PG9171E型燃气轮机停机过程中擦缸异常分析处理

刘 林，华 敏，卢伟明

(1. 浙江浙能技术研究院有限公司，杭州 311121；2. 浙江浙能镇海发电有限责任公司，浙江 宁波 315200)

1 概述

某厂#1燃气轮机型号为PG9171E，由美国GE公司设计制造，该机组于1998年投产，至今运行已达20多年，存在燃气轮机外缸多处变形、透平间温度异常升高现象。夏季工况下，透平间温度可达180～190 ℃，机组运行中经常需开启两台透平间冷却风机(88BT-1/2)，保持透平间内温度。

2 事件经过

5月17日晚上11:10左右机组正常解列，11:40机组盘车投入，12:20盘车跳闸。跳闸后重新投运盘车，盘车电流晃动，转速无法稳定，现场有明显的刮擦声音。对比该机组5月16日与5月17日盘车时间，发现5月17日惰走时间大约减少7～8 min，且惰走时间减少主要集中在低转速区，大约在100 r/min以下时转速下降速率加快。

3 事件分析

由于GE系列燃气轮机曾发生过多起压气机叶片断裂引发的恶性事故，在叶片断裂发生后，也会导致脱落叶片卡涩引发的盘车跳闸现象，因此在加强人工手动盘车的同时，先期进行了压气机进气滤网检查及IGV(进口可转导叶)入口检查，透平温度下降后，同步进行了排气段检查和内窥镜检查。

各项检查均未发现明显异常，消除压气机叶片断裂风险后，进一步分析压气机缸体擦缸原因。结合机组结构及运行特点进行了初步分析，认为可能有以下几方面的原因：

1) 2号瓦损坏，导致油膜不稳，引起惰走时间下降。

2) 结合GE TIL1617技术通报文件，燃气轮机透平缸与排气缸发生错位，燃气轮机透平缸下沉[1-2]。

3) 缸体冷却过快，导致缸体与动叶发生动静摩擦，诱发因素可能为缸体处有火焰检测器冷却水泄漏，透平间冷却风机过度投运或是打开透平间门进行不正常冷却[3-4]。

3.1 2号瓦损坏引发盘车跳闸

PG9171E型燃气轮机侧共有3道轴承，压气机进口为#1轴承(椭圆偏心瓦)，压气机排气缸处为#2轴承(椭圆瓦)，燃气轮机透平排气框架处为#3轴承(椭圆瓦)，结构见图1。同类型机组曾多次发生因2号瓦损坏引发的类似事件。调阅当日运行曲线，检查1，2，3号瓦瓦温、润滑油油温及振动曲线，润滑油温度控制在运行规程范围内，各道轴瓦温度均平滑下降，无明显突变点或上升趋势。由此认为2号瓦损坏导致的盘车跳闸可能性极低[5]。

图1 燃气轮机本体轴承位置图

3.2 燃气轮机透平缸与排气缸发生错位

根据TIL1617技术通报文件显示，9E燃气轮机存在燃气轮机透平缸与排气缸错位，引发3号轴承过载、2号轴承上半瓦与燃气轮机转子发生碰磨的可能。

现场检查燃气轮机透平缸与排气缸连接部位，如图2所示，可见两缸中分面未对齐，有多个径向定位插销脱离原位置，下缸有一个轴向连接螺栓螺母头部断裂。

图2 透平缸与排气缸结合面

判断该机组存在较为明显的缸体错位，为确定错位程度，进一步检查透平三级动叶叶顶六点间隙，判断是否有缸体变形和下降，估算对透平转子与缸体的同心度影响及缸体错位下降程度。通过对比上次检修测量值，数值无异常，结合2号瓦瓦温变化程度，认为缸体错位导致的盘车跳闸可能性也较小。

由于在停机过程中发生较严重的刮缸现象，无法判断对叶片的影响程度，后期进行了开缸检查，检查透平部分，叶片无异常。

3.3 缸体与动叶发生动静摩擦

现场检查，火焰冷却器区域闭式冷却水正常，无泄漏痕迹，缸体表面无过冷情况；调查监控录像及询问运行人员，机组停机后运行人员未对透平间内进行过检查，各道透平间门均在正常关闭状态。

透平间共安装有三台冷却风机，用于透平间日常冷却，抽出少量透平间泄漏的可燃气体。88BT-1/2用于机组正常运行时使用，88BT-3用于机组停机后连续抽吸可能存在的可燃气体。各风机电压及功率见表1。

表1 透平间冷却风机配置

由于机组缸体漏气严重，夏季正常运行期间需保持两台透平间冷却风机(88BT-1AUTO,88BT-2HAND)运行。按照运行操作要求，停机时，需将88BT-2由HAND位置切回AUTO,88BT-2自动停运。88BT-1AUTO位置时，88BT-1停运条件为：

1) 燃气轮机停机，当TNH≤0.06%SPD(L14HR=1)且透平间温度低于(105±2)℉(L26BT2L=1)时，L4BTZ1=1，88BT-1停运。在停机期间(L14HR=1)若透平间温度又升高至(115±5)℉(L26BT2L=0)，88BT-1也不会启动。(TNH为燃气轮机透平转速，SPD为转速简写，燃气轮机3 000 r/min时定义为100%SPD。)

2) 发生火灾时，中间继电器(45FTX-1=1，52BT-1)失电，88BT-1不允许启动，已经启动的自动跳闸(包括HAND位置)。

当TNH≤0.06%SPD，透平间温度低于(105±2)℉后该风机即刻投入运行。

现场各风机电流表、风机风压历史数据记录显示，88BT-3处于故障状态，无法投入运行，当日运行人员在停机过程中，未将88BT-2风机切回AUTO位置，而是一直保持在HAND位置，导致机组盘车投运后，88BT-2一直连续运行，对透平间缸体造成过度冷却，由此可能造成缸体的动静碰磨。与停机期间随意打开透平间门造成的过度冷却效果类似。

检查9E燃气轮机压气机间隙标准值，间隙需要控制在0.889～2.159 mm内。压气机外缸材质为碳钢，直径按2 m计算，若外缸温度下降100 ℃，则收缩幅度可以达到2.6 mm。由此可见，内外缸若不同步冷却，就可能导致外缸收缩过快，引起动静碰磨。

通过上述检查分析，判断透平间缸体过度冷却为造成缸体动静碰磨的最可能因素，但还需开缸检查及后期开机验证。

3.4 开缸检查结果

由于机组实际已发生动静碰磨，由于部分内窥镜探孔无法开启，导致无法判断整机内部损伤情况，所以对该机组进行了开缸检查。检查结果见图3，发现压气机8/9级动叶叶顶有摩擦痕迹，压气机轮盘也有光亮的摩擦痕迹，其余叶片正常。通过对上次大修间隙数据核对，发现8/9级叶片间隙为最小间隙。进一步可以验证动静碰磨为压气机内外缸不均匀冷却引发。

图3 压气机转子碰磨

对压气机动叶磨损严重的各道叶片重新打磨后机组重新装复，并对各道间隙进行复测。

3.5 开机验证

通过比较各项检查数据，虽然此次停机状态下盘车跳闸发生了两次，但是并未对机组后续运行造成不利的影响。通过开缸检查也证实了这一点，部分叶片虽有动静碰磨，但也是轻微的，叶轮顶端没有大的卷曲或磨损，GE公司认为这不会对燃气轮机运行产生影响。

机组检修完成后，进行盘车状态试运、高盘状态试运，机组各项指标均正常后，机组进行了点火并网试运行，各项指标均无异常，恢复到正常运行状态。

4 结论及建议

通过规范运行操作，机组已投入运行三个多月，且经历了多次启停，均无异常。进一步说明机组停机后，风机的过度投运引发的缸体过度收缩是本次缸体碰磨的根本原因。

结合本次事件对现场燃气轮机的操作提出以下预防性建议：

(1) 严格按照GE操作手册，规范88BT风机启停，严禁在运行及启停阶段开启透平间各道出口。

(2) 检查燃气轮机透平间火焰探测器上的闭冷水管线，确保无漏点。

(3) 对燃气轮机各道密封冷却空气管线进行检查，确保无泄漏。

(4) 对燃气轮机缸体的过度漏气引发的透平间高温进行处理，减少由此引发的振动风险。