提升海洋平臺透平機(jī)組運行穩(wěn)定性的維保技術(shù)措施

王寶森，喬亞軍

（中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300452）

0 引言

海上固定石油生產(chǎn)平臺主要是由透平發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電，其工作原理為：壓氣機(jī)從外界吸入新鮮空氣，經(jīng)過多級壓縮，達(dá)到一定的壓力和溫度，然后進(jìn)入燃燒室；在燃燒室壓縮空氣與噴入的燃料相混合并燃燒，形成高溫高壓的燃?xì)猓贿@種燃?xì)庾饔玫綔u輪上，便膨脹做功，推動渦輪旋轉(zhuǎn)帶動透平軸轉(zhuǎn)動；透平軸帶動壓氣機(jī)和減速齒輪箱旋轉(zhuǎn)運動，經(jīng)過減速齒輪箱后通過聯(lián)軸器帶動發(fā)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)發(fā)電[1]。因此透平發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等的合理維修保養(yǎng)對設(shè)備穩(wěn)定運行極為關(guān)鍵。本文通過對透平的幾個系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，提出了合理的維保建議，供專業(yè)技術(shù)人員和管理人員參考。

1 透平進(jìn)排氣系統(tǒng)

1.1 進(jìn)氣濾器

透平進(jìn)氣濾器的更換是透平最基本的保養(yǎng)項目。如果對進(jìn)氣系統(tǒng)缺乏維護(hù)保養(yǎng)，會直接導(dǎo)致進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣質(zhì)量下降，造成透平工作效率降低。例如：對于一臺2983kW的透平來講，25.4mm的壓差降將使透平功率損失0.5%。透平壓氣機(jī)損傷基本是由以下2個原因造成的。

1.1.1 外來物質(zhì)對壓氣機(jī)造成的損傷

Solar透平發(fā)電機(jī)組空氣進(jìn)氣濾器由一級濾器、二級濾器組成，濾器更換工作全部在橇內(nèi)完成。如果在更換完成之后，不對橇內(nèi)進(jìn)行徹底清潔，那么留在橇內(nèi)的雜物會隨著空氣流動進(jìn)入壓氣機(jī)，進(jìn)而造成壓氣機(jī)葉片損傷。管路的法蘭連接處通常使用膠皮墊、石棉墊等密封，隨著時間的推移，以及長期受到海洋環(huán)境的腐蝕影響將導(dǎo)致密封材料變質(zhì)、失效。這些密封材料因硬化或變脆可能破裂，碎片或者異物進(jìn)入透平進(jìn)氣道，就會對壓氣機(jī)造成損傷。海上平臺透平進(jìn)氣系統(tǒng)的管線使用不銹鋼材料，也可能因為材料質(zhì)量或環(huán)境因素而造成腐蝕生銹，銹蝕的碎屑進(jìn)入進(jìn)氣風(fēng)道進(jìn)而導(dǎo)致壓氣機(jī)的損傷。

1.1.2 進(jìn)氣質(zhì)量差對壓氣機(jī)造成的損傷

海上天氣變化無常，雨季或者雪季，極容易造成進(jìn)氣濾器高壓差，且在運行過程中濾器由于受到雨水的浸泡造成破壞，進(jìn)而導(dǎo)致長時間在較差的進(jìn)氣工況下工作。未過濾的空氣進(jìn)入壓氣機(jī)，臟空氣會首先使壓氣機(jī)的導(dǎo)葉和定子葉片受到損傷，銹蝕葉片及導(dǎo)葉軸通過透平維保時進(jìn)行的窺鏡檢查，能直接展示出透平進(jìn)氣系統(tǒng)相關(guān)狀態(tài)，圖1為透平靜葉片的污漬，圖2為透平進(jìn)氣動葉片的污漬。長期積累的污漬將會對壓氣機(jī)造成損傷，直接影響透平壓氣機(jī)工作效率，嚴(yán)重時可能影響到透平正常運行[2]。

圖1 透平進(jìn)氣靜葉片F(xiàn)ig.1 Turbine inlet stator blades

圖2 透平進(jìn)氣動葉片F(xiàn)ig.2 Turbine inlet pneumatic blades

1.2 維修保養(yǎng)建議

透平進(jìn)氣系統(tǒng)每季度應(yīng)徹底檢查一次，尤其雨雪后及時檢查濾器狀態(tài)，有問題及時更換。透平進(jìn)氣濾器按照經(jīng)驗做法建議每4000h進(jìn)行1次更換，如日常停機(jī)檢查過程中發(fā)現(xiàn)問題必須及時進(jìn)行更換。濾器的差壓報警值和關(guān)斷值使用透平原值，如遇特殊情況可以臨時旁通或提升關(guān)斷值，事后及時恢復(fù)旁通。法蘭連接盡量使用鋼墊，如有絲扣連接時需使用密封脂。進(jìn)氣管線如出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，務(wù)必及時更換。

1.3 洗車作業(yè)

壓氣機(jī)葉片的清潔度直接影響透平運行工作效率。洗車就是解決壓氣機(jī)葉片清潔度的最好方法。通常在2種情況下進(jìn)行洗車操作：一是以一定的時間為間隔對透平壓氣機(jī)進(jìn)行洗車作業(yè)；二是當(dāng)壓氣機(jī)的PCD值下降5%時進(jìn)行洗車作業(yè)。由于壓氣機(jī)葉片的清潔程度直接反映在壓氣機(jī)的PCD值上，PCD數(shù)值反映了透平進(jìn)氣做功能力，因此推薦第2種方法[3]。 洗車作業(yè)中應(yīng)當(dāng)注意的最重要一點就是清洗劑的用量。如果清洗劑的用量不夠，就無法將壓氣機(jī)清洗干凈，達(dá)不到洗車的目的；而如果清洗劑用得過多，可能造成壓氣機(jī)葉片的腐蝕。每次洗車時，以最后一次清洗排放水無污漬、無泡沫液為準(zhǔn)。每次洗車作業(yè)結(jié)束，要對透平進(jìn)行充分的盤車，以便將所有液體吹掃烘干，如有必要則進(jìn)行機(jī)組啟動烘干附著在機(jī)組內(nèi)部的水分，這樣可以避免殘液遺留在透平內(nèi)，造成對各級葉片的銹蝕。洗車作業(yè)同時應(yīng)當(dāng)注意要全方位徹底地清洗壓氣機(jī)，不能只洗一面，否則不僅會影響PCD值的改善，更嚴(yán)重的后果是它將造成轉(zhuǎn)子不平衡從而增大轉(zhuǎn)子振動。

1.4 除冰裝置

中海石油（中國）有限公司天津分公司地處北方，冬季寒冷且冰雪較多。我們在實際工作中，經(jīng)常會遇到霧、雨、雪天氣，水氣容易附著在防蟲網(wǎng)或進(jìn)氣濾器表面，造成透平進(jìn)氣濾器高壓差報警。即使透平進(jìn)氣濾器未達(dá)到高壓差報警，透平在此工況下工作進(jìn)氣量也會受到一定影響，性能也會下降。一旦有冰渣進(jìn)入壓氣機(jī)，將會對高速運轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉片造成損傷[4]。因此，除冰裝置在雨雪天氣工況下對透平正常運轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵性作用。除冰裝置的使用，可以降低操作人員的勞動強(qiáng)度，及時除去進(jìn)氣濾器表面凝結(jié)的水分，清除進(jìn)氣濾器的高壓差，避免造成透平機(jī)組喘振或進(jìn)氣不足造成的停機(jī)，以提升透平的穩(wěn)定性。

2 雙燃料系統(tǒng)

Solar透平發(fā)電機(jī)為雙燃料系統(tǒng)，即柴油系統(tǒng)以及天然氣系統(tǒng)，在海上石油平臺以天然氣系統(tǒng)為主，柴油系統(tǒng)為輔。每次透平維保在對燃料噴嘴拆卸檢查時，偶爾發(fā)現(xiàn)在噴嘴口附著一些黑碳，如圖3所示，這就表明透平使用的氣體燃料中存在著液態(tài)的碳?xì)浠衔铩ｋS著噴嘴內(nèi)碳的不斷積累，勢必會造成噴嘴的堵塞，從而造成進(jìn)入透平天然氣壓力不均，改變?nèi)紵覂?nèi)火焰的形狀，如圖4所示。火焰形狀改變將使得透平受熱不均，容易造成透平局部的熱損傷，嚴(yán)重時會導(dǎo)致T5溫度不均衡，造成局部高溫停機(jī)。柴油系統(tǒng)運行時，由于柴油內(nèi)所含雜質(zhì)（如水、石蠟或其他雜質(zhì)），更容易造成此類情況。

圖3 結(jié)碳噴嘴Fig.3 Carbon deposition nozzle

圖4 燃燒室內(nèi)部Fig.4 Inside combustion chamber

維修保養(yǎng)建議：在天然氣進(jìn)入透平前配置油氣分液罐，以除去天然氣內(nèi)大部分液體；提升天然氣的進(jìn)氣溫度，減少因天然氣溫度低而凝析出水分的情況；柴油罐要定期檢查，注意防水和其他沉淀雜質(zhì)，定期進(jìn)行罐底部污水的排放，同時應(yīng)當(dāng)注意柴油溫度，防止溫度太低柴油結(jié)蠟的情況發(fā)生；對進(jìn)入透平柴油日用罐的柴油進(jìn)行分油機(jī)的分離，除去柴油中的水及其他雜質(zhì)，保障透平燃油的質(zhì)量；加強(qiáng)日常維保過程中透平噴嘴的拆檢，發(fā)現(xiàn)結(jié)碳情況及時清洗噴嘴。

3 滑油系統(tǒng)

滑油中的雜質(zhì)容易使透平內(nèi)部潤滑部件受到損 傷。滑油中的雜質(zhì)一般由以下3種途徑混進(jìn)：①滑油箱內(nèi)補充滑油；②透平運轉(zhuǎn)過程中，潤滑部件相互摩擦產(chǎn)生的金屬碎屑；③滑油系統(tǒng)維保時帶入的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)在透平機(jī)組運轉(zhuǎn)過程中，會對透平的潤滑部件造成較大的傷害，輕則某一潤滑部件受到損傷，重則將使整個透平機(jī)組損傷，造成透平大修。例如滑油雜質(zhì)對止推軸承的損傷：在潤滑過程中，劃傷止推軸承巴氏合金表面，使金屬表面產(chǎn)生許多劃痕。隨著機(jī)組的長期運轉(zhuǎn)，劃痕將越變越大、越劃越深，最終導(dǎo)致滑油從間隙中直接流走，止推軸承得不到良好的潤滑將增大摩擦，使滑油系統(tǒng)中混入更多的金屬碎屑，造成止推軸承的毀壞。

維修保養(yǎng)建議：①使用滑油光譜分析儀，既能監(jiān)測滑油系統(tǒng)混入金屬碎屑等雜質(zhì)的多少，同時還能檢測滑油黏度、滑油中含水百分比以及滑油的酸堿度；②滑油濾器更換時及時檢查滑油濾芯內(nèi)的雜質(zhì)，如發(fā)現(xiàn)滑油含金屬碎屑多，應(yīng)及時停機(jī)對透平檢查，更換濾器嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，避免雜質(zhì)混入；③定期對滑油箱內(nèi)滑油進(jìn)行取樣分析檢查，與在線光譜分析儀形成互補；④冬季啟動透平時，務(wù)必檢查滑油溫度，確保滑油溫度符合設(shè)備廠家啟機(jī)要求的相關(guān)規(guī)定。

4 結(jié)論

綜上所述，合理的使用、保養(yǎng)、維修透平機(jī)組，能盡量減少透平機(jī)組的故障性停機(jī)，提升透平運行的穩(wěn)定性。同時，透平經(jīng)過良好的維修保養(yǎng)，保證了透平核心部件壓氣機(jī)以及動力葉片的完好性，延長透平大修周期，增加透平使用壽命，降低操作費用，為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供堅實的保障。