燃气轮机空气清吹系统优化改造研究

杨张辉

摘  要：燃气轮机系统及其空气清吹系统的使用安全性能够对燃机的应用质量起到非常明显的影响作用，本文结合6F.01燃机的清吹系统以及调试期间出现的事故进行分析，并对该系统的优化改造对策展开深入探讨和研究，旨在减少此类型设备的安全隐患，供相关从业者参考。

关键词：燃气轮机;空气清吹系统;系统优化

引言：对于燃机而言，其内部的燃烧系统以及空气清吹系统二者之间互相提供辅助作用，通过两个系统之间的配合，便于燃机在运行过程中产生的负荷以及环保指标等方面予以及时切换，但在调试和运行过程中，该系统会出现类似单点保护的不稳定性因素，相关技术人员应针对此情况进行研究，对其系统进行优化和改造处理。

一、燃机清吹系统

燃机的清吹系统是燃机系统中非常关键的功能结构之一，一般来看，燃机在正常运作下会对其负荷进行有效判断和调整，进而选择最为合适的燃烧模式，在燃烧过程中，由于燃烧模式的不同，导致部分喷嘴装置无法在任何情况下拥有充足的燃料予以供应。所以，在燃烧系统正在运作的过程中，可通过清吹系统、将燃机中的压气机装置进行连接，通过这种方式对没有连通天然气的管道以及喷嘴装置进行及时冷却，避免天然气出现回流现象，同时也能减少管道与喷嘴装置中残存燃料而产生自燃现象。具体到燃机清吹系统的组成结构来看，分别由具有冷却功能并密封的空气系统，以及燃料的气控制系统、壓气机装置共同组成。

二、对燃气轮机清吹系统的高效优化策略

（一）天然气的运行模式

1.先导预混模式

该模式主要指气体燃料在向燃烧室进行扩散期间，选用通道D5以及通道PM1A。选择这种运行模式的情况通常是由于部分额定转速到低负荷中产生变化，待燃机进入全速空载状态后，可进行继续加载，直至到达燃烧基准，该基准与火焰燃烧温度类似。

2.预混模式

该模式主要指天然气在经过喷嘴装置后的通道分别为PM1A、PM1B、PM3通道，在超过燃烧基准线到燃机的基础负荷期间，都采用预混模式进行。在气体燃料通过喷嘴装置后，喷嘴装置区域的燃料不再继续流动，此时可启动对喷嘴装置的吹扫作业。在抽气支管的辅助作用下，将压气机产生的气体导入气体燃料的传送管路，对气体燃料喷嘴展开吹扫环节^[1]。

在进行吹扫的过程中，需确保空气能够在喷嘴装置中正常流出，这种方式能够有效检验各类管道中没有易燃气体的存留，并能对燃料喷嘴进行冷却。一旦通过PM1B、PM3燃气喷嘴的燃气没有继续流动，并且全部燃气全部流至扩散喷嘴装置，此时可将PM1B、PM3的吹扫阀开启，对其进行吹扫作业。若燃料气吹扫支管装置没有正常运作，相关技术人员可将支管中的放空阀开启，并将管道内部的燃气进行排空，避免燃料气体聚集。在这个过程中，相关技术人员需确保燃料没有聚集在两个串联的吹扫放空阀内。对于先导预混模式以及预混模式两种模式，其清吹系统的运作状态如表1所示。

三、燃机清吹系统的改造要点

（一）明确保护动作的运作原理及其逻辑

燃机MARK VIe控制系统的有效运作，能够清晰地看到清吹系统中的各种保护机制及其条件，在这个过程中主要涉及到三种保护形式如下所示：

1.快速降负荷

若燃机在进行清吹时，管道、线路的温度超出365℃（延时2秒），或者清吹温度超过345℃时，燃机开启快速降负荷模式，通过这种方式能够将清吹得温度控制在高值内^[2]。

2.停机

产生停机的情况主要是燃机大气压力与FPG1的清吹压力的总和，与压气机排气压力的比值超出1.01或低于0.962，并且这个情况在1分钟以上。

3.燃机跳闸

燃机出现跳闸情况主要包含三种情况，首先是清吹温度超出385℃（延时两秒）。其次，在进行清吹环节的过程中，10秒内对清吹管路中三支压力变送器、其中有两支经过压力检测发现其压力低于303kPa，最后，在燃烧模式下进行切换，但是清除指令在系统中并没有成功发出。

例如，在某燃机进行调试的过程中出现燃机跳闸事故，其中，原电磁阀为A，新增电磁阀为B电磁阀系统的前期改造如图1所示。

在发电机的出口区域设置的断路器已经断开，燃机系统显示“处于保护状态”。针对此情况可采用双路模式的电磁阀装置对其进行有效控制，如图2所示。

若对此阀门进行有效改造，则会对阀门的运作可靠性提供较为关键的保障，改造后的电磁阀系统图，其中，清吹阀门在进行改造的前期与后期的运作情况如表2所示。

（二）方案的调试

在MARK VIe燃机控制系统运作过程中，可适当增设一路继电器作为输出点。具体的设置方式如下所示，首先，进入相关软件选择TOOLBOXST→进入1#机组→组态“G1”→选择菜单software→1#燃机系统组态→“客户”系统→新建项目并命名“Ps1”→增添“MOVE”的功能模块→对其功能模块输入变量“SRC”、以及输出变量“DEST”。

其次，将输入变量与原组态中清吹阀的VA13-1的开启指令进行关联，并将输出变量与新电磁阀开启指令进行关联并将其重新命名。最后，可将空余的继电器连入至通过选中该继电器通道的“L20PG1ON”指令，并按照上述流程将其他清吹阀门的改造工作予以完成[3]。

（三）对优化进行的验证

对上述方案进行优化验证的数据记录如表3所示。

结论：总的来看，为确保燃机的清扫机制能够达到一定的高效性，相关人员需对燃机的空气清吹系统进行适当的优化和改造，并结合实际情况对燃机的自动保护机制的运作逻辑制定相应的改造措施，在对新增电磁阀进行相关实验后，任意一个电磁阀在出现问题后，阀门仍能正常启动和运作，只有两个电磁阀都产生故障才会影响阀门的正常作用，这种方式能够有效增强清吹系统的使用稳定性。

参考文献：

[1]陈开胜，邱伟，张敏杰.燃气轮机热反吹在燃烧器杂质处理中的应用[J].燃气轮机技术，2021，34（03）：53-56.

[2]吴徐宇，顾振华.9E级燃机燃烧切换不成功的多种情况及伴随现象浅谈[J].内燃机与配件，2020（12）：164-165.

[3]赖仁满.石化企业燃气轮机运行可靠性提升探讨[J].石油化工设备技术，2020，41（03）：56-61+9-10.