)燃燒穩(wěn)定造成影響，故清吹閥開(kāi)肩不能太快，要求清吹閥VA13-1、VA13-5及VA13-6從關(guān)到開(kāi)的時(shí)間為35+5 s。
另外．燃機(jī)停機(jī)．PM向PPM切換過(guò)程中，清吹閥關(guān)閉時(shí)間不應(yīng)超過(guò)4 s�？刂七壿嬛腥紵Ｊ綇腜M切至PPM的設(shè)定時(shí)間為8 s，即在8s內(nèi)，VA13-1、VA13 -2須關(guān)到位，清吹壓力開(kāi)關(guān)63PG-1A、63PG-IB及63PG-1C至少須有2個(gè)復(fù)歸．D5燃料方才投入。如果VA13-1的關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)．清吹空氣會(huì)持續(xù)進(jìn)入清吹管路：如果VA13-2關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，燃燒壓力通過(guò)D5噴嘴會(huì)影響到清吹管路．2種情況都會(huì)造成排放閥20VG-2來(lái)不及泄掉VA13-1及VA13-2之間的壓力，清吹壓力開(kāi)關(guān)無(wú)法復(fù)歸，從而觸發(fā)D5清吹故障跳機(jī)。最常見(jiàn)的清吹故障就是清吹閥關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。
表1為某次清吹故障跳機(jī)時(shí)的事件記錄�？梢钥闯�，停機(jī)過(guò)程中，D5清吹壓力開(kāi)關(guān)未復(fù)歸，觸發(fā)了“燃?xì)馇宕倒收咸l”信號(hào)，機(jī)組跳閘。
清吹閥關(guān)閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)常見(jiàn)的原因有：清吹閥控制氣源壓力低或泄漏、清吹閥放大器故障、清吹閥閥體卡澀等。另外，從D5的清吹系統(tǒng)圖分析，產(chǎn)生清吹故障跳機(jī)的原因還可能有：20VG-2故障或是清吹壓力開(kāi)關(guān)本身故障或清吹壓力開(kāi)關(guān)取壓管路堵塞等。針對(duì)清吹故障，宜制定合適的閥門(mén)校驗(yàn)計(jì)劃，如停運(yùn)超過(guò)一段時(shí)間的機(jī)組在啟動(dòng)前．須對(duì)閥組間的各清吹閥進(jìn)行試驗(yàn)，以確定各清吹閥處于良好的工作狀態(tài)。閥組間的檢修工作結(jié)束后，熱工人員須對(duì)清吹閥進(jìn)行測(cè)試，以確定閥組間的檢修工作未對(duì)清吹閥造成不良影響。要定期對(duì)3個(gè)清吹壓力開(kāi)關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)。另外，可考慮在清吹管路上增加壓力變送器，以便從清吹管路壓力趨勢(shì)曲線(xiàn)及早發(fā)現(xiàn)清吹系統(tǒng)壓力異常。
3結(jié)語(yǔ)
GE公司9FA燃機(jī)的DLN 2.0+燃燒系統(tǒng)較復(fù)雜，其控制過(guò)程中某一細(xì)小環(huán)節(jié)的問(wèn)題就有可能造成機(jī)組啟動(dòng)失敗或跳閘。對(duì)于常用于調(diào)峰的此型機(jī)組．應(yīng)針對(duì)燃燒系統(tǒng)的各設(shè)備制定合理的維護(hù)、檢修周期及制度，確保系統(tǒng)的各設(shè)備始終處于健康狀態(tài)．保證機(jī)組肩停成功及穩(wěn)定運(yùn)行。
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