引言

9FA燃氣輪機由哈動力公司引進美國GE技術生產,型號為PG9351FA。燃氣輪機由一臺18級的軸流式壓氣機、一個由18個低N0X燃燒器組成的燃燒系統(tǒng)、一臺3級透平和有關輔助系統(tǒng)組成,原設計為長周期運行機組,實際運行中在電網承擔日啟夜停的調峰任務。

1壓氣機簡介

某電廠1~4號機組壓氣機采用軸流式,共有18級,壓比為15.4。設有可調進口導葉(IGV),用于調節(jié)透平排氣溫度和防止壓氣機喘振。壓氣機進氣帶有過濾及反吹系統(tǒng),并設置進口抽氣加熱(IBH)系統(tǒng)。每兩臺燃氣輪機公用一套水洗系統(tǒng),用于去除堆積在壓氣機葉片上的污垢沉淀物。

2壓氣機葉片斷裂事件經過

2012-01-03T18:45:30,某電廠集控室聽到兩聲巨響并伴隨有較強的震動,MarkV控制系統(tǒng)發(fā)"C0MPDIsCHARGExDUCERDIFFFAULTIGH""L0ss0FC0MPRDIsCHARGEPREssBIAs"報警,壓氣機排氣壓力低至4.13kg/cm2,機組跳閘,負荷由370Mw甩到0。按緊急事故停機處理,盤車投入正常,盤車電流55A,惰走時間26min。

事故發(fā)生前,啟動點火次數(shù)為579次,跳機次數(shù)為28次,點火運行時間為10372.5h。

3壓氣機葉片斷裂處理過程

1月4日,打開壓氣機排氣缸人孔門檢查,發(fā)現(xiàn)有大量葉片碎屑,初步判斷壓氣機已嚴重損毀,如圖1所示。

1月5日,在放喘放氣閥出口及附近煙道底部發(fā)現(xiàn)大量葉片碎屑,檢查透平第三級護環(huán)底部有碎屑,下游有殘留葉片,如圖2所示。

圖2煙道內部殘留葉片

1月6日,再次檢查壓氣機進氣渦殼,發(fā)現(xiàn)IGV軸套有刮擦,其他無異常,檢查圖片如圖3所示。

圖3lGV軸套刮擦

1月8日,對壓氣機、透平進行孔探檢查,發(fā)現(xiàn)壓氣機s3下半有兩片葉片根部斷裂,其后葉片損毀嚴重,透平部件未見損傷,二級護環(huán)底部有大量金屬粉塵,如圖4所示。

圖4壓氣機第三級s3葉片根部斷裂

1月13日,拆除壓氣機中缸確認壓氣機第三級s3葉片根部斷裂為初始斷裂點,全部檢修工作于3月31日完工。

4壓氣機葉片斷裂原因分析及預防

4.1壓氣機葉片斷裂原因分析

壓氣機葉片斷裂常見原因主要有:(1)疲勞:(2)流量變化引起的振動一喘振:(3)旋轉失速:(4)葉片設計及制造影響:(5)葉片腐蝕。

經查詢投產以來的檢修及運行記錄,壓氣機未發(fā)生喘振、旋轉失速及葉片腐蝕,因此葉片疲勞及設計制造缺陷是重點懷疑對象。文獻[2]對某電廠壓氣機s1級葉片的斷裂原因進行了分析:(1)壓氣機s1級葉片斷裂的性質為高周疲勞斷裂:(2)導致s1級葉片高周疲勞斷裂的根本原因是zn共振,運行時葉片第7階固有頻率落入1600Hz附近的zn共振,與設計、制造、安裝因素有關,即與設備本身的質量有關。

正常啟動時IGV在最小的位置直至機組并網,當機組負荷升至滿負荷的80%~85%時IGV全開,若繼續(xù)升負荷,控制系統(tǒng)切換至溫度控制模式,IGV保持全開狀態(tài),IGV無法改變空氣流量。但是在部分電廠,雖然燃機在滿負荷的溫度控制模式,IGV仍然隨著電網頻率進行調整,IGV參與深度調峰,頻繁調整IGV會導致空氣流量波動,引起自激振動,從而導致壓氣機葉片斷裂。

4.2壓氣機葉片斷裂防范措施

結合國內壓氣機靜葉、動葉斷裂事故教訓及近幾年運行維護經驗,對F級壓氣機提出如下維護建議:

(1)每三個月至少進行一次燃氣輪機進氣濾芯目視檢查、壓氣機葉片整圈孔探檢查、透平三級動葉目視檢查和無損檢測,重點關注進氣濾芯是否堵塞和破損、壓氣機葉片根部潛在裂紋、透平三級動葉出氣邊潛在裂紋等。

(2)結合機組檢修,解決燃氣輪機進氣系統(tǒng)腐蝕問題。

(3)按規(guī)范執(zhí)行壓氣機離線、在線水洗周期,同時做好水洗前后水質監(jiān)測。

(4)避免參與電網的深度AGC調峰,減少AGC投入時長,盡可能穩(wěn)定在某段負荷區(qū)域運行。

(5)機組每年至少進行一次壓氣機R0、R1葉片無損檢測。

(6)有條件的電廠可以考慮將壓氣機升級為P4、P5包,降低風險等級。

5結語

本文對F級壓氣機葉片斷裂故障實例進行了分析,分析表明,F級壓氣機葉片存在原設計缺陷,機組在日常的運行維護中應嚴格遵守原廠家的維護建議。針對近年來壓氣機R1葉片斷裂的幾起案例,應特別注意:機組負荷大于230Mw時,要避免IGV頻繁動作。希望本文能為同類型機組的運維提供借鑒。

20220822_6303087fac45a__F級壓氣機安全運行研究與實踐