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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它的氣體溫度有直接關系。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子進口溫度。考慮到熱電偶的可靠性，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，用來反映燃氣輪機燃燒室內燃燒的工況。

2.問題的發現

某日，該站兩臺機組同時運行，技術人員在監控過程中，發現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，利用內窺鏡對燃氣輪機發動機燃燒室及透平進行檢查，發現燃氣透平一級靜葉6點、7點鐘方向有3片靜葉片已經斷裂，隨后又對1#燃氣輪機進行孔探檢查，發現在同樣的位置有3片靜葉片嚴重燒蝕，且兩臺燃氣輪機發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

燃料氣氣質問題是該問題發生的直接原因。通過拆卸燃料氣噴嘴發現噴嘴結焦積碳嚴重，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條件[2-3]。另外，在拆卸燃料氣管道過濾器時，發現過濾器內有少量液體，將該液體送檢化驗，結果顯示其成分為C8～C18，因此證明燃料氣中存在重烴組分。

（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），發現該站由一線、復線兩條輸氣管道合建而成。其中，一線場站天然氣經過旋風分離器、聚結器、臥式過濾器3道凈化程序，而復線場站的工藝流程中只有臥式過濾器1道凈化，因此有氣體內存在液體物質的可能。從流程上看，燃氣輪機燃料氣由一線取出，但是由于復線壓力較高，導致部分復線天然氣反竄至一線，從而導致復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，氣體在管道內流動的距離過短，無法對氣質形成一定的凈化和緩沖作用。早在2007年就曾發生過氣田處理廠在切換氣井過程中大量液態水涌入該站，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生，遂對該站一線工藝流程進行了改造，在旋風分離器后增加了聚結器，以過濾天然氣中存在的液態物質，改造后除液效果明顯，再未發生過大量水進入場站的現象。然而該站復線建成后，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壓裝置，并聯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。根據歷史數據記錄，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、燃料氣噴嘴結焦、燃燒室內部清潔程度等方面判斷，該因素會對機組的運行產生一定影響。

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，燃燒室及發動機內部部件的涂層和材料應該能夠承受所處的溫度而不應出現損壞。然而分析該站近3個月以來的運行工況，各種參數均在控制范圍內，且該問題的發生并非機組本身出現報警停機后才被發現，而是在技術人員發現T5溫度逐漸提高的現象后進行檢查時才發現，在此之前，機組控制系統并未發出報警或者停機保護。根據SOLAR燃氣輪機的大修周期，葉片的設計使用壽命應該在3×104h以上，燃氣輪機未發生任何報警而出現葉片燒蝕現象，說明機組的保護邏輯存在缺陷。

（2）人為因素

在日常監控過程中，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，運行人員經驗不足也是該問題發生的原因之一。

二、改進措施

（1）對該站復線工藝場站進行改造，增加旋風分離器和聚結器，以降低天然氣中液態物質存在的風險。（2）對燃料氣系統進行改造，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，完善對燃料氣氣質的監控，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