9FA燃机DLN2.0+燃烧系统故障分析及处理

 宋顺利，章提

 （江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏常州  213011 ）

摘要：统计表明，DLN 2.0+燃烧系统故障是9FA燃机运行中最频率的故障。介绍了GE公司9FA燃机DLN2.0+燃烧系统的结构及其设备在机组启动、运行和停机过程中的动作时序，列举r出现在该系统的燃气泄漏试验失败、辅助关断阀(FSV)故障、速比阀(SRV)故障、清吹故障的原因分析及处理过程，并提出了改进措施  实际应用表明，采川改进措施后，故障率明显降低。

关键词：9FA燃机；DLN 2.0+燃烧系统；故障分析：改进措施

中图分类号：'rK477；TK325  DOI：10.11930/i.issn．1004-9649 2016 06 039 01

 0引言

 中国引进的GE公司9FA燃气-蒸汽联合循环机组因其启停迅速、热效率高及绿色环保等特点，在电网调峰中发挥了巨大的作用，同时也对天然气管线压力起到了稳定作用。但频繁肩停对机组可靠性提出了很高的要求，特别是在启停过程中，9FA燃机DLN 2.0+燃烧系统自动控制及模式切换必须精确可靠，任-环节故障都可能导致停机。统计表明，第1批机组以及后续投产机组在运行中，DLN 2.0+燃烧系统故障是最频繁的故障。本文举例分析了DLN 2.0+燃烧系统常见故障的原因，介绍了处理过程，为同类型机组提供参考。

1  DLN 2.0+燃烧系统及其控制简介

1.1  系统结构

 DLN 2.0+燃烧系统如图1所示，控制的阀门包括辅助关断阀( FSV)、速比阀(SRV)、燃气控制阀（GCV,包括D5. PM1、PM4燃气调节阀）及排放阀( Vent  Valve)。

 FSV在燃机启动时打开以供给燃料：在燃机停机至熄火转速时或跳闸时关闭以切断燃料。

 SRV调节GCV前的天然气压力，即P2压力。P2压力的设定值与燃机转速成正比，燃机并网后，P2压力为恒定值，约为2 940 kPa。

 GCV( D5、PM1、PM4)在燃机肩动及升降负荷时，进行组合切换及阀位控制，以保证燃机稳定、高效地运行，同时控制NO x的排放。

 Vent Valve在机组运行时关闭，停机后及跳机时打开，排空SRV及GCV之间的天然气。

1.2控制简介

 燃机启动、运行及停机过程中，DLN 2.0+燃烧系统各阀门的控制过程如下：

 (1)燃机启动：Vent Valve关闭，FSV打开，SRV打开控制P2压力，D5开启，燃机点火，燃机进入扩散燃烧模式；燃烧参考温度( TT RFl)升至427 ℃后．PM1开肩，燃机进入亚先导预混燃烧模式( SPPM)；TTRF1升至954℃，PM4开启，燃机进入先导预混燃烧模式( PPM)，TTRFI上升至1 260 ℃，D5关闭，燃机进入预混燃烧模式(PM)，此状态亦为燃机正常运行时的燃烧模式。

 (2)燃机停机：停机过程GCV的动作过程与启动时相反，随TTRF1的降低，各阀门按启动时相反的时序动作。

 (3)燃机甩负荷：在基本（或接近基本）负荷时甩负荷，燃烧模式南PMl+PM4短时切换至PM1，然后切至D5+PMl；部分负荷时，燃烧模式由D5+PMl+PM4切换至D5+PMl。

 (4)燃机跳机：跳机时，FSV、SRV、GCV各阀同时关闭，Vent Valve打开。

2常见控制故障

2.1  启动燃气泄漏试验失败及停机燃气泄漏试验失败

 启动燃气泄漏试验在机组启动后点火前自动进行，试验分两个过程：

 (1)转速上升至45 r/min时，关闭SRV、Vent Valve，打开FSV，计时30 s内，SRV后P2

压力上升值不超过689.5 kPa为合格，否则机组将因泄漏试验1不合格跳机，此试验检验SRV的严密性。SRV泄露时，会导致P2压力过高。

 (2) SRV开启，1 s后关闭，P2压力上升，关闭FSV，计时30 s内，SRV阀后P2压力下降

值不超过1 034.2 kPa为合格，否则机组将因泄漏试验2不合格跳机，此试验检验GCV及Vent

Valve的严密性。Vent Valve的泄漏会造成天然气损失，GCV泄漏会增加燃烧室爆燃的可能。

 图2为燃机肩动泄漏试验1失败的曲线．从曲线中可以看出：08:19:39泄漏试验1开始．28 s后，P2压力超过689.5 kPa;泄漏试验1失败．燃机主保护LA动作，机组停机。停机后，机务对SRV进行了检查及处理，消除了SRV的泄漏。再次肩机，泄漏试验成功，机组启动正常。

 停机过程中，在燃机熄火后泄漏试验会再进行一次，其试验过程与启动燃气泄漏试验过程一样。如果停机时燃气泄漏试验失败．那么在机组停机后一定要对燃烧系统各阀门进行仔细检查．查明原因并及时处理，，以确保机组的安全．

  2.2  FSV故障导致燃机爆燃

 燃机启动点火过程为：燃机清吹结束．转速下降至405 r/min，点火指令发出，点火器打火．FSV打开使燃气通入，SRV打开控制P2压力．D5打开进气．30 s内2个以上强度合格的火焰信号发出即点火成功，燃机随后进入暖机状态．

 图3为某次启动时，燃机因FSV故障导致燃 机出现爆燃时的历史曲线。历史曲线中虽未有FSV的阀位信号，但通过对其他信号的分析能推断出FSV存在异常。燃机点火信号发出后．启动FSR指令给出后，SRV开启控制P2压力．D5开启至30%：后SRV不断增大开度，但P2压力未上升，推断FSV此时未打开：之后P2压力出现突升，天然气流量也瞬间上升，推断FSV此时方才打开。综合分析后得出：燃机点火时．由于FSV长时间未开启，SRV后的P2压力不能上升．于是SRV不断开大，以试图将P2压力控制至设定值；随后FSV打开．P2压力又因SRV阀位开得过大而迅速上升，过高的P2压力将点着的火焰吹灭，然后又点火成功。从曲线上也能看到．火焰信号出现又瞬间消失，随后又再次出现。此过程中运行人员能听到燃烧室中有短暂的轰鸣声。更换FSV后，机组再次启动未发生上述爆燃现象。

 针对FSV的故障，应建立FSV检查台账．定期检查FSV的控制回路并进行阀门开关试验．通过对阀门开关时间的历史数据的分析，判断FSV是否有劣化迹象，尽早将问题消除在萌芽状态。

2.3 SRV故障

 SRV常见故障是阀门内漏严重导致燃气泄漏试验失败跳机或启动后燃料流量超限跳机，本文介绍某次启动过程中，因SRV故障导致的“点火后P2压力高”跳机的案例。

 9FA燃机控制逻辑中触发“点火后P2压力高”跳机的条件为：燃机点火成功后．如果P2压力高于301.6 kPa．且持续5s以上．燃机即因“点火后P2压力高”跳机。同样，当P2压力低于193.1 kPa且持续Ss以上时，控制逻辑中触发“点火后P2压力低”跳机。

 图4为SRV故障导致“点火后P2压力高”跳机时的历史曲线。从图中可以看出，燃机清吹结束，进入点火进程，SRV开至8.5%, D5开至30%，燃机点火成功；进入暖机过程，因暖机燃料量小于点火燃料量，于是D5逐渐关小。但燃机点火成功后．P2压力高于跳机值301.6 kPa,为了降低P2压力，SRV不断关小，P2压力从最高351.6 kPa往下降，但始终未低于301.6 kPa。当SRV指令低于3%时，SRV却卡在了3010不再关小，P2压力不降反升，Ss后，燃机因“点火后P2压力高”跳闸。

 机组跳闸后，热控人员对SRV控制回路进行了检查：三冗余的伺服阀线圈阻值、绝缘及接地均正常：强制开关SRV阀门响应迅速、准确，未出现阀位反馈与指令不跟随的现象。随后机务人员对SRV阀体进行泄漏试验，结果显示SRV阀体严密性合格。从静态试验的结果来看．SRV 一切正常。但重新分析跳闸曲线，发现P2压力与SRV阀位变化的趋势值得推敲——燃机跳闸时．P2压力因来不及放散短时上升，但随P2压力上升．忙在3%的SRV开始缓慢关闭。P2压力的上升．改变的是SRV阀前Pl压力及阀后P2压力的压差，、综合以上，推测．跳闸的原因为机组暖机时，燃料量小，SRV开度较小，阀门前后压差较大，SRV油动机不能克服阀门前后压差的影响，未及时将SRV关小，致P2压力上升至跳机值并因此跳机。

 在更换SRV油动机、阀位重新标定后．机组再次启动，未出现“点火后P2压力高”跳机、开机曲线如图5所示：燃机点火成功后，P2压力虽短时高于跳机值，但随SRV关小．P2压力快速降至正常值，机组顺利完成暖机并进入升速阶段。

 SRV H出现故障时，首当其冲的就是P2压力．进而影响燃机燃烧及负荷控制。若机组出现P2压力不稳定，在停机后应对SRV进行重点检查．检查SRV控制回路有无异常、SRV线性是否合格、SRV泄漏是否严重、SRV油动机是否有异常等。

2.4清吹故障

 清吹故障是在燃机肩停过程中发生概率较高的故障。清吹系统的作用是：利用压气机的排气对未投入使用的燃气管道进行吹扫，以防止燃料在管道巾积聚和燃烧回流现象。D5管路及PM4管路均有清吹系统，其动作机理基本相同（见图6），本文以D5清吹系统为例介绍清吹故障。

 燃机点火启动，D5清吹管路关闭，D5燃料管路投入：随机组负荷增加，TTRF1温度到达PPM至PM切换点(1 260C)时，D5燃料管路退出，D5清吹管路随即打开；停机时反之，TTRF1温度降至PM至PPM切换点(1 232 0C)时，D5清吹管路关闭．D5燃料管路打开。

 燃机启动升负荷、PPM向PM切换过程中，清吹空气短时间内大量进入可能对燃烧稳定造成影响，故清吹阀开肩不能太快，要求清吹阀VA13-1、VA13-5及VA13-6从关到开的时间为35+5 s。

 另外．燃机停机．PM向PPM切换过程中，清吹阀关闭时间不应超过4 s。控制逻辑中燃烧模式从PM切至PPM的设定时间为8 s，即在8s内，VA13-1、VA13 -2须关到位，清吹压力开关63PG-1A、63PG-IB及63PG-1C至少须有2个复归．D5燃料方才投入。如果VA13-1的关闭时间过长．清吹空气会持续进入清吹管路：如果VA13-2关闭时间过长，燃烧压力通过D5喷嘴会影响到清吹管路．2种情况都会造成排放阀20VG-2来不及泄掉VA13-1及VA13-2之间的压力，清吹压力开关无法复归，从而触发D5清吹故障跳机。最常见的清吹故障就是清吹阀关闭时间过长。

 表1为某次清吹故障跳机时的事件记录。可以看出，停机过程中，D5清吹压力开关未复归，触发了“燃气清吹故障跳闸”信号，机组跳闸。

 清吹阀关闭时间过长常见的原因有：清吹阀控制气源压力低或泄漏、清吹阀放大器故障、清吹阀阀体卡涩等。另外，从D5的清吹系统图分析，产生清吹故障跳机的原因还可能有：20VG-2故障或是清吹压力开关本身故障或清吹压力开关取压管路堵塞等。针对清吹故障，宜制定合适的阀门校验计划，如停运超过一段时间的机组在启动前．须对阀组间的各清吹阀进行试验，以确定各清吹阀处于良好的工作状态。阀组间的检修工作结束后，热工人员须对清吹阀进行测试，以确定阀组间的检修工作未对清吹阀造成不良影响。要定期对3个清吹压力开关进行校验。另外，可考虑在清吹管路上增加压力变送器，以便从清吹管路压力趋势曲线及早发现清吹系统压力异常。

3结语

 GE公司9FA燃机的DLN 2.0+燃烧系统较复杂，其控制过程中某一细小环节的问题就有可能造成机组启动失败或跳闸。对于常用于调峰的此型机组．应针对燃烧系统的各设备制定合理的维护、检修周期及制度，确保系统的各设备始终处于健康状态．保证机组肩停成功及稳定运行。