燃气透平101JGT运行十年总结

麻 强，郭晓宏

（中海石油化学股份有限公司，海南东方 572600）

1 透平101JGT简介

本装置燃气轮机101JGT由意大利新比隆（Nuovo Pignone）公司制造，其工作原理如下。

燃气透平入口空气过滤器将空气过滤后，清洁空气经过压气机提压提温后与天然气在燃烧室内充分混合、燃烧。高温高压的气流通过喷嘴驱动透平叶轮转动，从而驱动压缩机做功。其乏气通过烟道进入一段炉炉膛，为一段炉燃烧提供所需氧气。压缩机为4段压缩，将空气由常压提压至4.3MPa左右，然后送至二段炉作为反应用的工艺空气。压缩机段间有3个换热器，用于置换压缩过程中的多余热量。主要技术参数见表1。

表1 101JGT主要技术参数

101JGT日常维护主要包括两项：定期更换透平及压缩机入口过滤器滤芯，机组定期离线清洗。当透平及压缩机入口过滤器压差超过8kPa时，机组会出现反吹现象。当出现反吹现象时就及时更换过滤器滤芯。

2 运行十年遇到的问题及解决方案

2.1 机组P4PCC的改造

P4PCC是燃气透平的燃气空气之比，是101JGT机组最核心的联锁设置。新比隆公司提供的原始P4PCC设计值为1.101～1.150。在原始试车过程中，装置因为P4PCC值高联锁频繁跳车，经过厂家及本装置技术人员研究发现，是因为本装置CO2含量过高（约21.4%）所致。天然气组分波动极易造成P4PCC值高联锁。2003年9月30日，装置正式投产时，经厂家及本装置技术人员共同研究决定，将P4PCC高联锁值由1.150改至1.180。本次改造后装置因P4PCC值联锁停车的事故显著减少。

装置自2003年投产以来，P4PCC值联锁跳车仍是困扰装置正常运行的最核心问题，每年装置80%左右的事故跳车都是P4PCC值高联锁所致。针对此种情况，工艺技术组与生产厂家经过仔细研究、反复论证，最终认为P4PCC值仍有修改空间，修改后可保证机组和工艺系统的安全运行。2008年3月装置大修时，将P4PCC值高联锁由1.180改至1.200，此次修改效果明显。修改后由P4PCC值引起的联锁跳车由以前的每年6、7次减少至现在的每年1、2次，装置的全年事故停车次数也显著减少。

2.2 PV1050的改造

101JGT最主要的作用是为二段炉提供工艺空气，二段炉正常工况的空气用量约为100t／h，而101JGT机组的打气量在100～110t／h波动，当气温升高时，101JGT打气量明显下降。PV1050（12"）为101JGT机组的防喘振阀／压力调节阀，同时控制进入二段炉空气量和压力的稳定。在工艺上，要求PV1050有一定的放空量，从而保证进入二段炉空气量的稳定。因为PV1050的量程为0～120t／h，其富裕的空气量使PV1050长期处在2%～10%的小阀位开度，当气温变化时，极易造成PV1050阀频繁动作，继而造成整个前系统的波动，对装置影响很大。另外，长期小开度放空对调节阀的磨损较大。2009年1月29日，装置因PV1050大幅波动造成安全阀启跳，最终造成全系统停车。因此，PV1050的改造也显得尤为必要。

选取300ms～500ms时间窗口对N400进行平均波幅检验，词语内容主效应不显著，F(1，21)=0.56，p=0.46；电极点主效应也不显著，F(8，168)=2.30，p=0.113；二者的交互作用也不显著，F(8，168)=0.66，p=0.585。但是在N400潜伏期上，不仅词汇内容的主效应显著，社群性词汇引发的N400潜伏期峰值晚于能动性词汇。而且电极点的主效应也显著，点上的潜伏期最早，F3点上的潜伏期最晚。但是二者的交互作用不显著(p=0.300)。见图1。

2009年3月装置大修时对PV1050进行了改造，加装了一个旁路小阀PV1050A，量程为0～15t／h。PV1050改造后效果明显。近两年来，正常工况时PV1050A开度在35%左右，PV1050全关；事故状态时，PV1050全开。PV1050A的增加，彻底解决了因PV1050频繁开关引起的装置波动，从而消除了二段炉及整个后系统的频繁波动。PV1050流程改造示意见图1。

图1 PV1050流程示意图

2.3 低压轴锁定跳机

从2004年开始，在燃机启动过程中偶尔会出现当高压轴转速超过额定转速50%左右时机组跳机的现象。结合启动过程中记录的趋势和联锁名称判断，产生该联锁的条件为高压轴转速超过50%后，低压轴仍为零转速。

查看以往趋势发现，在2003年机组刚投用时，低压轴超过零转速时高压轴转速一般在47%左右，2004年初为48%，到2004年底为50%左右。低压轴驱动的负载是工艺空气压缩机，海南空气湿度较大，压缩机组运行一段时间后由于锈蚀和结垢，效率会下降，启动时所需的力矩也逐渐增加。从机械上解决该问题要将工艺空气压缩机解体，对缸体及内件进行清理，但只能在停机检修时实施。

高压轴的最小转速，设定为2 600r／min，正好是高压轴额定转速的50%；低压轴的零转速，设定为15r／min。当高压轴转速达到2 600r／min后，低压轴转速仍未超过15r／min，则产生低压轴锁定联锁。

到2005年底，高压轴转速接近54%时，低压轴才有转速。在2006年初的停机检修中对压缩机低压缸进行了解体检修，清理了缸体和内件。开机时高压轴转速在48%左右低压轴就已经启动，彻底解决了该问题。

2.4 排气温度分布不均停机

在燃机机组试车过程中，多次出现机组低压轴达到最小设定转速（90%）后3min左右机组跳机的情况。

理论上，燃机在正常工况下运行时燃烧均匀，排气热偶所测得的温度应该相同。但实际上排气温度场不可能完全均匀，各热电偶的测量值均有偏差。在MarkⅥ燃烧保护中，采用了容许分布温度TTXSPL作为标准，确定燃机在正常情况下各热电偶测量结果的允许温度差。

燃气轮机启动、停机、加减负荷等不同工况下，透平前温度（初温）和排气温度都是不同的。燃机高负荷运行时，所需燃料量大，燃气透平前温高，排气温度也较高。压气机出口温度CTD变化也会引起燃气透平前温度变化。排气温度高时，相应热电偶所测量到的排气温度偏差也大。

检查开车记录的趋势记录，发现跳车前第10号、11号排气温度热偶温度分别为584和625.8℉，远低于平均值741.3℉，实际排气温差达到187.8℉，容许温差为149.5℉。趋势记录见图2。

图2 排气温度趋势图

由于相邻两点温度低，因此可以基本排除热电偶故障的可能性，出现该问题可能为燃机燃烧部件或热气通路出现问题所致。在检查燃烧部件时，发现燃机7号、8号火焰筒间的联焰管脱落。联焰管脱落导致燃烧筒没有全部点燃，表征为排气温度场分布不均匀，引起了联锁动作。将联焰管复位后，该机组再未出现类似问题。

2.5 SRV阀前燃气压力低导致不能点火

在2010年10月的一次燃机启动过程中，当机组清吹完毕后不进入点火程序，机组一直处于拖动状态。检查报警记录及点火条件，发现出现SRV阀前燃气压力低报警，点火条件不满足。此时SRV阀前燃气压力变送器96FG－1指示690kPa，低于设定值1 999.48kPa，但现场盘装表指示燃气压力在2 400kPa。

检查MarkⅥ系统未出现诊断报警。对变送器校准后，发现加压后主控指示变化依然偏低，且出现波动。判断为回路问题，将现场接线甩开，发现负极线路有接地现象，接地电阻在20kΩ左右。查找接地点，确认现场接线箱到主控间电缆正常，重点检查现场接线箱到表体部分电缆。发现该变送器电缆有中间接线盒，仔细检查接线，发现中间接线电缆屏蔽层的金属丝将线缆绝缘皮扎破。中间电缆的屏蔽层在接线箱内统一接到地排，因此线缆绝缘被扎破后通过屏蔽层导致了接地。对该点做包扎处理后，检测绝缘恢复正常。重新开机，燃机顺利启动。

2.6 透平天然气主路阀后放空阀改造

101JGT透平天然气入口分贫气阀和富气阀两路。因本装备所用工艺天然气为贫气，其CO2含量过高（约21.4%），不能满足10JGT机组点火需要，因此，在101JGT有一路富气用于101JGT点火。

在贫气阀和富气阀两路汇合的主路上有一放空阀，其作用为101JGT开车前天然气置换时放空置换气。新比隆（Nuovo Pignone）公司原厂设计该阀为一电动阀，有一套完整的逻辑控制该阀在置换及富气倒贫气时的开关逻辑，但在实际运行时，该电动阀总是在置换完毕后不能自动关闭，曾多次导致101JGT机组点火失败，联锁信号显示为主燃气压力低低。在咨询原厂没有更好的解决办法后，本装置技术组决定将该阀改造为手动阀，当天然气置换合格后，由现场操作人员关闭该放空阀。该放空阀的改造解决了此类机组点火失败问题。

2.7 棘轮电磁阀20HR故障

2006年时曾出现燃机启动信号发出后启动电机不启动，10s后出现启动离合器无法啮合报警LCLFEN＿ALM，机组启动失败的情况。分析报警原因为启动离合器未啮合所致。燃机采用的启动离合器是SSS，也就是同步自换档离合器，离合器啮合后，由趋近开关33CS检测。

通常，盘车系统（棘轮系统）启动时，通过辅助齿轮箱使启动离合器啮合，驱动燃机转子转动。燃机进入冷机程序后盘车系统会周期性启动。在燃机启动时为了使启动离合器啮合使转子转动，同时减小启动转矩，盘车系统也会启动。盘车系统现在多采用液力棘轮系统，通常作为液力变矩器的一部分。

检查棘轮系统电磁阀20HR，发现该电磁阀线圈电阻为50Ω，而正常电磁阀应为1kΩ左右，判断电磁阀线圈故障。采用的是atos生产的电磁阀，其线圈侧有一个复位按钮，按下后会使电磁阀AT、BP导通。棘轮电机88HR的停止由液压棘轮正行程限位开关信号l33hrf控制，当该信号由1变为0并保持2s后电机停运。经分析油路，通过88HR的启停也可以使棘轮系统运行。由于暂时没有备件，因此将该电磁阀复位按钮用卡子固定，待燃机启动后，将卡子拆除。在燃机停运后再装上卡子，使燃机完成冷机程序，盘车系统和润滑油系统停运后更换新电磁，该故障处理完。

2.8 101JGT火气保护系统故障

101JGT机组透平部分本身自带一套火气保护系统。该系统有2组，10个钢瓶（有干冰），用管道连接至机组透平燃烧室及油箱顶盖及各电机机房。火气保护系统在机组启动正常后投用，透平燃烧室及电机机房两个密闭的腔室内装有负责监测温度和可燃气体的2组探头，当该两室温度≥85℃或可燃气体含量≥20×10－6时，火气保护系统触发动作，10个钢瓶约0.5t干冰将在2min内全部喷完，从而起到灭火、降温的作用，以便最大程度保护101JT机组不发生火灾、爆炸等事故。

该套火气保护系统从2003年开车一直运行正常，但在2011年3月装置检修后的开车过程中，发现101JGT的火气保护系统不能正常投用。经过技术组人员仔细检查，确认故障原因为卡件故障，因此类卡件无备件，不能马上更换，为不影响装置正常生产，装置继续开车，等待下次停车时对该卡件进行更换。现场人员则将该处作为重点，监护运行。具体措施有以下：① 将两室内10个温度监测点及7个可燃气体监测点数据引至主控DCS监控台上显示，每一小时记录一次数据；② 在两室顶部4个通风口处分别引导管至地面，现场人员每1h用测爆仪监测有无可燃气体。这两种手段的综合使用保证了两室内温度及可燃气体的实时监测，从2011年3月开车至今，装置长周期运行了330多天，火气保护系统在监护下运行正常。

2.9 101JGT压缩机段间冷却器3段入口冷却器液位高联锁引起全系统停车

101J机组停车前，全装置运行平稳，机组各参数都在正常范围内。FSC系统SOE第一跳车信号为XS101J，101J／JGT机组本机联锁。查找101J／JGT机组HMI报警记录，第一跳车信号为3RD.ST.COOLER LEVEL TRIP工艺空气压缩机3段入口冷却器液位高联锁。经过事故调查组的调查分析，原因如下。

（1）工艺空气压缩机3段入口冷却器101JC2共有两个液位变送器LT1136和LT1236，分别用于报警和联锁。两变送器取压点不同。

（2）两液位指示在跳车前均比较平稳，从趋势图上可以看出跳车前LI1236突然上涨到满量程，LI1136则比较平稳，其他几个冷却器液位LI1235、LI1237也均未出现上涨。DCS趋势记录见图3。

图3 DCS趋势记录

（3）空气压缩机组101J冷却器液位变送器均采用ROSEMOUNT 3051差压变送器。该变送器在二部装置中有大量应用，曾出现过变送器故障。

（4）对LT1236变送器进行了校验，发现其线性较差。

通过上述分析，引起101J机组跳车的主要原因为LT1236变送器故障。在明确装置跳车的事故原因后，做了如下处理：① 工艺空气压缩机3段入口冷却器101JC2液位变送器LT1136和LT1236回路检查，MarkⅥ内部信号处理及逻辑检查确认；② 更换工艺空气压缩机3段入口冷却器101JC2液位变送器LT1236，并进行校验；③将工艺空气压缩机入口冷却器三台变送器LT1235／1236／1237负向引压管排污针阀更换为排污堵头，并重新灌液；④ 每个工艺空气压缩机入口冷却器的液位变送器均增加一台，和冷却器原有的两台变送器构成三选二联锁。这需要重新配管、增加支架、电缆，并且程序需要组态下装，只能在较长时间的计划检修时进行；⑤加强对现场仪表设备的巡检，根据基地装备管理研讨会的精神对巡检制度以及巡检路线进行完善和优化。

此后的一年多运行中，此类故障没有再次发生。

3 结 语

101JGT为本装置最核心、最重要的设备之一，如不能正常运行，将导致整个合成系统无法正常开车。但因其投资巨大，只能单系列运行。在运行近10年的时间里，101JGT出现了不少故障，均被解决。通过对这些故障的查找、分析、解决，不仅使操作人员对101JGT内部结构有了更深层次的理解，也对操作人员更好地操作、维护机组提供了帮助。