燃氣輪機運維關(guān)鍵技術(shù)分析

胡為經(jīng)

（中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519090）

同火力發(fā)電相比，燃氣發(fā)電不會占用較多的面積，運行靈活、建設(shè)周期短，同時，還具備節(jié)能減排優(yōu)勢，能夠保證供電的可靠性與安全性。當(dāng)前，為促進天然氣發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國加大了對燃氣輪機發(fā)電技術(shù)的研究力度，不過同發(fā)達國家相比，我國在燃氣輪機設(shè)計與制造上仍存在一定差距，燃氣輪機運維技術(shù)仍需不斷完善與優(yōu)化，因此，重點對燃氣輪機運維關(guān)鍵技術(shù)進行研究意義重大。

1 燃氣輪機概述

燃氣輪機運行環(huán)節(jié)，會將連續(xù)性流動的氣體作為工質(zhì)，將熱能轉(zhuǎn)化為機械能。對于空氣與燃氣相關(guān)流程，主要是通過燃氣輪機循環(huán)實現(xiàn)，其中存在較多的組成部件，包括壓氣機、燃燒室、透平等，屬于簡單循環(huán)，大多數(shù)燃氣輪機均為這種工作模式。這種循環(huán)模式結(jié)構(gòu)簡單，并且能夠使燃氣輪機具備較多的優(yōu)勢，如快速啟動、重量小、體積小等。現(xiàn)階段，燃氣輪機檢修過程中，通常選擇的是計劃性檢修模式，熱通道零部件運轉(zhuǎn)狀況屬于主要的檢修內(nèi)容，檢修范圍主要包括燃氣輪機、熱通道以及燃燒室等。由于燃氣發(fā)電廠不具備檢修范圍及周期的自主檢修權(quán)，往往需要支出較大的檢修費用，檢修企業(yè)會選擇狀態(tài)監(jiān)控與定期維修的方式檢修燃氣輪機，在狀態(tài)監(jiān)控中，了解燃氣輪機運行數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)全面分析下，診斷燃氣輪機的運行狀態(tài)，進而制定出針對性的運維方案，獲得更高的經(jīng)濟效益。

2 燃氣輪機常見故障

燃氣輪機運行環(huán)節(jié)，會受到較多因素影響，從而出現(xiàn)故障問題，常見故障問題主要為：第一，壓氣機葉片積垢。運行環(huán)節(jié)，燃氣輪機會吸入大量空氣，此時，存在于空氣中的微粒灰塵也會進入燃氣輪機中，不斷聚集在葉片上，進而對燃氣輪機工作性能造成影響。第二，葉片磨損或腐蝕[1]。燃氣輪機長時間運行下，葉片會不斷受到空氣中固體顆粒的撞擊，從而使葉片表面出現(xiàn)磨損，使葉片運行阻力系數(shù)增加，在一定程度上降低輪機工作效率。第三，機械損傷。受到空氣中灰塵顆粒、零件脫落等因素影響，會導(dǎo)致輪機機械損傷，造成葉型損耗，形成流動干擾，嚴重情況下，會導(dǎo)致葉片斷裂，使輪機關(guān)斷。第四，燃燒室故障。高溫高壓環(huán)境下，會引起燃燒室故障，對燃燒室工作效率產(chǎn)生影響。以上故障問題的存在，均會降低燃氣輪機工作效率，因此需要通過運維手段，保證燃氣輪機處于良好的運行狀態(tài)。

3 燃氣輪機運維關(guān)鍵技術(shù)

3.1 合理確定檢修周期

基本上所有燃氣輪機均是通過啟停次數(shù)或等效運行時間確定檢修時間間隔與檢修規(guī)模。大型燃氣電廠通常存在兩種運行模式，一種是長期運行，另一種是兩班制運行。燃氣輪機長期連續(xù)運行時，其等效運行時間會先達到檢修周期，兩班制運行模式下的燃氣輪機，啟停次數(shù)會先達到檢修周期，表1 為常見大型燃氣輪機的檢修周期。燃氣輪機檢修周期會受到較多因素影響，包括運行時間、運行方式、空氣質(zhì)量、燃燒溫度等，燃氣輪機運維過程中，需要合理確定檢修周期，避免故障問題的發(fā)生。

表1 常見大型燃氣輪機的檢修周期

3.2 優(yōu)化運行條件

機組運行環(huán)節(jié)，應(yīng)定時進行巡視檢查，對各項參數(shù)變化進行了解，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，避免故障問題出現(xiàn)，科學(xué)制定檢修計劃。對運行條件進行優(yōu)化，第一，防止燃氣輪機在滿負荷工況下出現(xiàn)跳閘以及甩負荷問題，出現(xiàn)一次跳閘及甩全負荷問題，當(dāng)量啟動次數(shù)分別是正常停機的十倍及六倍左右，均會對熱通道部件壽命產(chǎn)生較大影響。第二，燃氣輪機運行環(huán)節(jié)，應(yīng)嚴格根據(jù)標準啟停曲線啟停機組，以免負荷變化率過大，增加機組等效運行時間，使葉片出現(xiàn)熱疲勞損傷，導(dǎo)致檢修周期縮短，運行環(huán)節(jié)需要對負荷波動幅度及速率進行嚴格控制。第三，適當(dāng)延長機組運行時間，降低正常啟停次數(shù)。機組開機后，盡可能延長機組運行時間，以免頻率與超溫交變應(yīng)力危害到高溫部件，延長其使用壽命。第四，電網(wǎng)允許情況下，適當(dāng)降低運行負荷，避免葉片出現(xiàn)較大的蠕變壽命損傷，會使機組返修率有所降低，不過會對機組經(jīng)濟性產(chǎn)生一定影響。因此，需要統(tǒng)籌考慮機組返修率、高溫部件壽命與機組經(jīng)濟性問題，確定出最佳的運行狀態(tài)。

3.3 重視燃氣輪機各系統(tǒng)檢修

1.燃燒系統(tǒng)檢修。燃氣輪機中，燃燒系統(tǒng)屬于核心系統(tǒng)，應(yīng)作為常規(guī)檢修的重點。檢修過程中，工作人員需要將燃燒系統(tǒng)的檢查關(guān)鍵放在噴嘴、旋流器、動葉、火焰筒以及過濾段。一般而言，檢修人員可結(jié)合燃燒系統(tǒng)葉身表面沉積物、涂層脫落、噴嘴積碳、過渡段焊縫探傷結(jié)果、密封圈磨損痕跡、動葉磨損、旋流器磨損等情況，對燃燒系統(tǒng)是否存在過燒等問題進行判斷，同時，若零部件存在積碳、脫落以及磨損等情況，應(yīng)及時予以處理，增加燃燒系統(tǒng)使用時間。檢修工作開展環(huán)節(jié)，檢修人員應(yīng)定期對內(nèi)部涂層進行噴涂維護，還應(yīng)及時掌握容易磨損部件情況，如動葉以及噴嘴等，及時對各個備品備件進行更換，全面清理容易積碳的部分。若檢修人員檢修中發(fā)現(xiàn)特殊痕跡，需要對其產(chǎn)生的原因進行判斷，再予以針對性處理，確保在規(guī)定時間內(nèi)完成檢修工作。

2.各軸瓦部分檢修。對于軸瓦而言，其屬于燃氣輪機中較為重要的動力裝置，主要的作用是確保動葉等部分可以正常運轉(zhuǎn)。因此，檢修人員應(yīng)對各軸瓦進行定期的解體檢查，將軸瓦內(nèi)齒輪劃痕以及磨損情況作為檢查重點。若在實際檢查中，發(fā)現(xiàn)軸瓦中發(fā)現(xiàn)磨損或者劃痕問題，則表示軸瓦可能存在儀表、潤滑油系統(tǒng)、異物及安裝等問題，需要對以上問題進行重點關(guān)注。如果軸瓦解題安裝時沒有正確進行安裝，軸承運轉(zhuǎn)過程中，會發(fā)生內(nèi)部磨損情況，對正常使用壽命造成影響[2]。如果大修或安裝環(huán)節(jié)檢修人員沒有徹底清洗干凈油系統(tǒng)，軸瓦運行環(huán)節(jié)會受到異物干擾，軸瓦內(nèi)側(cè)與軸承內(nèi)部會出現(xiàn)劃痕磨損，嚴重情況下會出現(xiàn)危險振動。當(dāng)潤滑油系統(tǒng)存在問題，如使用的潤滑油存在問題，使用環(huán)節(jié)會有雜質(zhì)混入，對油膜造成破壞，導(dǎo)致潤滑油系統(tǒng)油溫不正常，從而對軸瓦部分產(chǎn)生不良影響，發(fā)生軸承故障問題，使燃氣輪機無法正常運轉(zhuǎn)。檢修環(huán)節(jié)，檢修人員通過對軸瓦部分解體檢查，在潤滑油系統(tǒng)切換操作下，檢查各個流程，分析標尺以及明桿系統(tǒng)閥門規(guī)格是否滿足實際要求，并檢查油位與油溫，校驗測量儀表。燃氣輪機工作環(huán)節(jié)，若存在測量儀表數(shù)據(jù)異常波動、軸瓦冒煙等問題，檢修人員應(yīng)緊急停機進行檢查，解決故障問題后，確保燃氣輪機能夠正常運行，才能投入使用。

3.冷油器部分檢修。冷油器通過水冷降溫的方式對滑油母管溫度進行降溫處理，確保潤滑油母管溫度處于正常范圍內(nèi)，不會達到跳機值，以免對燃氣輪機正常運行產(chǎn)生影響。不過夏季時分環(huán)境溫度會明顯升高，會使散熱效率降低，即便設(shè)置了冷油管，潤滑油母管也會存在問題[3]。檢修人員應(yīng)保證冷油器處于正常狀態(tài)，從而對潤滑油母管溫度進行有效控制。進行冷油器檢修時，主要選擇體檢檢修的方式，檢修人員應(yīng)分別檢查冷油器油側(cè)及水側(cè)情況，判斷油側(cè)進油間隙是否過小、水側(cè)是否存在閥門位置不正確以及管路堵塞等情況。檢修環(huán)節(jié)，若發(fā)現(xiàn)存在以上問題，應(yīng)做好油側(cè)油間隙清理、水側(cè)堵塞管路疏通及閥門位置檢查，提升冷油器工作效率，防止?jié)櫥湍腹軠囟冗^高情況，避免對燃氣輪機軸承及軸瓦產(chǎn)生不良影響。

4.各類閥門部分檢修。燃氣輪機中閥門的存在能夠?qū)C組轉(zhuǎn)速及負荷進行調(diào)節(jié)，若存在故障問題，會嚴重影響燃氣輪機的正常運行。檢修工作人員應(yīng)重點對伺服閥、控制閥以及速比閥等進行檢查，通過定期檢查的方式，進行各類閥門的定期清洗與更換，保證閥門作用的良好發(fā)揮。其中伺服閥的油濾網(wǎng)容易發(fā)生故障問題，控制閥較為常見的故障問題是閥門卡死，速比閥的油濾芯很容易存在故障情況。具體檢修環(huán)節(jié)，檢修人員應(yīng)針對以上容易出現(xiàn)故障的位置進行定期檢查，利用針對性的方式進行閥門測試，當(dāng)發(fā)現(xiàn)閥門存在故障問題后，應(yīng)及時進行清洗與更換，保證其處于正常使用狀態(tài)。特別是需要重點對控制閥進行檢查，該閥門的主要作用是對閥間天然氣壓力進行調(diào)節(jié)，屬于故障停機期間進行燃料供給階段的關(guān)鍵閥門，因此應(yīng)保證其處于良好的運行狀態(tài)。

3.4 優(yōu)化配置備件備品

第一，優(yōu)化備件備品采購模式。現(xiàn)階段，較多燃機電廠選擇的是合約模式，這種模式下，在運行維護上制造商擁有較高的話語權(quán)，而電廠不能自主進行電廠運行維修，使電廠面臨較高的維修費用。近年來我國逐漸加大了對燃氣電廠的投入力度，使得燃氣輪機數(shù)量不斷增加，對于同一區(qū)域或同一集團下的同類機型燃燒電廠，因為會應(yīng)用到較多的燃機臺數(shù)，可形成一個合作整體[4]，同制造商簽訂長期服務(wù)及備件合約，使電廠獲得主動權(quán)，從制造商手中以較為優(yōu)惠的價格選購備件、選擇檢修人員及進行部件修理等，通過這樣的方式，不僅能夠獲得良好的備件備品供應(yīng)，還能有效降低檢修成本。第二，優(yōu)化備件備品數(shù)量。燃氣輪機中的熱端部件價格較高，一般會超過整臺機組價格的40%，所以，備件備品數(shù)量會對檢修成本產(chǎn)生較為重要的影響，通過對備件備品數(shù)量進行優(yōu)化，能夠有效降低維修費用。基于經(jīng)濟運行優(yōu)化模式及電廠自動發(fā)電控制下，根據(jù)每年用氣量，結(jié)合制造商技術(shù)文件中對熱通道設(shè)備檢修間隔時間的要求，將各機組檢修間隔運行時間錯開，實現(xiàn)熱通道部件良好調(diào)配，最終降低備品備件數(shù)量。

3.5 選擇多樣化診斷方法

第一，基于規(guī)則前提下的專家體系診斷方法，這種診斷方法屬于產(chǎn)生式方法，是在專家不斷研究總結(jié)下形成的方法理論，主要用于燃氣輪機故障診斷以及故障發(fā)生前各項關(guān)系分析。這種方式具備較多優(yōu)點，簡單易懂、直觀形象，同時，具備較為迅速的診斷推理速度，不會占有較大的儲存空間。專家體系診斷方法下對編程與開發(fā)快速原型系統(tǒng)存在較大的優(yōu)勢，可以為其提供較多有利之處[5]。不過也存在一定的不足，在知識覆蓋故障模式上相對有限，無法迅速且準確的診斷出沒有出現(xiàn)過的故障問題，可能會出現(xiàn)診斷失誤及無法診斷出故障的情況。第二，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法。利用這種方法進行故障診斷，其實質(zhì)是建立從征兆至故障源的映射過程，這種診斷方法存在高度的非線性特征，并且具備較強的聯(lián)想記憶能力，可以準確檢測并分析燃氣輪機可能存在的風(fēng)險，從而獲得正確的結(jié)論。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法應(yīng)用中也存在一些缺陷，無法對診斷過程進行全面論述，不適用于具體活動中，是一種黑箱式方法，若想獲得良好的診斷應(yīng)用效果，仍需進行改善與優(yōu)化，從而更加準確地檢測燃氣輪機故障，保證燃氣輪機診斷工作的良好開展。第三，混合智能故障診斷方法。這種方法是較為全面的故障檢測體系，能夠結(jié)合發(fā)動機各系統(tǒng)故障征兆，并通過對歷史故障數(shù)據(jù)進行分析，確定出實際的檢測原則。混合智能故障診斷可以對模糊信息水平進行描述，并且，在推理能力上與人腦思維水平較為接近，可以準確檢測出故障問題。

4 結(jié)語

綜上所述，燃氣輪機屬于燃氣電廠中的主要設(shè)備，若想延長燃氣輪機使用壽命，需要做好燃氣輪機運維工作，通過合理確定檢修周期；優(yōu)化運行條件；重視燃氣輪機各系統(tǒng)檢修；優(yōu)化配置備件備品；選擇多樣化診斷方法，提升燃氣輪機運維質(zhì)量，保證燃氣輪機處于良好運行狀態(tài)，使我國燃氣電廠獲得較高的經(jīng)濟效益，不斷提升我國的經(jīng)濟水平。