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三菱M701F4型燃机天然气系统设备常见故障的分析与处理

来源:鼎博官网下载作者:鼎博下载入口  2022-08-13 23:19:09

  某公司位于浙江省中西部,目前配置一套400MW等级、“F”系列高效单轴联合循环机组,机组由一台M701F4燃气轮机(GT)、一台蒸汽轮机(ST)和一台发电机(GEN)组成,主要针对用于基本负荷的长期连续运行而设计的。机组燃料采用的是天然气,在设计标准规定的工况下,联合循环的总出力为458.02MW。机组的天然气供气系统由厂外首先进入调压站,调压站采用露天布置,设有防雨棚,天然气在调压站内经过计量、过滤、升温、调压后流出调压站,厂区内通过地埋管路进入燃机的前置模块区域,在前置模块内天然气流经流量计、天然气性能加热器、终端过滤器后进入燃机FG模块,在FG模块内燃气经压力、流量调节后进入燃机的20只燃烧器进行燃烧。

  天然气是以甲烷为主要成分的气体混合物,同时含有少量的其他物质,如二氧化碳、氮、硫化氢、氢、水蒸气等,天然气一般无色、比空气轻,具有易燃易爆性、可压缩性和膨胀性,其燃爆浓度范围为5%~15%,在使用过程中要特别注意安全。

  天然气电厂调压站需满足的要求是为燃机提供满足一定压力、温度、流量要求的清洁燃气,本公司调压站为上海飞奥燃气设备有限公司生产,型号RQ181400Z/Z、进口压力3.5~6.3Mpa、出口压力3.3Mpa、流量为181400Nm3/h,主要功能组成包括:燃气进口单元、计量单元、旋风分离单元、精过滤单元、加热单元、调压单元等。

  其中旋风分离单元中旋风分离器的作用是对燃气中大于10μm固体、液体颗粒物利用旋风管进行分离,它能够以较高的效率去除固体颗粒物,并根据液位进行自动排污;精过滤分离单元主要功能是对燃气中细小颗粒物和液体进行分离,其包括两级分离,其中一级分离采用滤芯,以较高的效率和较低的压降分离固体颗粒,滤芯是由玻璃纤维制成。二级分离采用叶片,叶片一般是由不锈钢制成,符合AISI304或AISI316标准,能够以较高效率分离气体中携带的液滴和固体颗粒物,精过滤器具有压差远传功能,时刻测量滤芯堵塞情况,当达到报警值时给出声、光报警并具有液位自动排污功能;换热单元的主要功能是根据燃气轮机对进入机组的天然气温度要求对天然气进行加热,其保证燃气温度大于露点温度,具体的加热方法是采用站内设置的水浴炉进行加热;调压单元主要组成包括紧急切断阀、监控调压器、工作调压器、安全放散阀、隔断球阀等,它是天然气调压站的核心设备,主要功能为对燃气进行降压、稳压、具有压力自动调节功能,并且当压力超过设定压力时自动切断供气支路并切换到备用调压路,实现无间断供气以及保护下游设备。

  本公司调压站各功能模块的设计思路是计量单元一用一旁通,旋风分离单元一用一旁通,精过滤单元一用一备,加热单元一用一备,调压单元一用一备,采用单元制的方式进行供气,调压站的气体流量流速设计要求是计量单元、旋风分离单元、精过滤单元、调压单元等所有路均按照100%电厂全流量设计并且考虑一定的余量,管道流速设计为15~30m/s。

  调压器关闭不严密。某年春季发电时期,本公司机组在夜间停机后发现调压站调压器下游压力持续上升,曾几次导致调压器下游管线上的安全阀动作,造成燃料气的大量浪费。为查找这一异常现象的原因,专业人员首先对调压站的调压器进行了解体,经检查发现调压站#1线工作阀内有断裂的螺钉存留在阀体内,其影响阀门的正常关闭和严密性,阀口已受损严重。后检查#2调压线工作阀也有类似异常,为消除故障保证调压器的严密性,专业人员对调压站的四只监控调压器、工作调压器的阀芯及密封面全部进行了更换,之后调压器的密封性变好,停机后其下游压力持续上升的现象得以消除。断裂的螺钉经详细检查为上游监控紧急切断阀的阀瓣定位顶紧螺钉,由于该螺钉特殊的结构设计,其两头直径不同,在受大流量气流冲击时在变径处容易受剪切力切断,从而使断裂的螺钉冲入到下游的工作阀内,为此专业技术人员向设备制造厂提出了改进建议,将该螺钉进行了改型,之后经长期的使用观察其效果良好,未再发生断裂的问题。

  启动炉调压线上防爆电加热器工作异常。本公司启动锅炉调压线防爆电加热器的型号为BGY40-380/175,运行时曾多次发生当仅给调压站内水浴炉供气加热时发生跳闸的情况,加热器不能正常投用。后经分析加热器的选型仅与启动锅炉4577Nm3/h用气量相匹配,当只给水浴炉用气加热时明显功率过大,在使用中会频繁出现加热管超温加热器频繁跳的问题,加热器的寿命也会缩短,后专业人员通过详细研究相关的设备技术资料并结合本厂实际情况,将一只电加热器功率设置改小为17.5kW,并采取对水浴炉和启动炉用气分开加热方法,经几年的使用观察其效果良好,既满足了水浴炉和启动炉的正常运行又节约了电能,同时保证了调压站防爆电加热器的长期安全使用。

  调压器冬季寒冷工况工作时出口压力不稳定。本公司调压站调压器为自力式调压器,型号为Reflux819/Reflux819-FO,调压站设有两路调压线,平时运行时一用一备,每条线路上采用监控调压器和工作调压器进行串联布置,正常供气状态时,监控调压器全开,工作调压器进行调压。冬季当环境温度在0℃左右、调压器在正常调压供气时曾几次出现出口压力持续下降,继而导致燃机的供气压力过低、机组启动失败的事故,严重地影响了机组运行可靠性和安全性。经对监控调压阀和工作调压阀的调节机构预调阀和指挥器进行解体检查,发现其内部有结冰现象,经判断分析是因为天然气自身湿度较大,当环境温度低时容易在调节机构内结冰,影响调节气体的正常流动和调压,致使调压器不能正常工作。为了解决这一问题,维护人员对调压器调节执行机构各引压管线型电伴热带,并在各引压管线和伴热带外面采用橡塑管进行保温包覆,外层再用锡箔纸进行保护,之后当机组在冬季运行环境温度低于10℃时要求运行人员及时投入电伴热带进行加热,经几年的使用观察,以前调压器出口压力不稳定的故障得以消除,调压器恢复了正常工作。

  燃机前置模块主要设备包括了涡轮流量计、燃气性能加热器、终端过滤器等设备,在机组投产运行一段时间后经观察发现,本公司燃气终端过滤器的过滤效果不够理想,天然气管线内存在的颗粒物得不到有效过滤,这样经常会造成燃机的FG模块出口临时滤网压差高报警,运行的机组被迫降负荷或停机清洗临时滤网,为解决这一问题专业上采取了以下两点改进措施,经长期的使用观察效果很好:对终端过滤器进行技术改造,将终端过滤器滤芯的过滤精度由原来的200目提高到300目,过滤器的型式由原来的Y型改为立式圆筒型,更方便于在线清洗更换滤芯;采取在前置模块天然气主管线内壁上增加磁棒、磁块的措施,进一步提高了对天然气管线中铁性杂质的过滤效果,经使用观察其成效显著。

  为确保天然气系统设备的正常使用,从而保证燃机的安全运行,建议做好四方面工作:天然气系统中的过滤器需定期加强排污,滤芯需定期检查清洗更换;寒冷工况运行时,需保证天然气系统中各加热、伴热设施投用可靠、工作正常;天然气系统优先选用性能可靠、维护方便、过滤精度高的过滤器;机组运行时,建议加强对自力式调压器预调阀内的滤网检查清洗工作。

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