燃气轮机防喘压差保护停机原因分析及措施

贾锐

【摘 要】分析了防喘压差保护停机的原因，给出了西门子V94.2型燃气轮机防喘压差测量图，指出防喘压差保护停机对机组经济性、安全性的影响，针对燃气轮机压气机水洗后启机失败提出整改措施。

【关键词】燃气轮机；防喘压差；测量管路；压气机；水洗

中图分类号： TK473 文献标识码： A 文章编号： 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

燃氣轮机喘振是压气机的一种不稳定工况，会使压气机出口空气流量突降，影响燃烧反应和透平做功，透平做功减小又使压气机推动功减小，使喘振加重，这样会形成恶性循环，造成燃气轮机振动剧增并伴随沉闷的嗡嗡声，危及燃气轮机本体安全。所以在燃气轮机启动和低负荷时设置高、低压放气阀和IGV可调导叶，以避免喘振发生，同时为了以防万一，燃气轮机设置有防喘压差在线监测保护，防喘压差保护作为避免燃气轮机发生喘振的最后一道屏障，显得尤为重要。

1 事例情况

某电厂装设有两台德国西门子V94.2型燃气轮机，操作系统是西门子SPPA—T3000系统，燃烧方式为预混燃烧，配置防喘压差在线监测保护，为防止此保护误动或拒动，2013年3月对防喘压差保护进行升级改造，新增两个防喘压差测量点，加上原先的一个测量点共3个防喘压差测量点，使其构成3取2逻辑判断，即如果3个当中有1个测点故障，其他2个正常，那么燃气轮机依然可以正常运行，这样就可以提高燃气轮机的安全、稳定性。燃气轮机的压气机水洗方式只有停机后离线水洗，离线水洗转速为600r/min。2015年6月压气机水洗完之后，燃气轮机第一次启机过程中，往往会触发防喘压差保护动作，进入停机程序。这种情况只发生在压气机水洗之后，平时燃气轮机启动一切正常。

1.1 水洗后启机数据曲线分析

查询压气机水洗后的第一次启机情况（如图1），纵坐标表示水洗后第一次启动燃气轮机成功或失败，横坐标表示压气机水洗次数，1-7次按时间由近及远依次、连续选取，即第1次时间是2015年6月，第7次时间是2014年8月，中间不漏掉任何一次水洗。

从图1中得出，两台燃机都出现了压气机水洗之后第一次启机都会失败，因此排除了偶然性。两台燃气轮机都有同样的情况，说明不是某一特定设备部件异常导致，很大程度上是防喘压差仪表安装位置、测量管路的问题。

1.2 防喘压差保护原理

如图2，防喘压差是进气道A点和可调导叶IGV前B点之间的压差。气流是从A点流向B点，AB两点压差可以反应出压气机进气流速，压差越大流速越大，如果忽略进气粗滤、细滤的影响，流速又反应的是进气流量，流速越大进气流量越大，也就是说防喘压差越大，压气机进气流量越大。压气机发生喘振时，最明显的特征就是压气机进气流量突然降低，所以如果AB两点压差过小，就说明压气机发生了喘振。该厂燃气轮机防喘压差保护逻辑是：如果燃气轮机转速大于2520r/min，且AB两点压差小于3KPa，就会出发燃气轮机跳闸指令，从而达到保护燃气轮机本体的目的。

2 防喘压差保护停机原因分析

2.1 测量管路存在积水

这种情况只发生在燃气轮机压气机水洗之后第一次启机过程中，说明防喘压差保护动作和压气机水洗一定有关系。仔细分析得出，压气机水洗需要向通流部分进行射流和雾化喷水（如图2），而且进水量很大，水从射流、雾化喷入口进入，然后从B点进入测量管路，但A点位于进气室，因此不受压气机水洗影响，所以每次水洗之后都会从B段管线放水阀放出一些水，但积水有可能放不尽，即使放尽了，测量管路潮湿也会增大管路阻力损失，从而影响防喘压差的测量的准确性。

2.2 测量管路有灰尘

只有压气机水洗后第一次启机过程中，防喘压差保护动作停机（如图1所示），一年前从未出现过此种情况，所以很可能是测量管路由于运行时间长了，管内壁或多或少有灰尘，灰尘遇水后就会粘附在管内壁，这会增大管路阻力，从而影响防喘压差。

2.3 新增仪表测量管路细长

新增测量仪表2、3管路较长（见图2）。通常情况下，管路长，其实不会影响测量压差，因为A段和B段测量管路同时增加长度，A和B两段的沿程阻力同时增大，仪表前后压差保持不变。但B断段进水之后，管内壁的水膜对测量管路的气流具有吸附力，增大了B段管路的沿程阻力，测量管路长、细会使这种情况更加更加明显。

总之，上述三点都增大了B段管路阻力，而A段由于不受水洗的影响，所以A段阻力不变，气流是从A点流向B点的，B段阻力增大，相当于B段受阻堵塞，那么仪表两端压差要比AB两点实际压差小（见图3），就会达到防喘压差保护条件，使燃气轮机动作停机。

3 采取措施

3.1 清除测量管路灰尘

测量管路由于运行时间长，管壁内有积灰，所以可以用压缩空气对仪表管路进行吹扫，从仪表隔离阀或仪表接口处吹入压缩空气进行清扫，但要注意不能让高压的压缩空气吹入仪表，以防止影响防喘压差仪表的灵敏度甚至损坏仪表。

3.2 缩短测量管路

目前防喘压差仪表2、3的位置较远，测量管路长，且管路细（见图2），将防喘压差仪表2、3的安装位置调整管路最近的地方，如进气室旁边的空位置、防喘压差仪表1下部的空位置等，同时将测量管路的细管改为统一的粗管。

4 实施效果

上述措施实施后，经过近半年时间的运行实践，未再发生压气机水洗后第一次启动喘振压差保护动作跳机的情况，这个问题的解决不仅排除了机组启动过程存在的安全隐患，同时也取得了一定的经济效益。

4.1 安全隐患

燃气轮机压气机水洗后第一次启机失败后，必须再次启动，经历了一次热胀-冷缩循环后，再次启机又是热胀，第二次启机后有可能会造成机组振动增大，对燃气轮机本体及安全造成一定的影响，同时也影响机组的寿命。

为了第二次启机成功，需要屏蔽防喘压差保护信号，但这绝非长久之计，因为屏蔽此信号，相当于燃气轮机失去防喘压差保护，若真有此类故障时就不能对机组实现保护，存在一定的安全风險。

4.2 经济损失

燃气轮机执行启机命令后，从盘车转速100r/min开始升速，在变频器和静态励磁机的作用下，发电机拖动压气机升速至500r/min，此时压气机出口有一定的空气流量，具备了燃烧室点火所需的空气量，点火液化气进入燃烧室开始点火，天然气控制阀打开，天然气进入燃烧室燃烧，透平开始工作，在变频、励磁和透平共同作用下，转子将升速至2250r/min后，励磁和变频退出工作，只有透平将转速升至3000r/min，然后才开始并网输出电能。整个启机过程需要12分钟，如果防喘压差保护动作停机后，又需要重新启动，那么就浪费了一次启机所需要的电能、天然气和点火液化气等，折合经济损失为0.8万元/次。

4.3 推迟机组并网时间

燃气轮机压气机水洗后第一次启机过程需要耗时10分钟，如果防喘压差保护动作停机后，燃气轮机转子惰走至盘车转速后才具备下次启动条件，转子惰走需要耗时10分钟，检修人员到达现场处理，闭锁防喘压差保护等，又需要10分钟，总共将燃气轮机并网时间推迟了30分钟，联合循环的汽轮机同样也推迟了30分钟。如果此时电网负荷紧张，电网调度中心有可能因为机组未按计划时间并网而对电厂进行考核。

5 结语

通过对防喘压差在线监测保护装置测量误差导致的机组启动失败问题的全面分析，找到了问题的根源，采取了有效的改进措施后，很好地解决了这类燃气轮机压气机水洗后第一次启机失败的问题，同时对微压差仪表测量误差原因分析具有一定的指导作用。