F级压气机安全运行研究与实践

引言

9FA燃气轮机由哈动力公司引进美国GE技术生产,型号为PG9351FA。燃气轮机由一台18级的轴流式压气机、一个由18个低N0X燃烧器组成的燃烧系统、一台3级透平和有关辅助系统组成,原设计为长周期运行机组,实际运行中在电网承担日启夜停的调峰任务。

1压气机简介

某电厂1~4号机组压气机采用轴流式,共有18级,压比为15.4。设有可调进口导叶(IGV),用于调节透平排气温度和防止压气机喘振。压气机进气带有过滤及反吹系统,并设置进口抽气加热(IBH)系统。每两台燃气轮机公用一套水洗系统,用于去除堆积在压气机叶片上的污垢沉淀物。

2压气机叶片断裂事件经过

2012-01-03T18:45:30,某电厂集控室听到两声巨响并伴随有较强的震动,MarkV控制系统发"C0MPDIsCHARGExDUCERDIFFFAULTIGH""L0ss0FC0MPRDIsCHARGEPREssBIAs"报警,压气机排气压力低至4.13kg/cm2,机组跳闸,负荷由370Mw甩到0。按紧急事故停机处理,盘车投入正常,盘车电流55A,惰走时间26min。

事故发生前,启动点火次数为579次,跳机次数为28次,点火运行时间为10372.5h。

3压气机叶片断裂处理过程

1月4日,打开压气机排气缸人孔门检查,发现有大量叶片碎屑,初步判断压气机已严重损毁,如图1所示。

1月5日,在放喘放气阀出口及附近烟道底部发现大量叶片碎屑,检查透平第三级护环底部有碎屑,下游有残留叶片,如图2所示。

图2烟道内部残留叶片

1月6日,再次检查压气机进气涡壳,发现IGV轴套有刮擦,其他无异常,检查图片如图3所示。

图3lGV轴套刮擦

1月8日,对压气机、透平进行孔探检查,发现压气机s3下半有两片叶片根部断裂,其后叶片损毁严重,透平部件未见损伤,二级护环底部有大量金属粉尘,如图4所示。

图4压气机第三级s3叶片根部断裂

1月13日,拆除压气机中缸确认压气机第三级s3叶片根部断裂为初始断裂点,全部检修工作于3月31日完工。

4压气机叶片断裂原因分析及预防

4.1压气机叶片断裂原因分析

压气机叶片断裂常见原因主要有:(1)疲劳:(2)流量变化引起的振动一喘振:(3)旋转失速:(4)叶片设计及制造影响:(5)叶片腐蚀。

经查询投产以来的检修及运行记录,压气机未发生喘振、旋转失速及叶片腐蚀,因此叶片疲劳及设计制造缺陷是重点怀疑对象。文献[2]对某电厂压气机s1级叶片的断裂原因进行了分析:(1)压气机s1级叶片断裂的性质为高周疲劳断裂:(2)导致s1级叶片高周疲劳断裂的根本原因是zn共振,运行时叶片第7阶固有频率落入1600Hz附近的zn共振,与设计、制造、安装因素有关,即与设备本身的质量有关。

正常启动时IGV在最小的位置直至机组并网,当机组负荷升至满负荷的80%~85%时IGV全开,若继续升负荷,控制系统切换至温度控制模式,IGV保持全开状态,IGV无法改变空气流量。但是在部分电厂,虽然燃机在满负荷的温度控制模式,IGV仍然随着电网频率进行调整,IGV参与深度调峰,频繁调整IGV会导致空气流量波动,引起自激振动,从而导致压气机叶片断裂。

4.2压气机叶片断裂防范措施

结合国内压气机静叶、动叶断裂事故教训及近几年运行维护经验,对F级压气机提出如下维护建议:

(1)每三个月至少进行一次燃气轮机进气滤芯目视检查、压气机叶片整圈孔探检查、透平三级动叶目视检查和无损检测,重点关注进气滤芯是否堵塞和破损、压气机叶片根部潜在裂纹、透平三级动叶出气边潜在裂纹等。

(2)结合机组检修,解决燃气轮机进气系统腐蚀问题。

(3)按规范执行压气机离线、在线水洗周期,同时做好水洗前后水质监测。

(4)避免参与电网的深度AGC调峰,减少AGC投入时长,尽可能稳定在某段负荷区域运行。

(5)机组每年至少进行一次压气机R0、R1叶片无损检测。

(6)有条件的电厂可以考虑将压气机升级为P4、P5包,降低风险等级。

5结语

本文对F级压气机叶片断裂故障实例进行了分析,分析表明,F级压气机叶片存在原设计缺陷,机组在日常的运行维护中应严格遵守原厂家的维护建议。针对近年来压气机R1叶片断裂的几起案例,应特别注意:机组负荷大于230Mw时,要避免IGV频繁动作。希望本文能为同类型机组的运维提供借鉴。

20220822_6303087fac45a__F级压气机安全运行研究与实践