论文部分内容阅读
摘要：随着我国经济的发展，对节能减排的重视程度也越来越深化，高效率、低排放的燃气轮机发电，逐渐成为主流的发电方式。燃气轮机具有占地少，负荷调峰快，供电可靠性高等优点。同时能利用其余热进行供热，具有良好的能源效益，环境效益，社会效益。本文就 9E 燃机出现的一些运行故障进行详细分析，希望带给大家参考意义。
关键词：9E燃气轮机;运行故障
引言
9E 燃气轮机是一种以空气为和燃气为介质，空气通过压气机送往燃烧室，和燃料喷嘴喷入的燃气混合燃烧，形成高温、高压的燃气。通过透平喷嘴和动叶膨胀做功，推动透平转子带动压气机和发电机转子一起高速旋转，实现了气体燃料的化学能转化为机械能，并输出电能。做功后燃气轮机排气可以引入余热锅炉，由余热锅炉产生的蒸汽带动汽轮机进行发电和供热，实现能源的高效、综合利用。
1燃气轮机运行简介
1燃气轮机运行原理
最简单的燃气轮机装置包括三个主要部件：压气机、透平和燃烧室。燃气轮机的工作过程是，压气机（即压缩机）连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动电机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动电机才脱开。 [1] 。
2燃气轮机故障及事故的处理原则
在燃气轮机运行过程中，机组出现故障，运行人员应该遵循以下处理原则：
2.1在运行过程出现异常时，运行人员应迅速定位异常发生位置，根据运行规程和相关数据参数及时判断和分析，迅速的找准故障发生原因，并及时处理。如果判断故障相对严重时，应按规程及时停机，防止事故的进一步发展和扩大。
2.2在由于事故造成停机事件后，应着重监视燃机的排气温度、滑油油回油温度、轮间温度以及各轴承振动是否在正常值，机组缸体有无摩擦异响等。
2.3在机组发生故障时，应及时保存事故发生时，停机前后的运行数据，报警信息，运行曲线，记录事故发生时的主要现象，并会同各专业进行事故分析总结，避免将来出现同样的问题。
2燃气轮机运行故障的分析与处理措施
2.1压气机喘振现象
压气机是燃机重要部件，它的作用是在透平的拖动下高速旋转，连续不断地压缩空气，并将升压和升温的空气送入燃烧室参与燃烧与冷却。由于叶轮的旋转做功，使压气机后端流量容易堵塞，进气端进气量不够。空气流量出现波动，气流会沿压气机轴线方向产生低频率和高振幅的振荡，这种现象称为喘振。从压气机的特性曲线可以看出，当进压气机的空气流量减小，运行工况点进入了喘振边界线的左侧区，就会产生喘振。
喘振现象主要发生在机组启动和停机过程中，其主要产生原因有：①偏离工况的设计。当进气流量减少到一定数量时，压气机旋转速度降低，喘振边界线需计算准确。②防喘阀故障没有打开。在机组启机、停机过程中，压气机内部的压力和空气流量波动比较大，防喘阀打开，调节空气进出流量，可以防止出现喘振现象。③压气机进内部动静叶结垢，异物堵塞气体通道等，会使压气机通流气体积减少，引起喘振。④ IGV进气导叶不动作或动作角度和设定值存在偏差，就容易导致压气机进气流量减少，引起喘振。当机组出现喘振现象时，如果防喘阀不能及时打开，应紧急停机，避免压气机叶片等燃机部件造成重大损伤。平时运行维护时，可对防喘阀进行气动校验，定期对压气机进行水洗等工作。
2.2 质量不平衡故障
由于材料质量、制造加工及装配等因素的影响，质量不平衡是燃气轮机最常见的转子故障，转子质量中心（质心）与旋转中心存在偏心距，从而产生周期性的离心力，其主要表现特征为1倍频振动过大，长时间运行会导致零部件疲劳，严重时甚至会诱发轴承磨损破坏以及内部转子与静子碰摩等故障现象.
2.3 热弯曲故障
燃气轮机处于高温高压等复杂工况下，内部最高温度可达到上千摄氏度，在停机冷却过程中，都会经历温度骤变，发生对流换热现象，使燃机转子上下表面形成温度梯度，热膨胀受热不均匀，从而产生热弯曲变形，并随着停机时间的累积，热弯曲形变量达到最大值，导致转子的质量分布特征发生变化;而燃机再起动后，势必会导致振动响应特性变化，影响燃机运行的安全性与可靠性。
转子的热弯曲形变改变了转子的质量分布，相当于形成了转子额外不平衡量，所以这与转子质量不平衡故障表象特征相似，但是存在着本质的内在机理差别。
2.4燃机部件的氧化和腐蚀
作为燃气轮机最重要的一个部分，内燃机的高温零部件在使用前都会涂抹保护涂层，为的就是防止零部件在高温高压的环境下出现变形、氧化和腐蚀。但是由于燃气轮机的运行时间比较长，保护涂层会随着使用时间慢慢蒸发，高温零部件渐渐暴露出来，与燃料发生反应，从而影响燃气轮机的稳定安全运行。
3如何对燃气轮机的运行进行优化
3.1提高燃气轮机压气机吸入空气的质量和流量
一般来讲，如果燃气轮机的压气机吸入的空气杂质过多，就会对燃气轮机的涡轮叶片造成严重的磨损和腐蚀。所以为了确保空气的质量，采用粗虑和精滤的组合方式，对空气进行过滤，保证压气机吸入的空气为优质空气。但是需要注意的是要定期更換过滤芯，否则安装空气过滤器就失去了意义。另外，空气流量如果过低，燃气轮机就会出现压气机喘振的状况，所以要保证气体入口的流量，避免由于压力问题引发故障。
3.2备品备件优化配置
燃气轮机热通道部件在检修之前通常会准备一套备品备件，用于检修过程中对相应的部件进行轮换，轮换下来的部件会先返回制造厂，经寿命评估及修复后再运至电厂。备件不足将影响检修进程，降低发电收入;备件过剩又会增加库存成本，占用电厂资金。因此合理的备品备件计划对于电厂运行的经济性和可靠性十分重要。相关统计数据表明，9E 燃机一整套热端部件的价格就接近整机价格的40%;而三菱 F 级燃机的热通道部件的备件价格也高达上亿元。
3.3提高检修质量
想要保证燃气轮机稳定运行，必须强化对检修标准和质量的管理。严格按照燃气轮机运行小时数执行检修计划，必要时根据实际情况开展有针对性的检修工作。认真开展隐患排查，有计划地提报检修项目，对于燃气轮机的核心部件压气机、透平以及燃烧部件等，利用停机检修机会要重点进行检查，严格把控检修质量关;对于热工和电气的相关设备和定值，必须进行校验和传动试验，确保机组能安全稳定运行。
4运维发展思考
及时总结燃气轮机运维过程中的检修工艺和方法，逐步建立检修标准和规范，形成检修成果科学考核管理机制。同时加强对检修队伍专业技能的培养，形成一套完善的技能鉴定模式，培养一支高素质的燃气轮机运维团队。
结束语
综上所述，燃气轮机是非常复杂的系统，机组运行过程中可能会出现不同的燃气轮机故障和事故。我们需全面了解燃气轮机的结构，掌握并积累运行时处理故障的经验;做好日常的运行维护工作，强化检修及备件管理等工作，以此来提高燃气轮机的安全稳定运行。
参考文献：
[1]孙侃.燃气轮机运行与维修技术探讨[J].数码设计（下），2019（8）：206.
[2]应雨龙，李靖超，庞景隆，等.基于热力模型的燃气轮机气路故障预测诊断研究综述[J].中国电机工程学报，2019，39（3）：731-743.
[3]陈兵，孙立娟.9E 燃气轮机发电工艺控制系统的综合创新与能效优化[J].内燃机与配件，2019（15）：225-226.
[4]张吉龙，胡静涛，郭越，等.燃气轮机远程故障诊断系统的设计与实现[J].微计算机信息，2007，23（25）：171-173.
关键词：9E燃气轮机;运行故障
引言
9E 燃气轮机是一种以空气为和燃气为介质，空气通过压气机送往燃烧室，和燃料喷嘴喷入的燃气混合燃烧，形成高温、高压的燃气。通过透平喷嘴和动叶膨胀做功，推动透平转子带动压气机和发电机转子一起高速旋转，实现了气体燃料的化学能转化为机械能，并输出电能。做功后燃气轮机排气可以引入余热锅炉，由余热锅炉产生的蒸汽带动汽轮机进行发电和供热，实现能源的高效、综合利用。
1燃气轮机运行简介
1燃气轮机运行原理
最简单的燃气轮机装置包括三个主要部件：压气机、透平和燃烧室。燃气轮机的工作过程是，压气机（即压缩机）连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气涡轮中膨胀做功，推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因而燃气涡轮在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动电机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动电机才脱开。 [1] 。
2燃气轮机故障及事故的处理原则
在燃气轮机运行过程中，机组出现故障，运行人员应该遵循以下处理原则：
2.1在运行过程出现异常时，运行人员应迅速定位异常发生位置，根据运行规程和相关数据参数及时判断和分析，迅速的找准故障发生原因，并及时处理。如果判断故障相对严重时，应按规程及时停机，防止事故的进一步发展和扩大。
2.2在由于事故造成停机事件后，应着重监视燃机的排气温度、滑油油回油温度、轮间温度以及各轴承振动是否在正常值，机组缸体有无摩擦异响等。
2.3在机组发生故障时，应及时保存事故发生时，停机前后的运行数据，报警信息，运行曲线，记录事故发生时的主要现象，并会同各专业进行事故分析总结，避免将来出现同样的问题。
2燃气轮机运行故障的分析与处理措施
2.1压气机喘振现象
压气机是燃机重要部件，它的作用是在透平的拖动下高速旋转，连续不断地压缩空气，并将升压和升温的空气送入燃烧室参与燃烧与冷却。由于叶轮的旋转做功，使压气机后端流量容易堵塞，进气端进气量不够。空气流量出现波动，气流会沿压气机轴线方向产生低频率和高振幅的振荡，这种现象称为喘振。从压气机的特性曲线可以看出，当进压气机的空气流量减小，运行工况点进入了喘振边界线的左侧区，就会产生喘振。
喘振现象主要发生在机组启动和停机过程中，其主要产生原因有：①偏离工况的设计。当进气流量减少到一定数量时，压气机旋转速度降低，喘振边界线需计算准确。②防喘阀故障没有打开。在机组启机、停机过程中，压气机内部的压力和空气流量波动比较大，防喘阀打开，调节空气进出流量，可以防止出现喘振现象。③压气机进内部动静叶结垢，异物堵塞气体通道等，会使压气机通流气体积减少，引起喘振。④ IGV进气导叶不动作或动作角度和设定值存在偏差，就容易导致压气机进气流量减少，引起喘振。当机组出现喘振现象时，如果防喘阀不能及时打开，应紧急停机，避免压气机叶片等燃机部件造成重大损伤。平时运行维护时，可对防喘阀进行气动校验，定期对压气机进行水洗等工作。
2.2 质量不平衡故障
由于材料质量、制造加工及装配等因素的影响，质量不平衡是燃气轮机最常见的转子故障，转子质量中心（质心）与旋转中心存在偏心距，从而产生周期性的离心力，其主要表现特征为1倍频振动过大，长时间运行会导致零部件疲劳，严重时甚至会诱发轴承磨损破坏以及内部转子与静子碰摩等故障现象.
2.3 热弯曲故障
燃气轮机处于高温高压等复杂工况下，内部最高温度可达到上千摄氏度，在停机冷却过程中，都会经历温度骤变，发生对流换热现象，使燃机转子上下表面形成温度梯度，热膨胀受热不均匀，从而产生热弯曲变形，并随着停机时间的累积，热弯曲形变量达到最大值，导致转子的质量分布特征发生变化;而燃机再起动后，势必会导致振动响应特性变化，影响燃机运行的安全性与可靠性。
转子的热弯曲形变改变了转子的质量分布，相当于形成了转子额外不平衡量，所以这与转子质量不平衡故障表象特征相似，但是存在着本质的内在机理差别。
2.4燃机部件的氧化和腐蚀
作为燃气轮机最重要的一个部分，内燃机的高温零部件在使用前都会涂抹保护涂层，为的就是防止零部件在高温高压的环境下出现变形、氧化和腐蚀。但是由于燃气轮机的运行时间比较长，保护涂层会随着使用时间慢慢蒸发，高温零部件渐渐暴露出来，与燃料发生反应，从而影响燃气轮机的稳定安全运行。
3如何对燃气轮机的运行进行优化
3.1提高燃气轮机压气机吸入空气的质量和流量
一般来讲，如果燃气轮机的压气机吸入的空气杂质过多，就会对燃气轮机的涡轮叶片造成严重的磨损和腐蚀。所以为了确保空气的质量，采用粗虑和精滤的组合方式，对空气进行过滤，保证压气机吸入的空气为优质空气。但是需要注意的是要定期更換过滤芯，否则安装空气过滤器就失去了意义。另外，空气流量如果过低，燃气轮机就会出现压气机喘振的状况，所以要保证气体入口的流量，避免由于压力问题引发故障。
3.2备品备件优化配置
燃气轮机热通道部件在检修之前通常会准备一套备品备件，用于检修过程中对相应的部件进行轮换，轮换下来的部件会先返回制造厂，经寿命评估及修复后再运至电厂。备件不足将影响检修进程，降低发电收入;备件过剩又会增加库存成本，占用电厂资金。因此合理的备品备件计划对于电厂运行的经济性和可靠性十分重要。相关统计数据表明，9E 燃机一整套热端部件的价格就接近整机价格的40%;而三菱 F 级燃机的热通道部件的备件价格也高达上亿元。
3.3提高检修质量
想要保证燃气轮机稳定运行，必须强化对检修标准和质量的管理。严格按照燃气轮机运行小时数执行检修计划，必要时根据实际情况开展有针对性的检修工作。认真开展隐患排查，有计划地提报检修项目，对于燃气轮机的核心部件压气机、透平以及燃烧部件等，利用停机检修机会要重点进行检查，严格把控检修质量关;对于热工和电气的相关设备和定值，必须进行校验和传动试验，确保机组能安全稳定运行。
4运维发展思考
及时总结燃气轮机运维过程中的检修工艺和方法，逐步建立检修标准和规范，形成检修成果科学考核管理机制。同时加强对检修队伍专业技能的培养，形成一套完善的技能鉴定模式，培养一支高素质的燃气轮机运维团队。
结束语
综上所述，燃气轮机是非常复杂的系统，机组运行过程中可能会出现不同的燃气轮机故障和事故。我们需全面了解燃气轮机的结构，掌握并积累运行时处理故障的经验;做好日常的运行维护工作，强化检修及备件管理等工作，以此来提高燃气轮机的安全稳定运行。
参考文献：
[1]孙侃.燃气轮机运行与维修技术探讨[J].数码设计（下），2019（8）：206.
[2]应雨龙，李靖超，庞景隆，等.基于热力模型的燃气轮机气路故障预测诊断研究综述[J].中国电机工程学报，2019，39（3）：731-743.
[3]陈兵，孙立娟.9E 燃气轮机发电工艺控制系统的综合创新与能效优化[J].内燃机与配件，2019（15）：225-226.
[4]张吉龙，胡静涛，郭越，等.燃气轮机远程故障诊断系统的设计与实现[J].微计算机信息，2007，23（25）：171-173.