9E燃气轮机透平轮间温度高故障分析

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《燃气轮机热力性能试验》 GB / T 286862012 于 2012 年 9 月 3 日发布， 2013 年 1 月 1 日实施。该标准规 定了燃气轮机发电装置的功率、 热耗率 （ 热效率 ） 等主要性能参数的试验方法， 其目的是确定燃气轮机在试 验条件下的热力性能及试验结果的修正 。该标准由中国机械工业联合会提出， 由全国燃气轮机标准化技术 委员会（ SAC / TC 259 ） 归口。标准起草单位为： 南京燃气轮机研究所、 上海电气电站设备有限公司上海汽轮 机厂、 东方汽轮机有限公司、 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司、 沈阳发动机设计研究所、 中国航空工业新能源投 资有限公司。 南京燃气轮机研究所 2013 年 1 月
5
结
语
对可能产生透平一级后轮间温度高故障的原因 进行了分析， 针对这些原因现场安排了检查、 处理， 并提出了在以后机组检修过程的预防措施 。
Analysis of 9 E Gas Turbine Temperature Wheel High Fault
XIANG Jianwei
（ Zhejiang Zheneng Zhenhai Electric Power Generation Co． Ltd，Zhejiang Ningbo 315208 ， China） Abstract ： A gas turbine temperature alarmed in high level between the rear wheels in repair after the start of gridconnected operation process． High temperature parts of turbine the cooling process and the wheel thermocouple arrangement were analyzed，the possible fault causes were taken some treating methods and preventive measures were proposed，in order to to ensure the safe operation of gas turbine unit． Key words： gas turbine； temperature； cause analysis
3 ） 热电偶安装时未插入到护套管内部 。 热电偶在安装过程中， 若热电偶插到了护套管 外面， 未插入到护套管内部， 此时检测到的温度就是 二级喷嘴内部通道壁上的温度， 二级喷嘴冷却气道 的内部通道壁上的温度也可能是 600℃ 以上。 但经 现场安装检查和套管结构分析， 热电偶插在护套管 外部的可能性不大。 4 ） 二级喷嘴扇段之间的密封性能不好 。 如果二级喷嘴扇段之间的密封性能不好， 使得 高温气流流入到二级喷嘴段的内部腔室， 那么此段 透平二级前的轮间热电偶 喷嘴内部 的 温 度 都 高， TTWS2FO1、 TTWS2FO2 的检测温度也应该较高。 但二级前的轮间温度显示却是正常的， 所以可以排 除喷嘴扇段之间密封不好的情况 。机组停机时用内 密封片完整。 窥镜检查二级喷嘴的排气密封片 ， 5 ） 热电偶本身质量原因。 采用新采购的备件对这两支热电偶进行更换， 结果机组开机运行后， 透平一级后轮间温度基本没 有变化， 确认热电偶是好的。
第 26 卷 第 1 期 2013 年 3 月
《燃 气 轮 机 技 术》 GAS TURBINE TECHNOLOGY
Vol. 26 No. 1 2013 Mar． ，
9E 燃气轮机透平轮间温度高故障分析
项建伟
（ 浙江浙能镇海发电有限责任公司 ， 浙江
摘
宁波 315208 ）
“透平一级后轮间温度高报警 ” 要： 某电厂燃气轮机机组在检修后启动并网运行过程中出现 这一现象， 通
冷却第一级透平叶轮轮盘的前侧面和第一级喷嘴的 后侧。 2 ） 从压气机 16 级经转子内部流道引来， 其中 多数流入一级动叶内部冷却， 然后从叶顶排入主燃 气流中， 其余的一部分去冷却二级动叶； 另一部分流 至二级叶轮出气侧， 对二级叶轮出气侧和三级叶轮 进气侧进行冷却。 3 ） 88TK1、 2 框架冷却风机在冷却透平排气缸 的同时还冷却了透平三级叶轮出气侧 。 2． 3 透平轮间热电偶的布置情况及参数简介 透平轮间温度是取自径向对称位置上两支热电 偶读数的平均值， 二支热点偶读数之差称为两点温 差。机组在启动过程以及正常运行时， 轮间温度和
分析， 提出了一些建议和措施。
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故障现象
某日， 机组启动带负荷运行过程中出现燃气轮机 即 TT透平 一 级 后 轮 间 温 度 高 报 警 的 异 常 情 况， WS1AO2 两只轮间温度热电偶在 WS1AO1 和 TTMark VIe 操 作 画 面 上 显 示 的 温 度 分 别 为 633℃ （ 1 171） 和 528℃ （ 982） ， ： “WHEEL发出报警信号 （ 轮间温度高） ， SPACE TEMPERATURE HIGH” 此温度 比机组正常运行的轮间温度要分别高出约 150℃ 和 50℃ 。同时两个热电偶读数之差值也达到了 100℃ 以 ： “WHEEL上， 超过温差设定值 83℃ ， 发出报警信号 （ 轮间 SPACE TEMPERATURE DIFFERENTIAL HIGH ” 温差高） 。
最பைடு நூலகம்透平轮间温度值和温差值
热电偶代号 TTWS1FI1、 2 TTWS1AO1、 2 TTWS2FO1、 2 TTWS2AO1、 2 TTWS3FO1、 2 TTWS3AO1、 2 轮间温度 设定值 / ℃ 427 510 510 510 454 427 两点温差 设定值 / ℃ 83 83 83 83 83 83
过对透平高温部件的冷却过程和轮间热电偶的布置情况进行分析， 对可能的故障原因采取了一些处理方法 从而确保燃气轮机组的安全运行 。 并提出了预防措施， 关 键 词： 燃气轮机； 轮间温度； 原因分析 文献标识码： B 2889 （ 2013 ） 01006304 文章编号： 1009-
中图分类号： TK478
图3
冷却空气空分布图
对透平一级复环的定位销进行更换 （ 怀疑冷却 风量不够） ， 均匀分布更换一级复环 48 只定位销中
第1 期
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的 18 只， 其中这 18 只定位销的长度尺寸将比原来 的稍短约 25． 4 mm。 结果机组开机运行后， 机组的 出力有所减少。 虽然透平一级后和二级前的轮间
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透平轮间温度高的预防措施
1 ） 每次检修更换下来的喷嘴部件送至专业单 位维修， 安装前确保热电偶套管内无异物 。 2 ） 每次检修更换热电偶时， 对热电偶插入的深 ， 度逐一做好记录 以便新件安装后对比确认新装的
图5 二级喷嘴热电偶布置图
热电偶的插入是否到位。 3 ） 每次检修要确保热电偶的位置安装正确 ， 热
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电偶本身 的 质 量 没 有 问 题， 必要时对热电偶进行 校验。
参考文献：
［ 1］ GE Energy． Gas Turbine Generator Maintenance Training． ［ 2］ 南京燃气轮机研究所， 简单循环燃气轮机发电装置培训教材 （ 上册和中册） ： 5862． ［ 3］ 清华大学热能工程系动力机械与工程研究所， 深圳南山热电 股份有限公司． 燃气轮机与燃气—蒸汽联合循环装置［M］． 2007． 北京： 中国电力出版社，
压气机出口经燃烧室的过渡段周围空腔引来， 其中较多的部分进入一级静叶持环， 再流入一级静 叶内部冷却流道， 冷却静叶后从静叶出气边小孔排 至主燃气流中。另一部分经一级复环去冷却二级静 叶（ 同时冷却了一级复环 ） ； 流入二级静叶的空气， 一部分冷却叶片后从出气边排至主燃气流中 ， 另一 部分从内环前端的孔流出， 冷却一级叶轮出气侧和 二级叶轮进气侧。 2． 2 透平动叶的冷却过程 1 ） 从压气机高压密封处漏出来的一部分空气
图1 0808 收稿日期： 20121028 改稿日期： 2012-
透平轮间温度显示画面图
Email： xiangjianwei 2648@ 163． com。 作者简介： 项建伟， 男， 浙江丽水人， 工程师， 主要从事燃气轮机技术管理工作，
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燃气轮机透平的高温部件冷却过程
某电厂 300 MW 燃气—蒸汽联合循环发电装置 2 台余热锅炉及 1 由 2 台 100 MW 燃气轮机发电机组、 台 100 MW 蒸 汽 轮 机 发 电 机 组 组 成。 燃 气 轮 机 PG9171E 机组由美国 GE 公司提供， 为重载、 单轴、 快 装式的发电机组， 使用燃料为天然气。余热锅炉由荷 立式、 无补燃、 单压强制循环。 兰 NEM 公司设计制造， 蒸汽轮机发电机组由英国 GEO ALSTOM 提供。 机组从 1997 年投入商业运行， 至今共运行了 5 万多小时。在这期间未出现过透平一级后轮间温度 高报警的现象。 机组近期完成检修后， 启动带负荷运行过程中 出现燃气轮机透平一级后轮间温度高报警的异常情 况。本文在介绍透平一级后轮间温度的热电偶结构 和透平的冷却过程的基础上， 对这一故障情况进行
两点温差都必须监测。为了确保透平各部件不因超 温而损坏， 在机组中布置了 12 支热电偶用来监测透 平的轮间温度。机组运行时所允许的最高透平轮间 温度值和温差值见表 1 。
表1
测点位置 一级前（ 内侧） 一级后（ 外侧） 二级前（ 外侧） 二级后（ 外侧） 三级前（ 外侧） 三级后（ 外侧）
燃气轮机的透平各高温部件采用有效的冷却措 施是十分必要的， 可以使各高温零件的工作温度能 降低到允许的范围内， 从而可以延长高温部件的使 用寿命， 保证机组的安全可靠运行。 PG9171E 型燃气轮机透平的冷却系统图见图 2。
温度都有下 降 的 趋 势 ， 但一级后的两点温度还处 于报警 状 态 ， 说 明 冷 却 空 气 通 道 畅 通， 风量足够 （ 见图 4 ） 。
图4
燃气轮机轮间温度显示图
2 ） 热电偶护套管端部罩帽内部有结垢或异物 堵塞。 如果热电偶护套管端部罩帽内部有结垢或异物 堵塞， 使得热电偶安装中装配不到位， 而这些堵塞物 将喷嘴端部密封扇形段的温度传递给热电偶 ， 此刻 热电偶所测到的是喷嘴端部密封扇形段的温度 ， 而 不是轮间温度。尝试将热电偶往外拔后， 从轮间温 度显示下降的情况来看（ 两个热电偶往外拔出约 30 mm 后， TTWS1AO1 为 564℃ 、 TTWS1AO2 为 490℃ ） ， 轮间热电偶护套管中有异物堵塞存在的可 能性较大。二级喷嘴热电偶布置图见图 5 。 由于透 平二级喷嘴热电偶套管内径较小 （ 约 4 mm ） ， 没有 找到合适的内窥镜探头来插入检查套管里是否存在 异物。现场用一根比较细的钢琴线或钢丝 （ 能够插 入到底） 插入热电偶套管， 对比插入的深度与热电 偶的插入深度是否一致。
3 透平一级后轮间温度高原因分析及 处理
电厂机组检修期间， 只对透平的一、 二、 三级喷 嘴和动叶进行了更换， 透平一级复环没有安排更换。
图2 燃气轮机透平的冷却系统图
2． 1
透平静叶的冷却过程
在机组检修之前机组运行时， 透平一级后的两支轮 （ TTWS1AO1 WS1AO2 ） 温度显 间热电偶 即 和 TT示基本正常。机组检修结束投入运行后出现透平一 级后轮间温度高报警， 对于轮间温度高的情况， 其原 因可能有以下几种： 1 ） 从一级复环过来至二级喷嘴的冷却空气有 堵塞现象。 如果冷却空气有堵塞现象， 那就有可能使得此二 级喷嘴内部的温度升高， 但在同一级喷嘴扇段内部的 WS2FO1， TT其它两 支 热 电 偶， 即 透 平 二 级 前 TTWS2FO2 的轮间热电偶所测温度显示却是正常的。 由此可见， 冷却空气出现堵塞的现象可能性不大， 机 组运行时冷却空气应当是正常的。（ 见图 3）