9FA型燃气轮机燃料管清吹阀故障原因及对策分析

    摘 要：文章介绍了GE公司9FA型燃气轮机燃料管清吹阀的控制原理，描述了故障现象，分析了故障原因，并对消除故障的方法进行了阐述。

    关键词：9FA型燃气轮机；清吹阀；故障原因

    1 燃料管清吹系统简介

    GE公司生产的9FA型燃气轮机D5和PM4燃料管上都布置有气体清吹系统，当燃料管在不输送燃料的时候都要进行清吹。清吹气体来自压气机抽出的排气，清吹的作用是防止燃料管中形成燃料气集聚、冷却燃料喷嘴，防止喷嘴由于回火而造成烧蚀。

    在D5燃料管上有两个串联布置的清吹阀：VA13-1，VA13-2，一个排空阀：20VG-2；在两个清吹阀中间的管道上布置有3个阀间压力开关：63PG-1A，1B，1C，用来监测阀间压力；燃料管上还布置有3点温度：PT-G1-1A，2A，3A，用于系统吹扫温度的显示与控制。在PM4燃料管上同样有两个串联布置的清吹阀：VA13-5，VA13-6，一个排空閥：20VG-4；两个清吹阀中间的管道上布置有3个阀间压力开关：63PG-3A，3B，3C。系统中还布置有3个燃料喷嘴燃气/空气压比变送器：96GN-1，96GN-2，96GN-3。

    2 燃料管清吹阀的控制原理

    清吹阀、排空阀都是气动执行机构，靠电磁阀、气缸来控制阀门的开关，阀门上布置有位置反馈装置。其中VA13-1，VA13-5，VA13-6是两位式气动执行机构，VA13-2是调节型气动执行机构，由电磁阀、定位器、薄膜来控制阀门的开关，并带一个四副位置开关的位置反馈装置来表示阀门的开度。

    当D5燃料管有燃料流动时，清吹阀VA13-1，VA13-2关闭，排空阀20VG-2打开，排空集聚在两只清吹阀之间管道内的燃料气，通过3个阀间压力开关63PG-1A，1B，1C来监视两个清吹阀关闭的严密性。当流经D5燃料管的燃料停止流动（预混燃烧方式）时，就要启动对D5燃料管道的吹扫，通过MK6控制程序使VA13-1，VA13-2打开，排空阀20VG-2关闭，将压气机排气通入D5燃料管进行吹扫。

    同样，当PM4燃料管有燃料流动（先导预混、预混燃烧方式）时，清吹阀VA13-5，VA13-6关闭，排空阀20VG-4打开，排空集聚在两只清吹阀之间管道内的燃料气，通过3个阀间压力开关63PG-3A，3B，3C来监视两个清吹阀关闭的严密性。当流经PM4燃料管的燃料停止流动（机组启动时吹扫、扩散、子先导预混燃烧方式）时，就要启动对PM4燃料管道的吹扫，清吹阀VA13-5，VA13-6打开，排空阀20VG-4关闭，将压气机排气通入PM4燃料管进行吹扫。

    当机组处于不同的燃烧方式运行时，发生D5，PM4燃料管清吹阀开或关不同种类的故障组合时，为确保机组设备安全，会触发机组跳闸、减负荷和燃烧方式闭锁等事件的发生。

    3 燃料管清吹阀故障现象及原因分析

    望亭发电厂1、2号燃机在各种不同的燃烧方式运行时，多次发生因燃料管清吹阀故障导致的跳机、减负荷、燃烧方式闭锁等事件，严重威胁到机组的安全经济运行。现将具体事件归纳如下。（1）燃烧方式由先导预混模式（PPM）切换到预混模式（PM）时，发生D5燃料管清吹阀故障导致预混模式PM闭锁；（2）燃烧方式由扩散燃烧模式（D5）切换到子先导预混模式（SPPM）时，发生D5燃料管清吹阀故障，或PM4燃料管清吹阀故障，导致子先导预混模式SPPM闭锁；（3）燃烧方式由子先导预混模式时（SPPM）切换到先导预混模式（PPM）时，发生PM4燃料管清吹阀故障导致先导预混模式PPM闭锁，触发自动减负荷；（4）机组在任何燃烧方式下运行，发生D5燃料管清吹阀故障，导致机组跳闸；（5）机组在先导预混模式（PPM）、预混模式（PM）下运行时，发生PM4燃料管清吹阀故障，导致机组跳闸；（6）机组在点火前的吹扫过程中，发生PM4燃料管清吹阀故障，导致机组跳闸。

    针对以上故障类型，通过历史事件追忆、查看曲线和就地检查设备等方式进行事故分析，将事故原因分析如下。（1）当燃烧方式由PPM切到PM时，因D5燃料管清吹阀开指令二类故障，燃烧方式在PM模式时，清吹阀VA13-2的两副位置开关：L33PG2O和L33PG2_1任意一副置“1”，触发预混模式PM闭锁；（2）当燃烧方式由D5切换到SPPM时，因D5燃料管清吹阀关指令一类故障；或PM4燃料管清吹阀开指令任意类故障发生，触发子先导预混模式SPPM闭锁；（3）当燃烧方式由SPPM切换到PPM时，因PM4燃料管清吹阀开、关指令任意类故障发生，触发先导预混模式PPM闭锁，机组减负荷；（4）机组在启动、升速、并网、加负荷、带基本负荷等过程中，因发生D5燃料管清吹阀关指令二、三、四类任意故障，导致机组跳闸；（5）机组在先导预混模式（PPM）、预混模式（PM）下运行，因PM4燃料管清吹阀关指令二、三、四类故障，导致机组跳闸；（6）机组在点火前的吹扫过程中，因PM4燃料管清吹阀开指令一、二类故障，导致机组跳闸。

    通过以上事故原因分析，发现都是由于D5，PM4燃料管清吹阀开、关位置故障导致的。由于清吹阀整体布置在燃料模块这个封闭的小室内，电磁阀、放大器等气动元件也都与阀门一起布置在小室内，机组运行时燃料模块小室内的温度可达80～90 ℃，长时间运行下来，因高温导致电磁阀、放大器、气缸等气动元件出现阀芯卡涩、密封圈老化漏气等现象，从而导致阀门动作迟缓、无法开关等故障的发生。燃机作为调峰机组，每天都要启停，由于频繁启停使得阀门经常开关，以及燃料管内温度、压力等影响因素，时间长了容易造成清吹阀内漏，从而导致阀门关闭时阀间压力高触发跳机、燃烧方式闭锁事件发生。由于长时间高温、振动等环境因素，造成D5燃料管清吹阀VA13-2位置反馈装置内四副开关出现位置漂移，定位器、反馈装置出现老化失灵，从而导致故障发生。当燃机长时间未开（3 d以上）再启动时，由于阀门卡涩不灵活等原因造成阀门开关时间超限而导致清吹阀故障发生。

    4 解决燃料管清吹阀故障原因的对策

    通过对故障原因的深入分析，我们发现主要原因是由于燃料模块这个封闭小室内的温度较高，这些气动执行机构部件长时间处在这样的工作环境下就容易发生故障。还有燃机频繁启停，阀门、气动执行机构部件、位置反馈装置老化等因素都会导致故障的发生。经讨论研究，我们决定采取以下措施来消除或减少清吹阀故障的发生率。

    （1）把VA13-1，VA13-2，VA13-5，VA13-6，20VG-2，20VG-4这6个气动执行机构的电磁阀、放大器都统一移到燃料模块小室的外面，重新敷设气源管路，这样就能有效避开燃料模块内的高温环境，大大降低了电磁阀、放大器的工作温度，延长使用寿命，从而降低故障发生率。

    （2）原来在D5，PM4燃料管的两个清吹阀之间各布置有3个阀间压力开关，用来监视当清吹阀关闭、排空阀打开后，两个清吹阀之间的管道内有无燃料气聚集。3个开关三取二运算后会触发跳机信号。因为都是开关量，所以当故障发生时无法判断是阀门真的泄漏还是压力开关自身的问题。因此，把两组压力开关中每组的第3个都改为变送器，再与其他两个开关进行三取二运算，这样可以通过模拟量信号来真实、直观地判断出故障原因，从而消除故障。

    （3）D5燃料管清吹阀VA13-2与其他清吹阀不同，是一个由电磁阀、定位器、薄膜控制的调节型气动执行机构，带一个四副位置开关的位置反馈装置。由于定位器的输出控制气压信号较弱，为了阀门动作的灵敏性无法移到燃料模块小室外，而且FISHER公司生产的DVC6000系列定位器的工作温度可以从-40～85℃，可以在燃料模块内正常工作。因此，把电磁阀和放大器移到燃料模块外面，保留定位器在小室内。利用燃机启停频繁的特点，在停机期间定期到燃料模块内检查定位器、位置反馈装置的工作情况，有无管子、接头漏气，并对阀门进行全行程校验，记录下四副位置开关的动作点，发现偏差大时要立即调整。因燃料模块内温度较高，要记录好定位器、位置反馈装置的使用周期，一旦发现定位器反应迟缓，位置反馈装置反复漂移、无法调整的情况，说明设备已老化，要立即进行更换。

    （4）定期对所有燃料管清吹阀进行校验。当燃机停机3 d以上时，要安排对清吹阀进行校验。记录好每个清吹阀的开关时間，其中VA13-1，VA13-5，VA13-6的开启速度要求（35±5）S，关闭速度要求<4 S，一旦发现开关时间超出范围，要及时调节针形计量阀来调整进气量，从而调节阀门的开关速度。VA13-2要记录好四副位置开关各自的动作点，超出范围要及时调整。在校验阀门时要有人在现场检查电磁阀、气缸、定位器以及接头有无漏气，如有漏气要及时紧固消除。两个排空阀20VG-2，20VG-4因没有位置反馈，所以要到现场观察阀门实际的动作情况。一旦发现阀门有卡涩、开关异常缓慢等现象，要及时对电磁阀、气缸、定位器等气动执行机构进行检查、更换，如果是阀门机械问题，要及时通知机务进行处理。

    5 结语

    在两台机组的检修中把燃料管清吹阀的电磁阀、气源放大器统一移到燃料模块小室外面；把两组阀间压力开关中每组的第3个改成变送器，再与其他两个开关进行三取二运算；定期对所有燃料管清吹阀进行校验，记录开关时间；记录好电磁阀、定位器、放大器等气动执行机构部件的使用周期，对老化的部件及时进行更换。通过以上手段，大大降低了燃料管清吹阀的故障发生率，确保了机组的安全、经济运行，并节省了因频繁更换气动执行机构部件而产生的一笔可观的生产维护费用。

    作者简介：朱俊（1982— ），男，江苏苏州，本科，技师；研究方向：9FA燃机检修和维护。

    Abstract：This paper introduces the control principle of GE 9FA type gas turbine fuel pipe blowing valve， describes the fault phenomenon， analyzes the cause of fault， and expounds the method of eliminating the fault.

    Key words： 9FA type gas turbine； pipe blowing valve； cause of fault