王 維，張振華，胡智勇

(珠海深能洪灣電力有限公司,廣東 珠海 519060)

隨著人們對電力需求的日益增長，燃氣輪機發(fā)電因其發(fā)電靈活、綠色環(huán)保、占地面積小等優(yōu)點將越來越重要。據(jù)國際能源署(IEA)發(fā)布的《世界能源展望》，2040年全球燃氣輪機發(fā)電裝機容量將增長到2 740 GW左右[1]。

清吹系統(tǒng)作為燃氣輪機發(fā)電機組的一部分，對天然氣管路起著重要保護作用。如果出現(xiàn)故障可能會產(chǎn)生如下影響：燃燒模式閉鎖、燃氣輪機自動降負荷、自動停機和跳機、在燃氣管道中形成燃氣聚積和燃氣回流等，不僅會損害設(shè)備壽命，而且會影響整個燃氣輪機電廠和電網(wǎng)負荷的穩(wěn)定性?；诖?，本文主要從Mark Ⅵe邏輯控制和現(xiàn)場故障兩個層次，對清吹故障及其處理進行解析和總結(jié)歸納，為燃氣輪機出現(xiàn)同類清吹故障提供技術(shù)借鑒和支持。

1 9E燃氣輪機燃料清吹系統(tǒng)

GE燃氣輪機的清吹系統(tǒng)采用“雙隔離+排空”系統(tǒng)。首先，從壓氣機排氣AD6來的吹掃空氣經(jīng)過冷卻器冷卻，再通過空氣側(cè)清吹閥VA13-3、燃料側(cè)清吹閥VA13-4被引入3號燃料調(diào)節(jié)閥所屬的下游管道，最終從噴嘴排入燃燒室。清吹排空閥VA13-16起到盡快釋放閥間壓力的作用[2]。9E燃氣輪機清吹系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。

圖1 9E燃氣輪機清吹系統(tǒng)工作流程示意圖

清吹系統(tǒng)的功能：對未投入使用的燃料通道進行吹掃，去除其中殘余燃料和凝結(jié)水，從而防止出現(xiàn)“回火”、不同噴嘴之間“串火”以及“爆燃”[3]；同時，也有冷卻噴嘴的作用。在9E燃氣輪機中，主要對GCV-3所屬的燃氣回路進行清吹[4]。

2 9E燃氣輪機清吹系統(tǒng)控制邏輯

2.1 清吹閥動作邏輯

清吹隔離閥會在以下3種情況下動作。

1) 升負荷過程中，進行二次切換，在進入預(yù)混切換模式之前且未進入擴散貧貧燃燒模式時，兩個電磁閥20PG-3、20PG-4得電，兩個清吹閥VA13-3和VA13-4關(guān)閉；當(dāng)進入預(yù)混切換模式，等GCV-3關(guān)閉后，延時5 s，兩個電磁閥失電，兩個清吹閥開啟。

2) 減負荷過程中，TTRF1≤1 920 ℉(TTRF1為燃燒基準溫度)，GCV-3在關(guān)位，使兩個電磁閥失電，兩個清吹閥保持開啟狀態(tài)。

3) 甩負荷過程中，發(fā)電機跳閘或遠程開關(guān)跳閘，若跳閘前剛好在關(guān)閉清吹閥過程中，在GCV-3關(guān)閉后，延時30 s，兩個電磁閥失電，兩個清吹閥開啟。

清吹排空閥VA13-16會在2個清吹隔離閥關(guān)閉到位后，電磁閥20VG-3得電而打開；而在清吹隔離閥準備開啟時，電磁閥20VG-3失電而關(guān)閉。同時，清吹隔離閥動作要求“慢開快關(guān)”。打開時間為(35±5)s，打開時間不能過快，是為了防止負荷和排氣溫度突然上升，減小對壓氣機旋轉(zhuǎn)失速裕度[5]的影響；關(guān)閉時間為<4 s，是為了盡快開啟燃料控制閥，對燃料的流量進行精準控制。排空閥和排空管道要保持暢通。

2.2 清吹系統(tǒng)故障報警邏輯

清吹系統(tǒng)故障報警邏輯，主要有以下5種[6]。

1) L63PG2H_ALM中文含義為燃氣清吹系統(tǒng)壓力高報警。在清吹閥關(guān)閉命令發(fā)出后，兩個清吹閥VA13-3和VA13-4均已關(guān)閉到位，若閥間壓力高于0.344 MPa，延時5 s后出現(xiàn)L63PG2H_ALM，同時會引發(fā)L86PGTLO(清吹閥關(guān)閉失敗)。

在課程結(jié)束后應(yīng)用微課，應(yīng)當(dāng)起到深化知識，促使學(xué)生所理解的內(nèi)容更為系統(tǒng)的作用，這樣學(xué)生才能在數(shù)學(xué)知識應(yīng)用階段更加靈活，富有創(chuàng)新性，因此不難發(fā)現(xiàn)，微課在課程結(jié)束后的應(yīng)用需要對學(xué)生的創(chuàng)新及數(shù)學(xué)思維能力進行進一步培養(yǎng)及升華。例如：在學(xué)生對角的學(xué)習(xí)時，教師可以制作與之對應(yīng)并促使知識點延伸的微課，也就是發(fā)現(xiàn)生活中的角、角的形成、角不同部分的名稱，角怎樣比較等等。然后教師需要為學(xué)生演示實際操作方法，促使學(xué)生明確實踐方法，并為學(xué)生布置課后作業(yè)，引導(dǎo)并鼓勵學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、探索及實踐，這樣他們就能對知識形成更為深刻的理解，其思維能力也能夠在實踐探究過程中得到鍛煉及提升。

2) L86PGTLO_ALM中文含義為燃氣清吹閥關(guān)閉失敗報警。在清吹閥VA13-3和VA13-4關(guān)閉信號發(fā)出15 s后，任一個清吹閥未關(guān)到位，則會引發(fā)L86PGTLO_ALM，同時燃氣清吹系統(tǒng)閥間壓力高，不僅會引發(fā)L63PG2H_ALM，且會出現(xiàn)L86PGTLO_ALM。

3) L63PG2L_ALM中文含義為燃氣清吹系統(tǒng)壓力低報警。在清吹閥打開命令發(fā)出后，兩個清吹閥均已打開到位，若閥間壓力低于0.206 MPa，延時30 s后出現(xiàn)L63PG2L_ALM。

4) L30PGTOF_ALM中文含義為燃氣切換清吹閥打開失敗報警。在清吹閥VA13-3和VA13-4打開信號發(fā)出40 s后，任一個清吹閥未開到位，則會引發(fā)L30PGTOF_ALM；若未在初級燃燒模式，會引發(fā)L86PGVL_ALM。

5) L86PGVL_ALM中文含義為燃氣清吹閥打開失敗-降負荷報警。未在初級燃燒模式下，出現(xiàn)燃氣切換清吹閥打開失敗(L30PGTOF為1)，則燃氣輪機自動降負荷，并出現(xiàn)L86PGVL_ALM。

3 清吹系統(tǒng)故障分析及處理

清吹系統(tǒng)故障根據(jù)故障源可劃分為4類：清吹閥故障、清吹電磁閥故障、限位開關(guān)故障和清吹壓力故障。針對每一類故障，下面分別從故障現(xiàn)象、故障原因和應(yīng)對方案三個方面進行分析和闡述。

3.1 清吹閥故障

通過對清吹閥故障案例研究發(fā)現(xiàn)[7-9]，清吹閥故障主要有3種：(1)清吹閥打開時間過短，清吹閥打開設(shè)定時間為30 s至40 s之間，但清吹閥打開時間低于30 s時，會造成燃燒室火焰衰弱、熄火，排氣溫度分散度高；(2)清吹閥打開時間過長，清吹閥打開設(shè)定時間為30 s至40 s之間，但清吹閥打開時間高于40 s時，會使燃氣輪機不斷自動降負荷，當(dāng)故障消除或者進入初級燃燒模式，只有主復(fù)歸操作之后才能停止降負荷；(3)清吹閥關(guān)閉時間過長，清吹閥關(guān)閉設(shè)定時間為4 s以內(nèi)，但清吹閥關(guān)閉時間高于4 s時，會使大量清吹空氣或燃料通道的氣體進入清吹閥間腔室，造成閥間腔室壓力高，同時預(yù)混燃燒模式閉鎖，一區(qū)重點火，進入擴散貧貧燃燒模式。

燃氣輪機電廠作為調(diào)峰電廠需要頻繁啟停，燃料管的高溫高壓以及長時間振動磨損都會造成閥門卡澀、內(nèi)漏；而其他相關(guān)設(shè)備部件如放大器、氣缸會出現(xiàn)卡澀故障，氣動傳送機構(gòu)的彈簧等也會老化失靈。同時，控制氣源壓力低或泄漏導(dǎo)致電磁閥無法動作，也是引起清吹閥故障的主要原因。

應(yīng)對方案主要有2個：加強對清吹系統(tǒng)的定期維護工作；定期做好傳動試驗，并記錄好閥門動作的位置和時間等，可以有效降低清吹閥的故障率。

3.2 清吹電磁閥故障

故障原因主要有兩個：清吹電磁閥多在燃料小間，長時間高溫環(huán)境下，電磁閥密封圈老化漏氣導(dǎo)致其開度不夠；控制氣源空氣品質(zhì)差、氣源管路堵塞也會引起電磁閥無法正常動作，如江蘇某電廠白天空氣濕度較大，夜晚溫度較低，使空氣中的凝結(jié)水結(jié)冰堵塞控制氣源管路[2]。

應(yīng)對方案主要有3個：定期對燃料小間的進氣口濾網(wǎng)進行清理，保持通風(fēng)降溫；對清吹閥的電磁閥進行位移改造，將相關(guān)電磁閥移出燃料小間統(tǒng)一管理；改善電磁閥控制氣源，采用儀用罐壓縮空氣并加裝過濾器。

3.3 限位開關(guān)故障

限位開關(guān)可以將清吹閥的現(xiàn)場開關(guān)位置信息傳遞給Mark Ⅵe控制系統(tǒng)，其故障可分為開位故障和關(guān)位故障。

長時間的高溫和振動、機械磨損會使限位開關(guān)位置漂移；隔離閥的氣動放大器漏氣、限位開關(guān)老化等都會引發(fā)限位開關(guān)故障。

定期對限位開關(guān)進行校準維護；必要時對其更新?lián)Q代，有效防止機械傳動引起的信號異常，提高反饋裝置精度；同時，在Mark Ⅵe界面增加清吹閥打開/關(guān)閉的計時模塊，對其動作時間進行監(jiān)視和記錄。

3.4 清吹壓力故障

對燃氣輪機故障案列進行分析總結(jié)[12]，清吹壓力故障主要有3種：清吹壓力高、清吹壓力低和壓力開關(guān)本體故障。

引起清吹壓力高的故障原因有2個：排空口無遮雨板，雨水進入排空管道，長時間引起銹蝕無法泄壓，進而引起清吹壓力高；清吹閥體損壞、密封墊老化失效，會導(dǎo)致清吹空氣和燃料管中的氣體進入清吹閥間腔室，造成清吹壓力高。引起清吹壓力低的故障原因有3個：長時間振動使支管斷裂，清吹空氣外泄，引起清吹壓力低；過濾器堵塞，清吹空氣進入清吹管道不暢；一般水洗過后，未排凈清吹管道的積水，清吹空氣進入清吹管道不暢，引起清吹壓力低。引起壓力開關(guān)本體故障的故障原因有2個：壓力開關(guān)取壓路堵塞，導(dǎo)致清吹壓力顯示有誤；壓力開關(guān)使用年數(shù)較長，內(nèi)阻增大，影響壓力開關(guān)的動作值。

相應(yīng)地，針對清吹壓力高故障的應(yīng)對方案為：在排空口添加擋雨板，在排空管路上增加低點疏水閥；定期對清吹閥做傳動試驗，檢查校驗。針對清吹壓力低故障的應(yīng)對方案為：對清吹支管定期檢查跟換；對清吹過濾器和儀用空氣過濾器定期檢查清理；離線水洗保證清吹閥關(guān)閉，水洗后保證積水排凈。針對壓力開關(guān)本體故障的應(yīng)對方案為：對清吹閥的壓力開關(guān)升級改造，定期試驗和校對；增加壓力變送器并從歷史曲線中及早發(fā)現(xiàn)和預(yù)防故障。

4 結(jié)語

對清吹系統(tǒng)動作邏輯和故障報警邏輯進行深入分析，可以更好地理解系統(tǒng)的動作流程和控制原理，同類型的機組可以根據(jù)實際情況對邏輯中定值參數(shù)進行修改，從而降低故障率。

根據(jù)本文中清吹系統(tǒng)故障的分類、實際案例分析，并結(jié)合故障報警邏輯，為故障原因的查找和故障的解決提供了技術(shù)參考。