9E燃气轮机清吹系统逻辑分析与故障处理

王 维，张振华，胡智勇

(珠海深能洪湾电力有限公司,广东 珠海 519060)

随着人们对电力需求的日益增长，燃气轮机发电因其发电灵活、绿色环保、占地面积小等优点将越来越重要。据国际能源署(IEA)发布的《世界能源展望》，2040年全球燃气轮机发电装机容量将增长到2 740 GW左右[1]。

清吹系统作为燃气轮机发电机组的一部分，对天然气管路起着重要保护作用。如果出现故障可能会产生如下影响：燃烧模式闭锁、燃气轮机自动降负荷、自动停机和跳机、在燃气管道中形成燃气聚积和燃气回流等，不仅会损害设备寿命，而且会影响整个燃气轮机电厂和电网负荷的稳定性。基于此，本文主要从Mark Ⅵe逻辑控制和现场故障两个层次，对清吹故障及其处理进行解析和总结归纳，为燃气轮机出现同类清吹故障提供技术借鉴和支持。

1 9E燃气轮机燃料清吹系统

GE燃气轮机的清吹系统采用“双隔离+排空”系统。首先，从压气机排气AD6来的吹扫空气经过冷却器冷却，再通过空气侧清吹阀VA13-3、燃料侧清吹阀VA13-4被引入3号燃料调节阀所属的下游管道，最终从喷嘴排入燃烧室。清吹排空阀VA13-16起到尽快释放阀间压力的作用[2]。9E燃气轮机清吹系统的工作流程如图1所示。

图1 9E燃气轮机清吹系统工作流程示意图

清吹系统的功能：对未投入使用的燃料通道进行吹扫，去除其中残余燃料和凝结水，从而防止出现“回火”、不同喷嘴之间“串火”以及“爆燃”[3]；同时，也有冷却喷嘴的作用。在9E燃气轮机中，主要对GCV-3所属的燃气回路进行清吹[4]。

2 9E燃气轮机清吹系统控制逻辑

2.1 清吹阀动作逻辑

清吹隔离阀会在以下3种情况下动作。

1) 升负荷过程中，进行二次切换，在进入预混切换模式之前且未进入扩散贫贫燃烧模式时，两个电磁阀20PG-3、20PG-4得电，两个清吹阀VA13-3和VA13-4关闭；当进入预混切换模式，等GCV-3关闭后，延时5 s，两个电磁阀失电，两个清吹阀开启。

2) 减负荷过程中，TTRF1≤1 920 ℉(TTRF1为燃烧基准温度)，GCV-3在关位，使两个电磁阀失电，两个清吹阀保持开启状态。

3) 甩负荷过程中，发电机跳闸或远程开关跳闸，若跳闸前刚好在关闭清吹阀过程中，在GCV-3关闭后，延时30 s，两个电磁阀失电，两个清吹阀开启。

清吹排空阀VA13-16会在2个清吹隔离阀关闭到位后，电磁阀20VG-3得电而打开；而在清吹隔离阀准备开启时，电磁阀20VG-3失电而关闭。同时，清吹隔离阀动作要求“慢开快关”。打开时间为(35±5)s，打开时间不能过快，是为了防止负荷和排气温度突然上升，减小对压气机旋转失速裕度[5]的影响；关闭时间为<4 s，是为了尽快开启燃料控制阀，对燃料的流量进行精准控制。排空阀和排空管道要保持畅通。

2.2 清吹系统故障报警逻辑

清吹系统故障报警逻辑，主要有以下5种[6]。

1) L63PG2H_ALM中文含义为燃气清吹系统压力高报警。在清吹阀关闭命令发出后，两个清吹阀VA13-3和VA13-4均已关闭到位，若阀间压力高于0.344 MPa，延时5 s后出现L63PG2H_ALM，同时会引发L86PGTLO(清吹阀关闭失败)。

在课程结束后应用微课，应当起到深化知识，促使学生所理解的内容更为系统的作用，这样学生才能在数学知识应用阶段更加灵活，富有创新性，因此不难发现，微课在课程结束后的应用需要对学生的创新及数学思维能力进行进一步培养及升华。例如：在学生对角的学习时，教师可以制作与之对应并促使知识点延伸的微课，也就是发现生活中的角、角的形成、角不同部分的名称，角怎样比较等等。然后教师需要为学生演示实际操作方法，促使学生明确实践方法，并为学生布置课后作业，引导并鼓励学生自己去发现、探索及实践，这样他们就能对知识形成更为深刻的理解，其思维能力也能够在实践探究过程中得到锻炼及提升。

2) L86PGTLO_ALM中文含义为燃气清吹阀关闭失败报警。在清吹阀VA13-3和VA13-4关闭信号发出15 s后，任一个清吹阀未关到位，则会引发L86PGTLO_ALM，同时燃气清吹系统阀间压力高，不仅会引发L63PG2H_ALM，且会出现L86PGTLO_ALM。

3) L63PG2L_ALM中文含义为燃气清吹系统压力低报警。在清吹阀打开命令发出后，两个清吹阀均已打开到位，若阀间压力低于0.206 MPa，延时30 s后出现L63PG2L_ALM。

4) L30PGTOF_ALM中文含义为燃气切换清吹阀打开失败报警。在清吹阀VA13-3和VA13-4打开信号发出40 s后，任一个清吹阀未开到位，则会引发L30PGTOF_ALM；若未在初级燃烧模式，会引发L86PGVL_ALM。

5) L86PGVL_ALM中文含义为燃气清吹阀打开失败-降负荷报警。未在初级燃烧模式下，出现燃气切换清吹阀打开失败(L30PGTOF为1)，则燃气轮机自动降负荷，并出现L86PGVL_ALM。

3 清吹系统故障分析及处理

清吹系统故障根据故障源可划分为4类：清吹阀故障、清吹电磁阀故障、限位开关故障和清吹压力故障。针对每一类故障，下面分别从故障现象、故障原因和应对方案三个方面进行分析和阐述。

3.1 清吹阀故障

通过对清吹阀故障案例研究发现[7-9]，清吹阀故障主要有3种：(1)清吹阀打开时间过短，清吹阀打开设定时间为30 s至40 s之间，但清吹阀打开时间低于30 s时，会造成燃烧室火焰衰弱、熄火，排气温度分散度高；(2)清吹阀打开时间过长，清吹阀打开设定时间为30 s至40 s之间，但清吹阀打开时间高于40 s时，会使燃气轮机不断自动降负荷，当故障消除或者进入初级燃烧模式，只有主复归操作之后才能停止降负荷；(3)清吹阀关闭时间过长，清吹阀关闭设定时间为4 s以内，但清吹阀关闭时间高于4 s时，会使大量清吹空气或燃料通道的气体进入清吹阀间腔室，造成阀间腔室压力高，同时预混燃烧模式闭锁，一区重点火，进入扩散贫贫燃烧模式。

燃气轮机电厂作为调峰电厂需要频繁启停，燃料管的高温高压以及长时间振动磨损都会造成阀门卡涩、内漏；而其他相关设备部件如放大器、气缸会出现卡涩故障，气动传送机构的弹簧等也会老化失灵。同时，控制气源压力低或泄漏导致电磁阀无法动作，也是引起清吹阀故障的主要原因。

应对方案主要有2个：加强对清吹系统的定期维护工作；定期做好传动试验，并记录好阀门动作的位置和时间等，可以有效降低清吹阀的故障率。

3.2 清吹电磁阀故障

故障原因主要有两个：清吹电磁阀多在燃料小间，长时间高温环境下，电磁阀密封圈老化漏气导致其开度不够；控制气源空气品质差、气源管路堵塞也会引起电磁阀无法正常动作，如江苏某电厂白天空气湿度较大，夜晚温度较低，使空气中的凝结水结冰堵塞控制气源管路[2]。

应对方案主要有3个：定期对燃料小间的进气口滤网进行清理，保持通风降温；对清吹阀的电磁阀进行位移改造，将相关电磁阀移出燃料小间统一管理；改善电磁阀控制气源，采用仪用罐压缩空气并加装过滤器。

3.3 限位开关故障

限位开关可以将清吹阀的现场开关位置信息传递给Mark Ⅵe控制系统，其故障可分为开位故障和关位故障。

长时间的高温和振动、机械磨损会使限位开关位置漂移；隔离阀的气动放大器漏气、限位开关老化等都会引发限位开关故障。

定期对限位开关进行校准维护；必要时对其更新换代，有效防止机械传动引起的信号异常，提高反馈装置精度；同时，在Mark Ⅵe界面增加清吹阀打开/关闭的计时模块，对其动作时间进行监视和记录。

3.4 清吹压力故障

对燃气轮机故障案列进行分析总结[12]，清吹压力故障主要有3种：清吹压力高、清吹压力低和压力开关本体故障。

引起清吹压力高的故障原因有2个：排空口无遮雨板，雨水进入排空管道，长时间引起锈蚀无法泄压，进而引起清吹压力高；清吹阀体损坏、密封垫老化失效，会导致清吹空气和燃料管中的气体进入清吹阀间腔室，造成清吹压力高。引起清吹压力低的故障原因有3个：长时间振动使支管断裂，清吹空气外泄，引起清吹压力低；过滤器堵塞，清吹空气进入清吹管道不畅；一般水洗过后，未排净清吹管道的积水，清吹空气进入清吹管道不畅，引起清吹压力低。引起压力开关本体故障的故障原因有2个：压力开关取压路堵塞，导致清吹压力显示有误；压力开关使用年数较长，内阻增大，影响压力开关的动作值。

相应地，针对清吹压力高故障的应对方案为：在排空口添加挡雨板，在排空管路上增加低点疏水阀；定期对清吹阀做传动试验，检查校验。针对清吹压力低故障的应对方案为：对清吹支管定期检查跟换；对清吹过滤器和仪用空气过滤器定期检查清理；离线水洗保证清吹阀关闭，水洗后保证积水排净。针对压力开关本体故障的应对方案为：对清吹阀的压力开关升级改造，定期试验和校对；增加压力变送器并从历史曲线中及早发现和预防故障。

4 结语

对清吹系统动作逻辑和故障报警逻辑进行深入分析，可以更好地理解系统的动作流程和控制原理，同类型的机组可以根据实际情况对逻辑中定值参数进行修改，从而降低故障率。

根据本文中清吹系统故障的分类、实际案例分析，并结合故障报警逻辑，为故障原因的查找和故障的解决提供了技术参考。