三菱M701F4燃机透平#2轮盘腔室温度高处理

吴为彪

摘 要： 本文介绍了三菱M701F4燃机透平冷却空气系统概况，并对中海油珠海天然气发电有限公司M701F4燃机某次冷态启动过程中出现的透平#2轮盘腔室温度高事件经过、原因分析、处理情况及采取的措施进行了详细的论述，对同类型机组处理类似问题具有一定的参考作用。

关键词： M701F4；#2轮盘腔室温度高；原因分析；处理

引言

燃气轮机发电作为清洁能源得到了越来越多的青睐，由于发电效率高，功率大，三菱M701F4燃机在我国的投产项目不断增加，但是关于M701F4的运行经验还比较有限。本文就三菱M701F4燃机在某次冷态启动过程中出现的透平#2轮盘腔室温度高事件的经过、原因及处理进行了总结，希望给同类型机组的技术人员提供参考和帮助。

1、透平冷却空气系统概况

中海油珠海天然气发电有限公司配备两套三菱M701F4级联合循环热电机组。三菱M701F4燃气轮机冷却空气系统执行两个基本功能，第一个功能是给暴露在烟气通道，温度高于工作金属的温度极限的部件提供直接冷却；第二个功能是给透平环境控制提供服务，为确保整个透平维持设计的环境。

如图1所示，冷却转子和透平动叶的空气来自压气机排气，压气机排气经过水冷式冷却器（TCA）并过滤后冷却转子。直接冷却发生在每一级动叶枞树形根部，这种冷却方式向暴露在燃气高温通道的动叶和透平转子轮盘间提供热障。透平静叶通过几种不同的方式进行冷却。第一级静叶使用压气机排气从燃机内部进行冷却。第二级、第三级、第四级静叶分别使用第14 级、第11 级、第6 级压气机抽气进行冷却。静叶还为冷却空气提供通到级间气封腔室的内部通道。冷却空气被导入由级间气封和转子形成的通道，最后通过相应的气体流道。该冷却空气维持轮盘处于可以接受的环境温度中。如图2所示，第2、3、4级的轮盘腔室温度用热电偶监测，热电偶插入级间迷宫的空气通道中，当轮盘温度超过报警值时，为避免转子轮盘烧损必须通过降负荷以降低轮盘温度。

如图3所示，TCA系统冷却水来自高压给水泵，经过TCA后流向凝汽器（路线一）和高压汽包（路线二）。路线一用于机组启动过程和燃机低负荷运行以及紧急状况，路线二用于机组正常带负荷运行。路线一和路线二是通过两个流量控制阀来进行TCA冷却水的流量控制，冷却水流量越大，TCA气侧出口温度越低。另外，调节燃机冷却空气冷却器旁路手动阀的开度也可以调节TCA气侧出口温度。

2 具体事件

2.1事件经过

2016年2月3日9：34第I套机组启动，13：36 #1燃机升到160MW，TCS报“#2轮盘腔室温度高”（温度高报警值460℃），当值立即降负荷到145MW，#2轮盘腔室温度下降，随即当值对燃机所有水洗阀门进行检查，特别针对2级静叶冷却气源压气机14级高压抽气进行检查，未发现问题。18：09第I套机组负荷停留在270MW，#2轮盘腔室温度最高升到518℃，23：00咨询东方厂家后要求#1燃机降负荷运行，燃机负荷限高130—150MW。

2.2 原因分析

2月4日，运行人员对#1燃机运行参数进行全面检查，并依据厂家所给的东汽厂家关于轮盘腔室温度高的原因进行逐个分析。厂家所给的原因有5点：1.热电偶故障及安装位置不正确、2.TCA冷却效果恶化、3.TCA过滤器堵塞或外部管道发生泄漏、4.透平静叶装配不正确、5.燃机密封环磨损，密封间隙扩大所致。

针对以上的可能原因进行一一排除，首先，机组已经投运约1年多时间，并由热工及机务检修人员进行确认，排除了热电偶故障及安装位置不正确和透平静叶装配不正确的原因。对TCA的进出温度的历史趋势进行比较，同时结合其他静叶轮腔温度都比较正常，也排除了TCA冷却效果恶化和冷却空气管堵塞的可能原因。因此，我们认为最有可能的原因应为：燃机密封环间隙过大，高温的燃气漏入静叶腔导致温度增高。燃机密封环间隙过大导致轮盘腔室温度异常升高的原因分析如下：

如图4所示，静叶环上的径向密封、表面密封和转子隔离出透平缸的冷却室。正常情况下，冷却空气将级间轮盘腔室区域加压，从而防止高温气流进入该区，烧损轮盘。但当静叶环上的径向密封和表面密封间隙变大时，情况会如图5所示，冷却室的压力下降，当低于高温气流的压力时，高温气流就会从表面密封和径向密封倒流至轮盘腔室，从而使#2轮盘腔室温度升高。

由于最有可能的原因是静叶环上的径向密封和表面密封间隙变大导致的#2级轮盘腔室温度异常升高，所以确认的调整方向是减小静叶环上的径向密封和表面密封间隙。因为静叶环上的径向密封和表面密封紧靠燃机转子，所以在机组运行的情况下，调整间隙只能增加燃机转子径向的膨胀量。结合图6燃机转子及动叶冷却空气的示意图可知，要增加燃机转子径向的膨胀量可通过提高转子冷却空气温度实现。

2.3处理过程

通过以上分析已经确定调整方向，于是2月4日，8：20下令手动调整#1燃机TCA汽包侧流量阀，以提高转子冷却空气温度。白班运行人员执行操作，当#1燃机TCA汽包侧流量阀从25%关到18%，其TCA流量从76T/H降到了45T/H，转子冷却空气温度由168℃升到181℃，#2级轮盘腔室温度（L侧）从447℃降到421℃，（R侧）从403℃降到391℃。从数据来看，#2轮盘腔室温度明显下降，且温差缩小，因此，提高转子冷却空气温度来降低#2轮盘腔室温度这个措施是正确的。

采取上述措施后，#2轮盘腔室温度421℃已经低于正常运行时的最高温度，为了检验燃机在最高负荷下，#2轮盘腔室温度不超温，12：30将第I套机组负荷升到420MW，运行两小时，#2轮盘腔室温度分别为421℃和419℃，从数值和温差来看，都和之前机组正常运行时的参数一致。

14：20将I套机组负荷降到270MW，#2轮盘腔室温度（L侧）升到441℃，按热工要求手动调整TCA空气侧旁路手动阀，以提高转子冷却空气温度。将TCA旁路手动阀开大到50%左右（原来基础上按手轮圈数，共开20圈），转子冷却空气温度稳定在210℃，#2轮盘腔室温度稳定在427℃和394℃。

下图为#2轮盘腔室温度及转子冷却空气曲线图：

虽然调整了TCA空气侧旁路手动阀，但TCA冷却水侧汽包侧流量控制阀一直手动调整，对转子冷却空气温度影响很大，因此，热工对该阀自动逻辑和参数进行修订，16：12投入自动后TCA流量基本稳定。2月4日运行至今，#2轮盘腔室温度（L、R两侧）已恢复正常。总结起来，通过减少TCA冷却水流量和开大TCA空氣侧旁路手动阀来提高转子冷却空气温度，进而使静叶环上的径向密封和表面密封间隙变小，降低#2轮盘腔室温度是正确有效的。

3 结语

M701F4机组在我国的投产的项目越来越多，随着运行时间和机组启停次数的增加，暴露的问也题会越来越多。本文就中海油珠海天然气发电有限公司三菱M701F4燃机在某次冷态启动过程中出现的透平#2轮盘腔室温度高事件的经过、原因及处理进行了经验的总结分析，对同类型机组的技术人员处理类似问题具有很好的借鉴意义。■

参考文献

[1]1.2×460MW燃气-蒸汽联合循环热电机组机务运行规程.中海油珠海天然气发电有限公司企业标准.2017.