燃气轮机运行典型故障分析及处置

燃气轮机运行典型故障分析及处置

张文鹏

广东大唐国际肇庆热电有限责任公司 ,广东 肇庆 526105

摘要：燃气轮机是生产活动中重要的设备，其运行的稳定性十分重要。本文结合了燃气轮机实际的工作运转情况，按照不同的部位对燃气轮机常见的故障进行分析，并且阐述了其处理方式。对相关的工作人员进行燃气轮机维护管工作中，具有参考价值。

关键词：燃气轮机；故障分析；处理方式

燃气轮机主要的组成结构有压气机、基础的动力传输部件以及动力涡轮等，燃气轮机凭借其自身杰出的性能，得到了广泛的应用。在能源输送，船舶动力方面得到了大量的应用。然而在长期的运行工作当中，燃气轮机不可避免的会出现各种各样的故障，根据故障发生的类型，主要可以将其分为三种，分别是启动故障，附件故障以及转速测量故障。这些故障发生的原因，大多存在一定的规律性，在此针对故障发生的典型案例，开展分析讨论^[1]。

一、燃气轮机起动故障

燃气轮机由于自身启动载荷很大，所以起动过程并不是直接启动的，前后要经过三个阶段，逐渐启动燃气轮机。第一阶段是通过电动机带动变速箱，通过电动机的动力，带动燃气轮机的转子旋转，让燃气轮机的转子速度达到标定的转速。这一阶段也被称为冷态加速阶段。第二阶段就是向转速达标的燃烧室提供燃料，一般是通过系统控制将天然气喷到燃烧室当中，在天然气与空气混合之后，进行点火。通过天然气燃烧产生的高温气体，推动燃气轮机的涡轮，提供动力。在此阶段，燃气轮机的转速会持续提升，电动机的载荷会变得越来越小，当燃气轮机的转子能摆脱电动机动力的时候，电动机就可以退出工作。此时的燃气轮机，正式进入第三阶段的工作状态。三阶段是燃气轮机转子加速状态，通过燃烧室提供的能源，带动转子提升至标定转速，燃气轮机启动失败是最常见的故障，在进行检修维护的过程，要针对不同的阶段进行维护。造成燃气轮机启动故障的主要原因有以下几种：

（一）起动电机设备故障

这项故障主要发生在燃气及在冷启动阶段，这一阶段需要通过电动机带动燃气轮机加速，加速的时候，转子转速未能达到点火的要求，因此控制系统会强制停机，进而导致燃气轮机点火启动失败。而造成电动机工作异常的原因，大多是因为启动操作不规范，这种情况会直接导致电动机的电流过大，造成电动机损坏。启动过程中，动力电源线路出现问题，也是导致电动机启动失败的原因之一。在进行燃气轮机启动之前，相关的工作人员需要认真检查电动机的线路连接以及控制线路，保证电动机正常工作，尤其是要关注电动机启动电流，避免因为电流过大出现烧坏线圈的情况发生^[2]。

（二）点火失败

在燃气轮机加速阶段完成后，需要点燃燃烧室当中混合的气体，点火器以及点火控制器发生故障，会导致点火器打不出火花，造成点火失败。除此之外，在点火的过程中，控制系统会先检测燃气室当中的温度变化，在寒冷的冬季，燃气的温度过低，会直接造成点火失败的情况，面对温度过低的情况，在启动时将燃气加热，就能保证燃气室达到启动的温度要求。在温度适宜，并且点火器正常工作的情况下，如果依旧无法点火，大多是因为雾化空气量不足的原因，在此应检查压缩空气或者燃气气路，观察气路是否畅通。

（三）超温停机

超温停机是因为在启动的过程中，燃料发生剧烈的化学反应，释放出过量的温度，导致燃烧室的温度急剧上升，此时的涡轮叶片以及轴承承受了过高的热应力，在燃气轮机设计中，为防止因为燃气超温，造成热部件的损伤，燃气轮机装载有超温保护装置，在超温的状况下，会直接启动停机保护。在燃气轮机运行中，如果因为燃料调整不当，发生超温停机，此时首先应调整燃气温度。超温状态下，想要再次启动燃气轮机，要对其进行降温，通过吹冷的方式，让温度降到保护温度以下。

（四）启动悬挂

启动悬挂指的是在启动中第三阶段，涡轮已经开始工作，但当电动机与转子脱扣后，燃气轮机的转子转速会逐渐下降，进而停止工作，这种故障被称之为启动悬挂。其中启动悬挂故障发生分为冷悬挂和热悬挂两种，冷悬挂是在启动中，因为燃气的温度过低，导致燃烧后供热难以让燃气轮机正常运转，因此造成停机。面对这种情况，通过加大燃料就可以解决。热悬挂故障发生的原因是因为燃气轮机当中的燃料燃烧时，产生了过高的能量，在转化中不及时，转速与燃气温度提升之间不协调，甚至会发生喘震的现象。面对热悬挂的情况，要及时的停机降温或者调解燃气系统，降低燃料供给。

二、燃气轮机附件故障

燃气轮机发生附件故障，轻则造成降工况，严重的时候会直接停机。燃气轮机附件故障相比启动故障而言，其具备更明显的不确定性，这是对燃气轮机安全运行产生影响的主要因素^[3]。

（一）压力信号器故障

燃气轮机是一种高压高载荷的机械，在运行的过程中，由于其较高的运动扭矩，因此需要不断的加注润滑油，保证机械平稳安全的运行。在对润滑油供应检查中，主要的参考数据是压力传感器。控制系统根据压力传感器的信号，控制润滑油电磁阀的动作。并且在控制系统当中，会对压力传感器工作状态进行实时监测，如果压力传感器出现故障，控制系统会直接判定润滑油供应出现问题，进而直接执行停机或降工况程序。除润滑油外，燃气轮机的燃气压力也是同样的检测方式，当压力信号出现异常的时候，控制系统会直接启动保护程序。因此当燃气或者润滑油出现供给问题的时候，相关的工作人员不仅仅要对气路进行检查，还要对相应的压力传感器进行检查，判定其是否存在故障。在紧急情况下，如果确定是因为压力传感器出现故障，可以通过短接的方式，来实现维持燃气轮机的稳定运行，在停机后更换压力传感器。

（二）温度测量故障

燃气轮机的控制系统中，会通过测量润滑油进出口温度的方式，以及通过传感器测量透平后燃气温度以及排烟温度的方式，以此作为判定燃气轮机是否处于正常环境下工作的标志。在此之中，如果测量润滑油的温度传感器本身故障，燃气轮机控制系统会判定机械处于高温状态下运行，进而系统会直接下达降工况的指令。燃气温度测量故障，控制系统会直接控制燃气轮机停机。在此之中，导致温度测量系统发生故障的原因，一是在震荡中，导致相关的线路断路。二是相关的电阻元器件或者数据采集模块损坏，造成信号错误，进而被控制系统判定为工作环境故障。因此当燃气轮机发生温度测量故障时，通过外加线路对测温系统模块的工作状态进行检测，如果检测中发现是因为元器件故障，则及时对从元器件进行更换，保证燃气轮机正常工作。

3. 结束语

燃气轮机这种大型设备在工作中，如果发生故障，在对故障进行排查中，要站在机械结构和控制原理的角度出发，才能更快捷，更精准的排查燃气轮机的故障，保证其平稳运行。本文对燃气轮机常见的故障问题进行了阐述，并且同时说明了故障发生时的表现，阐述了其维修中的原理。相关的工作人员在面对燃气轮机故障的时候，针对这种常见的典型故障问题，可以实现快速排查，能有助于相关工作人员提高排查工作的效率，为维护保障燃气轮机平稳工作，提供了有价值的参考意见。

参考文献

[1]魏昌淼,蔡其波,朱嵘嘉. 某工业型燃气轮机转速故障分析方法[J]. 燃气轮机技术,2017,30(04):51-53+15.

[2]魏昌淼,赵骏,刘朝阳. 燃气轮机起动过程典型故障综述[J]. 燃气轮机技术,2018,31(02):7-11.

[3]罗野,闫怀超,陈政熙,张家鹏. 燃气轮机控制系统的故障原因与对策分析[J]. 电子技术,2021,50(01):54-5