PG9171E燃气轮机排气框架(Exhaust frame)的冷却及常见故障分析.doc

PG9171E燃气轮机排气框架（Exhaust frame）的冷却及其常见故障分析
吕安斌
（浙江镇海发电有限责任公司，浙江宁波 315208）
摘要：根据PG9171E燃气轮机排气框架（Exhaust frame）的冷却原理，对排气框架冷却中产生的常见故障进行全面分析，并根据分析的原因提出在以后设备检修过程中的注意事项和整改措施。
关键词：燃气轮机； 排气框架； 冷却； 故障分析； 注意事项； 整改措施
The Analysis on the Malfunction of the Cooling for PG9171E Gasturbine’s Exhaust frame
Lvanbin
(Zhejiang Zhenhai Power Plant Co.Ltd, Zhejiang Ningbo 315208)
Abstract: Through the Analysis on the Malfunction of the Cooling for PG9171E Gasturbine’s Exhaust frame on base of the cooling principle, we put forword the attention on the Exhaust frame in PG9171E Gasturbine’s overhaul and reforming on the Malfunction of the Cooling .
Key words: Gas turbine, Exhaust frame, cooling, malfunction analysis, attention item, reforming measure

某300MW燃气—蒸汽联合联合循环电站由两台100MW燃气轮机发电机组、一台100MW蒸汽轮机发电机组及两台立式、无补燃、单压余热锅炉组成，燃气轮机由美国GE公司提供的PG9171E机组。由于燃气轮机的燃烧和排气温度都相当高，因此，对燃气轮机的热部件来说有一套高效的冷却系统是相当重要的，既可以延长热部件的寿命也可以保证机组的安全可靠运行；然而由于燃气轮机的长时间运行排气框架（Exhaust frame）冷却系统中部分设备遭到破坏导致冷却空气压力降低和热部件的冷却效果变差并在机组正常运行时引起其他一些相应的故障，影响机组出力并威胁到机组的安全运行。下面对这些常见故障进行原因分析并提出在以后设备检修过程中的注意事项和整改措施。
1排气框架（Exhaust frame）的冷却原理
PG9171E燃气轮机排气框架（Exhaust frame）的冷却空气由机组以外交流马达驱动的单级离心式压缩机（88TK-1和88TK-2）提供，每台离心式压缩机进口装有进气消声器，在出口处装有止回阀VCK7-1和VCK7-2）和压力开关（63TK-1和63TK-2），压力开关在止回阀的上游，当离心式压缩机出口压力低于规定值时，压力开关打开，控制盘上显示“排气框架冷却空气压力低”的报警信号。正常运行时，冷却空气通过母管首先进入排气框架外腔室（如图1），然后兵分两路，一路通过一圈均匀分布在透平缸缸体外围的冷却孔来冷却透平缸缸体，气流排向透平间，由透平间冷却风机（88BT-1）抽出并排向大气；另一路首先冷却排气框架外腔室然后经过排气框架内、外腔室之间的翼形通道进入并冷却内腔室，之后这股气流再分成两路，一路通过内腔室内圈设计的排气口（设计数量28个，使用14个另外14个由闷头封堵）直接排向#3轴承腔室，而另一路则通过内腔室与三级动叶叶根处之间的小孔通向并冷却三级动叶叶根，最后排向燃气排气通道内部，完成整个冷却过程。

图（1）

2排气框架（Exhaust frame）冷却在运行中的常见故障及原因分析
2.1 排气框架冷却空气压力低
某燃机电厂#7燃气轮机在2004年底大修前经常在机组高负荷时压力开关（63TK-1和63TK-2）出现“排气框架冷却空气压力低”报警信号，这不但使得机组自动减负荷运行，而且影响到机组的安全运行。而导致排气框架冷却空气压力低的原因是机组的长期运行导致排气框架外腔室与透平三级护环（shroud之间的冷却空气密封插片严重破损（如图2），冷却空气的排放口大大拓宽，大量冷却空气从破损口流出，最终使得排气框架冷却空气压力偏低。

图（2）
2.2 #3轴承腔室温度（TTIB）偏高
某燃机电厂#7燃气轮机在2005年迎峰过夏期间（一方面由于天气炎热燃气轮机的进气温度升高，另一方面机组负荷较高）出现#3轴承腔室温度（TTIB）偏高（有时高至4800F），远远高于报警值，因此，经常导致机组自动减负荷运行，否则只能将此报警信号逻辑强制。但是导致#3轴承腔室温度（TTIB）升高的原因主要有以下几个方面：①排气框架外腔室与透平三级护环之间的冷却空气密封插片严重破损，透平排气气流与冷却空气气流相互混合导致冷却气流温度升高，自然流向#3轴承腔室的冷却空气温度当然比原来要升高；②排气框架冷却空气流道上缸体保温破损（尤其是排气框架冷却空气外腔室内侧和内腔室外侧保温板，即图（1）中深黑色部分）如图（3），使得排气框架冷却气流和透平排气气流在排气框架金属两侧表面直接热交换（没有保温板相隔），冷却气流比原来在保温层表面热交换吸收的热量大大增加，因此，冷却气流比原来（保温完好时）的温度升高，自然流向#3轴承腔室的冷却空气温度比原来要高得多；③负荷联轴间冷却风机（88VG-1）出力下降。由于机组正常运行时#3轴承腔室显示的温度（TTIB）是由排气框架冷却空气排向#3轴承腔室的热气流和负荷联轴间冷却风机一定量的冷却风混合后而显示的温度，因此，在其他情况不变的情况下负荷联轴间冷却风机出力下降将使进入#3轴承腔室的冷却空气量减少，#3轴承腔室显示的温度（TTIB）比原来升高。

图（4）

图（3）
3排气框架（Exhaust frame）在以后检修过程中的注意事项
通过上面对常见故障的原因分析，可以得出以下结论：1.排气框架外腔室与透平三级护环之间冷却空气密封插片的严重破损导致排气框架冷却空气压力偏低，机组自动减负荷；2.排气框架冷却气流腔室内衬保温板脱落和排气框架外腔室与透平三级护环之间冷却空气密封插片的严重破损导致#3轴承腔室温度（TTIB）升高并超过报警值，机组自动减负荷。再加上在燃气轮机没有打开透平缸和排气缸的情况下，这两个故障（缺陷）是无法处理的。因此，在机组安排计划检修期间对上述两个故障（缺陷）要彻底解决。
3.1对排气框架外腔室与透平三级护环(Shroud)之间冷却空气密封插片的处理
对排气框架外腔室与透平三级护环(Shroud)之间冷却空气密封插片的处理主要是考虑密封插片在安装过程中圆周方向和径向的膨胀间隙，否则密封插片很容易损坏。即在安装密封插片过程中注意：1、圆周方向每片密封插片之间留有一定的膨胀间隙并却内外两层密封插片在圆周方向要错位布置保证密封效果；2、密封插片在内侧圆形安装槽内也要留有一定的膨胀空间，以免膨胀受阻破坏密封插片。
3.2对排气框架冷却气流腔室内衬保温板的处理
对排气框架冷却气流腔室内衬保温板的处理主要是恢复排气框架冷却风通道内侧保温板的固定装置（如图4）。对变形或脱落的固定装置进行矫正或重新加工后安装新的固定装置，在处理过程中要保证焊接工艺和质量。
4 #3轴承腔室温度（TTIB）偏高的补救整改措施
由上面分析可知PG9171E燃气轮机#3轴承腔室温度（TTIB）升高并超过报警值甚至机组自动减负荷是由于排气框架冷却气流腔室内衬保温板脱落和排气框架外腔室与透平三级护环之间冷却空气密封插片的严重破损。而且在燃气轮机没有打开透平缸和排气缸的情况下，这两个故障是无法处理的。因此，如果在机组离计划检修还有相当长时间时，我们必须考虑补救整改措施。由于#3轴承腔室温度（TTIB）主要是排气框架排出的冷却风和负荷联轴间冷却风机（88VG-1）冷却风混合后的温度，而现在排气框架排出的冷却风温度升高，所以我们必须加大对#3轴承腔室的冷却风量，其中对负荷联轴间冷却风机改造（更换成功率更大的风机或在原有基础上再增加一台足够功率的风机）不失为一种好的补救办法。某燃机电厂对#7燃气轮机负荷联轴间冷却风机（88VG-1）进行改造——在负荷联轴间顶部中间再增加一台风机（风量：约25000米3/小时，风向朝内），#3轴承腔室温度（TTIB）降低800F左右。

参考文献：
[1] GE Energy. Gas Turbing-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（中册）

作者简介：吕安斌，男，浙江宁海人，工程师，主要在燃机电厂从事技术管理工作。