一、燒蝕情況與分析

1.T5的定義

燃氣輪機的壽命和運行狀況與流經(jīng)它的氣體溫度有直接關(guān)系。溫度太高使機組壽命縮短，溫度太低限制機組出力，因此需要嚴格控制透平轉(zhuǎn)子進口溫度?？紤]到熱電偶的可靠性，在索拉燃氣輪機中選取較低的溫度——第三級噴嘴T5作為控制依據(jù)，用來反映燃氣輪機燃燒室內(nèi)燃燒的工況。

2.問題的發(fā)現(xiàn)

某日，該站兩臺機組同時運行，技術(shù)人員在監(jiān)控過程中，發(fā)現(xiàn)1#燃氣輪機T5溫度（該型號燃氣輪機共12個T5溫度探頭）平均值為697℃，其中最高的兩個溫度探頭TC4（即第4個T5溫度探頭，下同）為720℃、TC7為721℃，而2#燃氣輪機T5溫度平均值為689℃，其中最高的兩個溫度探頭TC6為721℃、TC7為737℃。

為確定造成T5溫度偏高的原因，技術(shù)人員決定先對單個溫度探頭較高的2#機組進行檢查。將2#機組停機并冷卻至65℃以下后，利用內(nèi)窺鏡對燃氣輪機發(fā)動機燃燒室及透平進行檢查，發(fā)現(xiàn)燃氣透平一級靜葉6點、7點鐘方向有3片靜葉片已經(jīng)斷裂，隨后又對1#燃氣輪機進行孔探檢查，發(fā)現(xiàn)在同樣的位置有3片靜葉片嚴重?zé)g，且兩臺燃氣輪機發(fā)動機的第一級動葉全部過熱燒蝕（圖1、圖2）。

3.原因分析

1）直接原因

燃料氣氣質(zhì)問題是該問題發(fā)生的直接原因。通過拆卸燃料氣噴嘴發(fā)現(xiàn)噴嘴結(jié)焦積碳嚴重，說明燃氣輪機燃料氣的氣體組分偏離了其正常運行的技術(shù)條件[2-3]。另外，在拆卸燃料氣管道過濾器時，發(fā)現(xiàn)過濾器內(nèi)有少量液體，將該液體送檢化驗，結(jié)果顯示其成分為C8～C18，因此證明燃料氣中存在重?zé)N組分。

（1）氣田天然氣進入增壓站后的凈化措施不到位。分析該增壓站的工藝流程（圖3），發(fā)現(xiàn)該站由一線、復(fù)線兩條輸氣管道合建而成。其中，一線場站天然氣經(jīng)過旋風(fēng)分離器、聚結(jié)器、臥式過濾器3道凈化程序，而復(fù)線場站的工藝流程中只有臥式過濾器1道凈化，因此有氣體內(nèi)存在液體物質(zhì)的可能。從流程上看，燃氣輪機燃料氣由一線取出，但是由于復(fù)線壓力較高，導(dǎo)致部分復(fù)線天然氣反竄至一線，從而導(dǎo)致復(fù)線的天然氣進入燃氣輪機的燃燒室。

（2）由于該站為輸氣管道的首站，且與氣源距離太短，造成氣田輸出天然氣氣質(zhì)對其影響敏感。該站離氣田氣體處理廠的距離不足300m，氣體在管道內(nèi)流動的距離過短，無法對氣質(zhì)形成一定的凈化和緩沖作用。早在2007年就曾發(fā)生過氣田處理廠在切換氣井過程中大量液態(tài)水涌入該站，造成該站壓縮機干氣密封損壞的事件。后來為避免類似事件的發(fā)生，遂對該站一線工藝流程進行了改造，在旋風(fēng)分離器后增加了聚結(jié)器，以過濾天然氣中存在的液態(tài)物質(zhì)，改造后除液效果明顯，再未發(fā)生過大量水進入場站的現(xiàn)象。然而該站復(fù)線建成后，由于工藝流程中缺少除液的凈化裝置，距氣田距離短這一問題又成為影響機組正常運行的因素。

（3）該站燃氣輪機在發(fā)生問題時為兩臺燃壓機組同時運行，造成燃料氣流量增大，而加熱器未進行改造，使得燃料氣溫度降低，增加了燃料氣中凝析油析出的可能性。兩臺燃壓機組的燃料氣共用一套調(diào)壓裝置，并聯(lián)運行勢必會造成燃料氣流量加倍，而燃料氣加熱器并未改造。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)記錄，單臺機組運行期間，加熱后燃料氣的溫度為14～20℃；兩臺機組運行期間，燃料氣的溫度為6～10℃。從燃料氣過濾器排出的液體情況、燃料氣噴嘴結(jié)焦、燃燒室內(nèi)部清潔程度等方面判斷，該因素會對機組的運行產(chǎn)生一定影響。

2）間接原因

（1）燃氣輪機保護機制問題

為了保護燃氣輪機燃燒室及透平葉片，需要控制燃燒室的溫度，由于燃燒室的溫度能達到1400℃以上，目前還沒有溫度探頭能夠長時間在如此高溫下工作，因此一般采取測量燃氣輪機T5溫度，通過控制T5溫度來控制燃燒室溫度，從而起到保護燃燒室及透平葉片的作用。在SOLAR燃氣輪機的控制系統(tǒng)里，取12個T5溫度的平均值作為控制溫度，如果該平均值超過760℃，或者單個T5探頭溫度超過982℃、單個T5溫度超出平均值111℃都會造成燃氣輪機報警停機[4]。因此根據(jù)機組的控制邏輯，在T5溫度未超過760℃、單個T5探頭溫度不超標之前，燃燒室及發(fā)動機內(nèi)部部件的涂層和材料應(yīng)該能夠承受所處的溫度而不應(yīng)出現(xiàn)損壞。然而分析該站近3個月以來的運行工況，各種參數(shù)均在控制范圍內(nèi)，且該問題的發(fā)生并非機組本身出現(xiàn)報警停機后才被發(fā)現(xiàn)，而是在技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)T5溫度逐漸提高的現(xiàn)象后進行檢查時才發(fā)現(xiàn)，在此之前，機組控制系統(tǒng)并未發(fā)出報警或者停機保護。根據(jù)SOLAR燃氣輪機的大修周期，葉片的設(shè)計使用壽命應(yīng)該在3×104h以上，燃氣輪機未發(fā)生任何報警而出現(xiàn)葉片燒蝕現(xiàn)象，說明機組的保護邏輯存在缺陷。

（2）人為因素

在日常監(jiān)控過程中，對T5溫度的逐步升高沒有引起運行人員足夠的重視，僅以為是運行工況的變化而引起的正常變化。因此，在今后運行過程中要嚴格監(jiān)控燃氣輪機的運行工況，對燃壓機組的溫度、振動及噪聲等的變化要做出分析，將損失降低到最小。另外，運行人員經(jīng)驗不足也是該問題發(fā)生的原因之一。

二、改進措施

（1）對該站復(fù)線工藝場站進行改造，增加旋風(fēng)分離器和聚結(jié)器，以降低天然氣中液態(tài)物質(zhì)存在的風(fēng)險。（2）對燃料氣系統(tǒng)進行改造，提高燃料氣溫度，以減小凝析液析出的可能性。（3）在保證參與燃氣輪機燃燒用空氣純凈的同時，完善對燃料氣氣質(zhì)的監(jiān)控，在線或定期對燃氣輪機的燃料氣進行化驗分析,以便判定使用的天然氣是否合格,否則會對燃氣輪機造成損害。（4）完善燃氣輪機對T5溫度的保護機制。（本文圖略）

本文作者：李宗超 單位：中國石油西部管道蘭州輸氣分公司