燃?xì)廨啓C(jī)燃油三通閥閥芯卡澀分析及預(yù)防
發(fā)布于：02-11
1概況寶鋼電廠羅涇發(fā)電分廠裝備有1臺美國GE公司PG9171E改型燃?xì)廨啓C(jī)，為世界上第一臺燃燒COREX中熱值煤氣的9E機(jī)組，單機(jī)功率101.25MW（扣除煤氣壓縮機(jī)耗功）。機(jī)組主要燃料為COREX煤氣，輕油作為啟動燃料和后備燃料
?1?概況
寶鋼電廠羅涇發(fā)電分廠裝備有1臺美國GE公司PG9171E改型燃?xì)廨啓C(jī)，為世界上第一臺燃燒COREX中熱值煤氣的9E機(jī)組，單機(jī)功率101.25MW（扣除煤氣壓縮機(jī)耗功）。機(jī)組主要燃料為COREX煤氣，輕油作為啟動燃料和后備燃料，為了使燃?xì)廨啓C(jī)既能燃燒液體燃料，又能燃燒氣體燃料，在霧化空氣系統(tǒng)中專門裝備了一套霧化空氣旁路系統(tǒng)和液體燃料噴嘴的吹掃系統(tǒng)[1]。為保證在煤氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能緊急切換到備用輕油運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的不停機(jī)，GE公司將燃料噴嘴前的常規(guī)燃油逆止閥改為輕油再循環(huán)三通閥（簡稱燃油三通閥），該閥門類似一個錯油門，機(jī)組在啟動時(shí)，該閥門閥芯利用輕油自身壓力而移動，輕油從進(jìn)口進(jìn)入，從輕油出口出來進(jìn)入燃料噴嘴和火焰筒燃燒；當(dāng)機(jī)組正常燃燒煤氣時(shí)，輕油通過此閥門實(shí)現(xiàn)再循環(huán)，從輕油進(jìn)口進(jìn)入，從再循環(huán)出口出來循環(huán)回到輕油罐，以滿足緊急切換之用。
燃油三通閥總共有五個接口，分別為輕油進(jìn)口，輕油出口，輕油再循環(huán)出口，輕吹空氣進(jìn)口，儀用氣進(jìn)口，排污口，見圖1所示。
圖1?燃油三通閥總體結(jié)構(gòu)
2?事故經(jīng)過
事故發(fā)生在當(dāng)晚9點(diǎn)20分，機(jī)組啟動，經(jīng)過14.4min吹掃，機(jī)組轉(zhuǎn)速降到480r/min點(diǎn)火轉(zhuǎn)速后，主燃油泵電磁離合器帶電，主燃油泵啟動，出口壓力急劇升高到71bar（正常點(diǎn)火壓力7.5bar），但輕油再循環(huán)三通閥沒有動作，流量分配器無任何流量，在機(jī)組發(fā)出點(diǎn)火指令后30s后，仍然探測不到火焰，機(jī)組脫扣，啟動失敗。
經(jīng)排查，測試了輕油再循環(huán)狀態(tài)下（輕油不進(jìn)燃機(jī)）的流量分配器，結(jié)果顯示流量數(shù)據(jù)正常，14個輕油分支管壓力均勻。主燃油泵也無異常。手動強(qiáng)制燃油三通閥的控制電磁閥20PL-3帶電，在儀用氣的壓力下，14個燃油三通閥也無任何動作，在更換了一個新的燃油三通閥后，儀用氣能夠?qū)⒃撻y門打開，這說明，14個燃油三通閥閥芯全部卡澀。
將其中一個燃油三通閥解體，發(fā)現(xiàn)有如下重大問題：
1）燃油三通閥閥芯結(jié)焦嚴(yán)重，結(jié)焦發(fā)生在輕吹空氣側(cè)。
2）閥門橡膠密封全部高溫?zé)龤?，卡在閥門內(nèi)部。
事故發(fā)生后，主要采取如下措施：
1）閥芯和閥體清洗。將所有閥芯和閥體注好標(biāo)記后，放入到柴油桶中浸泡清洗，清洗完的閥芯表面再用沙皮紙反面打磨干凈，保證表面光滑。
2）更換密封件。燃油三通閥內(nèi)防止內(nèi)漏的密封件主材為杜邦公司生產(chǎn)的VespelPolyimide特種塑料，該樹脂材料在耐溫，耐磨，抗蠕變中有突出的表現(xiàn)。
3）閥門組裝和回裝。安裝完之后，輕油系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)，燃油三通閥靈活性試驗(yàn)（20PL-3動作，利用儀用氣動作，查看閥芯移動速度），試驗(yàn)完成后，交付生產(chǎn)方準(zhǔn)備啟動。
機(jī)組于第二天早晨5點(diǎn)10分一次啟動成功。本次搶修前后歷時(shí)近8h。總經(jīng)濟(jì)損失為全部鋼廠購電（近100萬kWh）和COREX煤氣大量放散（近100萬m3），損失巨大。
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3?事故分析
輕油燃料在羅涇CCPP承擔(dān)著啟動和后備燃料的重要功能，主燃油泵電磁離合器嚙合后，輕油壓力升高，燃油三通閥利用輕油壓力使得閥芯移動到通向燃料噴嘴的位置，輕油進(jìn)入燃機(jī)燃燒，在燃機(jī)從輕油向COREX煤氣切換完之后，輕油壓力消失，閥芯利用頭部的彈簧力回移到燃料噴嘴關(guān)位置，同時(shí)輕油再循環(huán)三通閥輕吹空氣啟動，該吹掃空氣來自霧化空氣，霧化空氣持續(xù)地吹掃燃油三通閥-燃料噴嘴通道，防止殘留的輕油噴嘴結(jié)焦。
霧化空氣的吹掃通過上游的輕吹閥VA19-1實(shí)現(xiàn)隔絕，輕吹閥VA19-1也為三通閥型式，該三通閥有輕吹空氣進(jìn)口，輕吹空氣出口和排污口三個接口。機(jī)組在燃油時(shí)，輕吹進(jìn)口與出口隔絕，出口與排污口相通，以排泄掉啟動時(shí)部分輕油（這些輕油來自于啟動燃油三通閥的內(nèi)漏）。燃油切換為燃?xì)夂螅p吹閥VA19-1的控制電磁閥20PL-1動作，閥門打開。
然而，一旦機(jī)組在燃燒煤氣運(yùn)行時(shí)，輕吹閥出現(xiàn)內(nèi)漏，霧化空氣有大部分流量通過該排污口噴出，就會導(dǎo)致吹掃壓力不足，燃燒室壓力（接近但略低于壓氣機(jī)排氣壓力）就會出現(xiàn)高溫回流，回流的高溫會破壞輕油再循環(huán)三通閥內(nèi)的塑料密封，導(dǎo)致殘油結(jié)焦。從而導(dǎo)致閥芯全部卡澀。前述的杜邦公司VespelPolyimide特種塑料的耐溫能力也僅有450℃。
該事故發(fā)生前的6天，輕吹閥VA19-1確實(shí)發(fā)生過內(nèi)漏事件，由于VA19-1下游的壓力開關(guān)沒有出現(xiàn)低報(bào)警，燃機(jī)控制系統(tǒng)MARKVI對此也無任何保護(hù)，使得該內(nèi)漏事件發(fā)生6天后出現(xiàn)14個燃油三通閥全部卡澀的情況。
4?系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷分析
機(jī)組在燃?xì)鈺r(shí)，為防止燃油三通閥和輕油噴嘴內(nèi)的殘油結(jié)焦，需要有輕吹空氣持續(xù)地吹掃燃油三通閥和燃料噴嘴，而且輕吹空氣壓力要大于燃燒室壓力，吹掃才能持續(xù)進(jìn)行。
然而，如果輕吹閥VA19-1本身發(fā)生內(nèi)漏，即出現(xiàn)輕吹閥的控制電磁閥20PL-1動作后，輕吹閥沒有開到位，使得輕吹空氣從排污口大量排出，造成輕吹閥出口壓力低于燃燒室壓力，燃燒室高溫?zé)嵩磿亓鞯饺剂蠂娮旌腿加腿ㄩy內(nèi)，從而破壞這些設(shè)備的密封件，并導(dǎo)致殘留輕油碳化結(jié)焦。輕吹閥VA19-1只有控制電磁閥，而無閥門位置反饋信號，導(dǎo)致了閥門狀態(tài)的不可控。
輕吹閥VA19-1后裝設(shè)有低報(bào)警壓力開關(guān)63PL-1，按照GE的設(shè)計(jì)意圖，該壓力開關(guān)在輕吹閥內(nèi)漏時(shí)，應(yīng)該出現(xiàn)壓力低報(bào)警，然而，有燃燒室的高溫回?zé)?，該壓力低?bào)警并沒有出現(xiàn)，因?yàn)?，燃燒室?nèi)的壓力接近于壓氣機(jī)排氣壓力（CPD）。經(jīng)查，該壓力開關(guān)的設(shè)定值僅為6bar，而且，當(dāng)壓力下降到4.6bar時(shí)，才會出現(xiàn)壓力低報(bào)警。而在正常燃燒COREX煤氣時(shí)，特別是機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，燃燒室的壓力高達(dá)12bar，導(dǎo)致系統(tǒng)不可能出現(xiàn)壓力低報(bào)警問題。
另一方面，輕吹閥VA19-1的儀用氣來自于壓氣機(jī)排氣（CPD），一旦機(jī)組停機(jī)或者緊急脫扣，CPD壓力急劇降低，會造成一定時(shí)間后轉(zhuǎn)速逐步降低，CPD壓力無法打開輕吹閥VA19-1，一旦輕吹閥關(guān)閉，燃燒室內(nèi)的殘留熱源會直接加熱輕油噴嘴和燃油三通閥，造成噴嘴和閥門內(nèi)的結(jié)焦。
以上設(shè)計(jì)上的缺陷，構(gòu)成了機(jī)組輕吹系統(tǒng)的不受控，增加了人為判斷的難度。
5?輕吹系統(tǒng)改進(jìn)措施
針對輕吹閥控制上的不受控性，提出如下改進(jìn)措施：
（1）將輕吹閥VA19-1出口的壓力開關(guān)改為壓力變送器，利用該變送器監(jiān)測霧化空氣壓力，如果出現(xiàn)輕吹閥泄漏，而且霧化空氣壓力降到接近于CPD壓力，需要機(jī)組停機(jī)或者機(jī)組切換到輕油運(yùn)行。壓力變送器設(shè)置3個，MARKVI系統(tǒng)取中值，該中值與CPD壓力比較，如果輕吹空氣壓力減去CPD壓力低于1bar，需要直接停機(jī)處理或者機(jī)組切換到輕油狀態(tài)運(yùn)行。
（2）輕吹閥VA19-1加裝位置開關(guān)。目前輕吹閥的OEM英國HALEHAMILTON公司已經(jīng)推出帶位置開關(guān)的輕吹閥。帶位置開關(guān)后可以很容易判斷VA19-1的閥位狀態(tài)。
（3）機(jī)組發(fā)生緊急脫扣，CPD壓力開始下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到2500轉(zhuǎn)后，CPD壓力不足以打開輕吹閥VA19-1，使其立即關(guān)閉，而燃燒室內(nèi)仍有高溫存在，該狀態(tài)需要加上外圍全廠儀用氣來控制VA19-1，在機(jī)組停機(jī)或者緊急脫扣時(shí)，VA19-1能確保常開，以保證燃油三通閥的持續(xù)吹掃和冷卻。
6?結(jié)論
燃油三通閥緊靠燃燒器，燃燒器處于正壓燃燒狀態(tài)，要保證無高溫回流，只要保證上游壓力（油壓或者氣壓）高于燃燒壓力即可。上述措施正是圍繞這個原則來制定的。
燃油三通閥為GE公司新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，還需要在進(jìn)一步的生產(chǎn)實(shí)踐中加以完善和優(yōu)化。
參考文獻(xiàn)
[1]楊順虎.燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，2003.213.
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