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摘要：燃气轮机具有低污染、高热效率、结构紧凑、操作便捷等优点，不仅在电厂发电方面得到广泛应用，而且在供热方面也具有较大的推广空间。如何做好燃气轮机运行过程中的日常维护和缺陷处理，保证燃气轮机安全高效运行非常重要。本文结合SGT5-2000E型燃气轮机的检修情况，对检修过程中发现的现象进行故障分析及处理，并提出一些合理的优化方向。

关键词：SGT5-2000E；燃气轮机；故障分析；故障处理

1 引言

某公司配有3套254MW级燃气-蒸汽联合循环供热机组，燃气轮机是西门子公司生产的SGT5-2000E（V94.2）重型燃气轮机，采用单缸、单轴、轴向排气结构，既适合作为电网的基本负荷机组，也适合作为调峰机组。转子由端面齿结构传扭，拉杆式空心轴，可调节进口导叶在低负荷时提高了机组的经济性。轴流式压气机共16级，设计压比为11.7，透平共4级。燃烧室为2个侧立的筒形燃烧器，每个燃烧室装有8个便于拆装的喷嘴，发电机为冷端驱动。

2 SGT5-2000E燃气轮机结构

图1为SGT5-2000E型燃气轮机示意图，它主要由压气机轴承座（1）、压气机（2）、燃烧室（3）、组合式燃烧器（4）、转子（5）、透平（6）和透平轴承座（7）组成。压气机和透平是单缸、单轴燃气轮机的基本部件，它们共用一个转子。该转子仅由2个位于机组受压端外侧的轴承支撑。该结构保证了良好的同轴度和极好的运行质量。承压外缸与压气机和透平同轴，由一个连接到压气机末端的圆柱形中间部分、一个固定静叶持环和前轴承座3部分组成，其中静叶持环也当作外缸。在中间缸排气末端安装了支撑后轴承的排气缸。中间缸里为压气机静叶片安装了2个静叶持环，为透平静叶片安装了1个静叶持环，使用允许自由热膨胀的支撑方式。前轴承座内包含径向-推力联合轴承，它的外部用来为空气进行导流。在压气机轴承座的前端，安装了测速仪和液压盘车装置。

3 燃气轮机常见故障

3.1 IGV机械故障

SGT5-2000E燃气轮机进口可转导叶（IGV）的位置在压气机的入口处，主要作用有以下两个方面：一是在燃气轮机启机、停机等低转速的时候，防止压气机发生喘振现象；二是通过调节IGV可转导流叶片（0级静叶）的偏转角度来控制进入燃气轮机的空气流量，使燃气轮机在指定负荷下运行时，透平排气温度在一定的负荷范围内保持恒定状态，提高了燃气轮机的部分负荷效率[1]。

某次公司燃气轮机小修，通过测量、校验燃气轮机IGV叶片角度，发现存在部分叶片在IGV全开位置的角度与标准值的偏差超过了允许情况的限度。一般情况下，IGV在全开时，叶片的角度大约为12.3°，然而测量结果显示IGV叶片角度值偏差较大，最小值为8.5°，最大值为16.5°。拆除保温层后，检查发现8只轴承中有3只发生断裂现象，地面上有部分碎片掉落痕迹，还有部分碎片卡在轴承运行轨道中，对环、槽之间的相对运动的区域造成了严重损坏。

从现场检查情况、轴承磨损深度及磨损产生的粉末、碎片数量来看，此损伤并不是刚开始发生，而是已经发生一段时间。很难确切判断故障发生的根本原因，也无法判断故障开始发生的时间，但综合考虑调查的结果，发现转动环和轴承之间安装时接触太紧，垂直于轨道方向的支撑力使得轴承增加额外荷载，导致损伤发生的可能性较大。后期通过打磨、焊接、机加工修理转动环，将原有8个轴承全部更换。

为加强对燃气轮机IGV转动环在下一个运行周期的监视，检修人员恢复保温时，在上部4个轴承及推杆侧的轴承处均安装了窥视孔，并定期通过内窥镜检查轴承及转动环的运行情况。

3.2 燃气轮机盘车故障

燃气轮机停机后，转子（燃气轮机和发电机）通过盘车装置进行低速盘车。空气流过燃气轮机并对其内部进行冷却。防止转子和缸体的弯曲变形（形成弓形：没有足够空气流经燃气轮机的自然冷却，包括下半缸体和转子部分较快冷却），盘车使转子仍然保持旋转状态，以便于燃气轮机－发电机转子可以进行下一次启动。转子盘车装置安装在压气机轴承座内，由液压盘车马达连接一个传动齿轮组成。传动齿轮与摇摆棘齿啮合，再驱动安装在连接燃气轮机和发电机的转子中间的转子上的轮盘[2][3]。

某次公司燃气轮机经过24小时冷却盘车后，再次启动盘车马达时出现了大轴无法盘动的情况，检查顶轴油泵出口油压正常、各轴承进口压力正常。各轴承处架设百分表，启动顶轴油泵测量转子顶起高度，其中#4轴承处转子顶起高度异常。调整#4顶轴油压，将顶轴油压由80bar逐步调整至120bar，在此过程中#4轴承处转子顶起高度仍异常。将#4轴承油挡拆除后发现，#4轴承处顶轴油管破损，更换顶轴油管后，重新调整顶轴油压、轴承处转子顶起高度，后燃气轮机盘车恢复正常。

近年来，公司燃气轮机#3、#4瓦顶轴油管多次发生破损，严重影响机组安全运行。燃气轮机#3、#4瓦采用高压橡胶油管，长度约850mm，布置方式如图2中红色实线所示，在顶轴油泵启停过程中，顶轴油管和轴承座碰磨，容易造成顶轴油管破裂。针对顶轴油管易碰磨现象，考虑采取使用650mm、1200mm顶轴油管方式布置，如图中蓝色、黄色实线。对比两者使用寿命，最终确认1200mm顶轴油管方式最优。更改顶轴油管布置方式后，未再发生顶轴油管破损现象。

3.3 燃气轮机预混燃烧器喷嘴堵塞

某次公司燃气轮机启机加至正常负荷运行时，锅炉NOx异常升至55mg/m³超标。通过现场仪表标定及取样口手动比对，判断测量仪表测量的数据真实、准确，NOx参数在50mg/m3左右晃动。对DCS画面参数排查发现左侧燃烧室排气温度比右侧高41℃，初步判断预混燃烧器喷嘴存在堵塞的可能。停机后对预混燃烧器喷嘴检查，检查发现喷嘴堵塞情况严重，左侧燃烧筒有27.75%的堵塞率，右侧有30%的堵塞率。使用内窥镜检查发现预混燃气分配器内部有大量垢皮附着于内壁，主要集中在燃气进气对侧区域。

预混燃烧器中获得的垢样呈片状，表面呈均匀腐蚀形貌，可以推断分配器发生了不正常的腐蚀。垢样中元素成分以Fe、O为主，S次之，结合物相分析结果，分析认为：垢样以Fe3O4为主，并含有一定量的FeSO4（H2O）7和FeSO4·4H2O。因此腐蚀产物是在水和潮湿环境下产生的水解产物。

根据公司天然气气质分析报告中的数据，天然气中的H2S含量均在2.5mg/L以下，符合上海电气维护手册中＜10mg/L的规定，燃烧后产生的S03也是微量的；并且运行中分配器温度较高（超过400℃），不存在硫酸露点腐蚀的可能。因此可以排除垢样中的S来自天然气的可能。

根据清洗液的分析结果，垢样中的S元素很可能来自于清洗液。清洗液为碱性溶液（PH值10左右），主要含碳酸根及碳酸氢根离子（总计达到50g/L），但也存在少量的硫酸根离子（1g/L）。正常情况下，弱碱性溶液不会对钢铁材料产生腐蚀，但如果在浓缩的情况下，碱性增强至PH值12以上后，会发生碱性腐蚀。燃气轮机停机后使用清洗液水洗，没有完全烘干，导致部分区域清洗液浓缩，盐类沉积，并发生强碱环境下的腐蚀，最后形成以Fe3O4为主的垢层。

为了避免该情况再次发生，公司将燃气轮机离线水洗安排在机组启动前。

3.4 燃气轮机排气温度测点故障

公司燃气轮机透平出口设温度测点六个，是通过安装在透平出口的6个双支热电偶直接测量所得，该温度值会送入燃气轮机闭环控制系统中，直接影响OTC控制模块的输出，从而间接影响到透平入口温度的控制，对提高机组负荷效率有着重大的作用。

有几次启机过程中，均发生了不同程度的透平出口温度热电偶故障现象，经现场检查发现，燃气轮机在启机过程中，透平出口温度热电偶处振动过大，而过高的振动使得热电偶各部件的损坏率急剧上升，发生数次热电偶接线脱落、断裂，以及热电偶内部物理结构损坏，其中，燃气轮机透平出口温度4处振动最大，连续两次发生了热电偶接线盒与盲管之间的连接断裂以及热电偶铁芯连接处断裂的情况，极大地影响到了机组的安全稳定运行。

针对公司燃气轮机透平出口温度4热电偶存在的问题，将原来的传统接线盒接线方式改为直接从热电偶盲管出引出热电偶延伸电缆，此法能有效避免热电偶接线盒因现场振动过大造成缺陷频发的现状。

4总结

通过对SGT5-2000E型燃气轮机常见故障的分析及处理，总结出一些建议供探讨：

（1）加强SGT5-2000E型燃气轮机IGV轴承和导轨的定期检查，做好轴承安装间隙的调整，确保各轴承受力平均。

（2）液压盘车是燃气轮机机启、停过程中的重要部件，保证其可靠性对于机组的安全稳定至关重要，对液压盘车的可靠性研究将是技术人员长期的课题，任重而道远。

（3）燃气轮机运行过程中，监盘人员需要加强对燃气轮机排气温度、燃烧参数变化趋势的关注，确保燃气轮机按设计条件运行。

（4）针对燃气轮机运行过程中的频发的缺陷，技术人员需深入分析缺陷发生的原因，必要时可以通过设备优化、技改从根本消除缺陷。

参考文献：

[1]徐民.联合循环机组燃气轮机IGV角度变化对锅炉运行影响分析[J].安徽电气工程职业技术学院学报， 2022，27（03）：76-80

[2]任帅，翟宇.燃气轮机盘车运行中存在问题分析[J].工业技术，2017（12）：69-70.

[3]王佰仟.9E联合循环机组盘车系统优化及操作事项[J].河南科技，2016（10）：84-86.