燃氣輪機防喘壓差保護停機原因分析及措施

賈銳

【摘 要】分析了防喘壓差保護停機的原因，給出了西門子V94.2型燃氣輪機防喘壓差測量圖，指出防喘壓差保護停機對機組經(jīng)濟性、安全性的影響，針對燃氣輪機壓氣機水洗后啟機失敗提出整改措施。

【關(guān)鍵詞】燃氣輪機；防喘壓差；測量管路；壓氣機；水洗

中圖分類號： TK473 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0021-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.009

【Abstract】The reasons for the shutdown of the surge differential pressure protection are analyzed， the surge differential pressure relief map of SIEMENS V94.2 gas turbine is given， it is pointed out that the shutdown of the surge differential pressure protection on the unit's economy and safety， aiming at the failure of unit startup in compressor after washing， the improvement measures are put forward.

【Key words】Gas turbine； Surge pressure differential； Measuring pipeline； Compressor； Water washing

0 前言

燃氣輪機喘振是壓氣機的一種不穩(wěn)定工況，會使壓氣機出口空氣流量突降，影響燃燒反應(yīng)和透平做功，透平做功減小又使壓氣機推動功減小，使喘振加重，這樣會形成惡性循環(huán)，造成燃氣輪機振動劇增并伴隨沉悶的嗡嗡聲，危及燃氣輪機本體安全。所以在燃氣輪機啟動和低負荷時設(shè)置高、低壓放氣閥和IGV可調(diào)導(dǎo)葉，以避免喘振發(fā)生，同時為了以防萬一，燃氣輪機設(shè)置有防喘壓差在線監(jiān)測保護，防喘壓差保護作為避免燃氣輪機發(fā)生喘振的最后一道屏障，顯得尤為重要。

1 事例情況

某電廠裝設(shè)有兩臺德國西門子V94.2型燃氣輪機，操作系統(tǒng)是西門子SPPA—T3000系統(tǒng)，燃燒方式為預(yù)混燃燒，配置防喘壓差在線監(jiān)測保護，為防止此保護誤動或拒動，2013年3月對防喘壓差保護進行升級改造，新增兩個防喘壓差測量點，加上原先的一個測量點共3個防喘壓差測量點，使其構(gòu)成3取2邏輯判斷，即如果3個當中有1個測點故障，其他2個正常，那么燃氣輪機依然可以正常運行，這樣就可以提高燃氣輪機的安全、穩(wěn)定性。燃氣輪機的壓氣機水洗方式只有停機后離線水洗，離線水洗轉(zhuǎn)速為600r/min。2015年6月壓氣機水洗完之后，燃氣輪機第一次啟機過程中，往往會觸發(fā)防喘壓差保護動作，進入停機程序。這種情況只發(fā)生在壓氣機水洗之后，平時燃氣輪機啟動一切正常。

1.1 水洗后啟機數(shù)據(jù)曲線分析

查詢壓氣機水洗后的第一次啟機情況（如圖1），縱坐標表示水洗后第一次啟動燃氣輪機成功或失敗，橫坐標表示壓氣機水洗次數(shù)，1-7次按時間由近及遠依次、連續(xù)選取，即第1次時間是2015年6月，第7次時間是2014年8月，中間不漏掉任何一次水洗。

從圖1中得出，兩臺燃機都出現(xiàn)了壓氣機水洗之后第一次啟機都會失敗，因此排除了偶然性。兩臺燃氣輪機都有同樣的情況，說明不是某一特定設(shè)備部件異常導(dǎo)致，很大程度上是防喘壓差儀表安裝位置、測量管路的問題。

1.2 防喘壓差保護原理

如圖2，防喘壓差是進氣道A點和可調(diào)導(dǎo)葉IGV前B點之間的壓差。氣流是從A點流向B點，AB兩點壓差可以反應(yīng)出壓氣機進氣流速，壓差越大流速越大，如果忽略進氣粗濾、細濾的影響，流速又反應(yīng)的是進氣流量，流速越大進氣流量越大，也就是說防喘壓差越大，壓氣機進氣流量越大。壓氣機發(fā)生喘振時，最明顯的特征就是壓氣機進氣流量突然降低，所以如果AB兩點壓差過小，就說明壓氣機發(fā)生了喘振。該廠燃氣輪機防喘壓差保護邏輯是：如果燃氣輪機轉(zhuǎn)速大于2520r/min，且AB兩點壓差小于3KPa，就會出發(fā)燃氣輪機跳閘指令，從而達到保護燃氣輪機本體的目的。

2 防喘壓差保護停機原因分析

2.1 測量管路存在積水

這種情況只發(fā)生在燃氣輪機壓氣機水洗之后第一次啟機過程中，說明防喘壓差保護動作和壓氣機水洗一定有關(guān)系。仔細分析得出，壓氣機水洗需要向通流部分進行射流和霧化噴水（如圖2），而且進水量很大，水從射流、霧化噴入口進入，然后從B點進入測量管路，但A點位于進氣室，因此不受壓氣機水洗影響，所以每次水洗之后都會從B段管線放水閥放出一些水，但積水有可能放不盡，即使放盡了，測量管路潮濕也會增大管路阻力損失，從而影響防喘壓差的測量的準確性。

2.2 測量管路有灰塵

只有壓氣機水洗后第一次啟機過程中，防喘壓差保護動作停機（如圖1所示），一年前從未出現(xiàn)過此種情況，所以很可能是測量管路由于運行時間長了，管內(nèi)壁或多或少有灰塵，灰塵遇水后就會粘附在管內(nèi)壁，這會增大管路阻力，從而影響防喘壓差。

2.3 新增儀表測量管路細長

新增測量儀表2、3管路較長（見圖2）。通常情況下，管路長，其實不會影響測量壓差，因為A段和B段測量管路同時增加長度，A和B兩段的沿程阻力同時增大，儀表前后壓差保持不變。但B斷段進水之后，管內(nèi)壁的水膜對測量管路的氣流具有吸附力，增大了B段管路的沿程阻力，測量管路長、細會使這種情況更加更加明顯。

總之，上述三點都增大了B段管路阻力，而A段由于不受水洗的影響，所以A段阻力不變，氣流是從A點流向B點的，B段阻力增大，相當于B段受阻堵塞，那么儀表兩端壓差要比AB兩點實際壓差?。ㄒ妶D3），就會達到防喘壓差保護條件，使燃氣輪機動作停機。

3 采取措施

3.1 清除測量管路灰塵

測量管路由于運行時間長，管壁內(nèi)有積灰，所以可以用壓縮空氣對儀表管路進行吹掃，從儀表隔離閥或儀表接口處吹入壓縮空氣進行清掃，但要注意不能讓高壓的壓縮空氣吹入儀表，以防止影響防喘壓差儀表的靈敏度甚至損壞儀表。

3.2 縮短測量管路

目前防喘壓差儀表2、3的位置較遠，測量管路長，且管路細（見圖2），將防喘壓差儀表2、3的安裝位置調(diào)整管路最近的地方，如進氣室旁邊的空位置、防喘壓差儀表1下部的空位置等，同時將測量管路的細管改為統(tǒng)一的粗管。

4 實施效果

上述措施實施后，經(jīng)過近半年時間的運行實踐，未再發(fā)生壓氣機水洗后第一次啟動喘振壓差保護動作跳機的情況，這個問題的解決不僅排除了機組啟動過程存在的安全隱患，同時也取得了一定的經(jīng)濟效益。

4.1 安全隱患

燃氣輪機壓氣機水洗后第一次啟機失敗后，必須再次啟動，經(jīng)歷了一次熱脹-冷縮循環(huán)后，再次啟機又是熱脹，第二次啟機后有可能會造成機組振動增大，對燃氣輪機本體及安全造成一定的影響，同時也影響機組的壽命。

為了第二次啟機成功，需要屏蔽防喘壓差保護信號，但這絕非長久之計，因為屏蔽此信號，相當于燃氣輪機失去防喘壓差保護，若真有此類故障時就不能對機組實現(xiàn)保護，存在一定的安全風(fēng)險。

4.2 經(jīng)濟損失

燃氣輪機執(zhí)行啟機命令后，從盤車轉(zhuǎn)速100r/min開始升速，在變頻器和靜態(tài)勵磁機的作用下，發(fā)電機拖動壓氣機升速至500r/min，此時壓氣機出口有一定的空氣流量，具備了燃燒室點火所需的空氣量，點火液化氣進入燃燒室開始點火，天然氣控制閥打開，天然氣進入燃燒室燃燒，透平開始工作，在變頻、勵磁和透平共同作用下，轉(zhuǎn)子將升速至2250r/min后，勵磁和變頻退出工作，只有透平將轉(zhuǎn)速升至3000r/min，然后才開始并網(wǎng)輸出電能。整個啟機過程需要12分鐘，如果防喘壓差保護動作停機后，又需要重新啟動，那么就浪費了一次啟機所需要的電能、天然氣和點火液化氣等，折合經(jīng)濟損失為0.8萬元/次。

4.3 推遲機組并網(wǎng)時間

燃氣輪機壓氣機水洗后第一次啟機過程需要耗時10分鐘，如果防喘壓差保護動作停機后，燃氣輪機轉(zhuǎn)子惰走至盤車轉(zhuǎn)速后才具備下次啟動條件，轉(zhuǎn)子惰走需要耗時10分鐘，檢修人員到達現(xiàn)場處理，閉鎖防喘壓差保護等，又需要10分鐘，總共將燃氣輪機并網(wǎng)時間推遲了30分鐘，聯(lián)合循環(huán)的汽輪機同樣也推遲了30分鐘。如果此時電網(wǎng)負荷緊張，電網(wǎng)調(diào)度中心有可能因為機組未按計劃時間并網(wǎng)而對電廠進行考核。

5 結(jié)語

通過對防喘壓差在線監(jiān)測保護裝置測量誤差導(dǎo)致的機組啟動失敗問題的全面分析，找到了問題的根源，采取了有效的改進措施后，很好地解決了這類燃氣輪機壓氣機水洗后第一次啟機失敗的問題，同時對微壓差儀表測量誤差原因分析具有一定的指導(dǎo)作用。