重型燃气轮机的运行和维护讨论

重型燃气轮机的运行和维护讨论一2007-05-25 11:42引言维护费用和可用率是设备拥有者所关心的两个最重要内容。

必须制定一个维修计划以取得最低费用和最大设备可用率。

为了使维修计划达到有效，必须对以下有全面的理解：即电厂运行安排和次序之间的关系；维修、操作人员的技术水平和制造厂对检修次数、类型以及备件储存的建议之间的关系；影响部套寿命的主要因素和设备正确运行之间的关系。

本文介绍运行和维修的实践，并重点讲述检修类型和操作因素对维修程序的影响。

制定一个完善的维修计划会获得最大设备可用率和最佳维修费用。

注意：在本文讨论的运行操作和维修方面内容可适用于全部GE重型燃气轮机；即MS3000，5000，6000，7000和9000系列。

有关图示选用MS7001EA为例。

若有某一种机型的专门问题，请向当地GE现场服务代表或GE发电产品服务部直接询问。

维修计划公用发电厂、基本负荷工业和联供电站需要有一个预先制定的维修计划，以便停车时间达到最少。

正确安排维修和检查计划对减少强迫停机和起动失败有直接好处，从而减少非计划修理的停机时间。

影响维修计划过程的主要因素示于图1，同时业主的运行形式将决定每一个因素如何加权。

一个典型的维修内容必须包含一系列基本项目，如图2所示。

燃气轮机中需要最仔细注意的独特部件是那些与燃烧过程有联系的，以及暴露在燃烧系统排出高温烟气中的那些高温部件。

它们被称为高温烟气通道部件，包括燃烧室火焰管，火焰导管，过渡段，透平喷嘴，透平静持环和透乎叶栅。

GE重型燃气轮机的基本设计和建议的维修是为了达到下述目标：§检查和大修之间的最长运行周期。

§现场检查和维修。

§使用当地技术进行解体、检查和重装。

除了燃气轮机主机的维修外，调节装置、燃料计量设备、燃气轮机辅助设备、负荷包和其他电站辅机都需要有周期性服务。

从计划停机和强迫停机的分析可看出，见图3，主要维修工作归类为五个基本系统，即调节及其附件、燃烧、透平、发电机和电站辅机。

调节系统及其附件的不可用率一般是由为数较多的短期停机所构成，与此相反，其他四个系统是由次数少得多，但通常较长的停机所构成。

在提供给用户的维修指导手册中，列出了有关检查和修理要求，它有助于安排一个检查形式。

另外，一些补充资料通过系统的技术资料报导文件(TIL’S)提供给用户。

这个最新的资料包括在维修指导手册中，明确透平的最佳安装、操作和维修。

在许多TIL’S 的文件里还包括一些咨询性技术建议，以使用户解决有关问题和改善透平的操作、维修、安全性、可靠性或可用率。

TIl‘s文件中所建议的内容必须在大修的计划中得到遵守和起到作用。

为了使用维修项目达到有成效，从费用和透平可用率这两点出发，用户必须全面了解以下的相互关系，即电站运行计划、次序和制造厂对检查次数与形式、备件计划的建议之间的关系，以及影响寿命的其他主要因素和设备正确操作之间的关系。

这些问题将逐一详细分述于下。

燃气轮机的设计和维修特点GE重型燃气轮机是设计成能承受严酷的工作条件和可在现场维修保养，需要专门车间服务而不能在现场修理的部件，只限于某些高温烟气通道的部件和整装转子。

以下特点使GE重型燃气轮机能便于在现场进行维修：§所有的气缸，外壳和框架都有水平中分面。

上半缸能被单独吊起以便接触内部机件。

§当压气机上半缸吊开，所有静叶能按园周方向滑出来，以便进行检查、置换而不需把转子吊出。

按大多数设计结构，可变进口导向叶片(VIGV’s)也可在上半进口缸吊起后，按径向滑出。

§透平外壳上半缸吊起后，上半缸和下半缸的第一级喷嘴组件都能移出，以便检查、修理或置换而不必把转子吊出。

在有些机组上，上半缸的后几级喷嘴组是和气缸同时被吊出，也能对透平叶栅进行检查和／或置换。

§所有透平叶栅经过力矩称重和计算机组合成组后才配成转子，因而它们可被置换而不需移动或对转子重新做动平衡。

§所有轴承箱和轴瓦都有水平中分面，因而可按需要进行检查和置换。

下半轴瓦可在不吊出转子时移出。

§所有气封和轴封采取与轴承箱和气缸分开的结构，因而可随时移出和置换。

§所有燃料喷嘴、火焰管和导流套管都可随时检查、维修或置换而不需吊出任何气缸或移开燃烧室外壳。

§所有附件，包括过滤器和冷却器，都是分开组合件，可随时进行检查或维修。

它们也可按需个别置换。

在GB重型燃气轮机上设有检查辅助通孔，以便进行一些特殊检查内容。

这些特殊检查内容是对一些关键的透乎内部的烟气通道部套的肉眼检查和间隙测量时，不需把燃气轮机的外缸和壳移开。

这些检查内容包括烟气通道的孔窥镜检查和透平喷咀轴向间隙测量。

孔窥镜检查在GE重型燃气轮机的压气机气缸和透平外壳上都设有通孔，以便采用光学孔窥镜对烟气流道作视查，包括压气机轴的中间各级，透平叶栅第一、二和三级，以及透平喷嘴隔板。

这些通孔是穿过压气机气缸、透平外壳和内部透平静叶围带的径向对中孔道，并设计成能让光学管道窥镜插入压气机和透平的通流面积，图4所示。

一个有效的孔窥镜检查方案可决定是否需要从机组上吊开气缸和外壳以便修理或置换部件。

图5推荐一个全面检查前的有计划孔窥镜检查问隔期。

必须承认孔窥镜检查间隔期是根据一般机组运行模式而定。

可根据运行经验和个别机组的运行模式、使用的燃料种类和上一次孔窥镜的检查结果，调整这些窥视检查问隔期。

采用窥视镜检查的监视方案，即可制定停车计划和预先储备所需部件，这样可促使燃气轮机取得较低的维修费和较高的可用率以及可靠性。

喷嘴间隙测量燃气轮机内静止和转动部套之间的轴向间隙随着机组的运行而变化。

其数量和间隙变化率随一些变数而定，包括运行温度、压力差、负荷变动率和运行时间。

在周期间隔内测出轴向间隙的绝对数值，可得出其变化率并预先排出需要维修的计划。

MS6001B/7001EA／9001E型透平部分轴向间隙的测量，在第2级透平喷嘴侧壁和第2级透平叶片的叶身之间，以及第3级透平喷嘴侧壁和第3级透平叶片的叶身之间时，可不需移开透平气缸。

一个直径为1英寸的孔(见图6)穿过透平外壳和静子围带，其部位处于第2级喷嘴后侧和第2级叶片前侧之间，以及在第3级喷嘴后例和第3组叶前侧之间。

在这些部位的铀向间隙可采用接在孔窥镜的特殊锥形仪测量出来。

（未完待续）重型燃气轮机的运行和维护讨论二2007-05-25 11:43影响维修和设备寿命的主要因素有很多因素能影响设备的寿命，必须把它们弄清楚并在用户的维修计划内考虑进去。

按图7所示，起动循环、功率设置、燃料、蒸汽或水喷射的程度都是决定维修间隔期要求的关键因素，因为这些因素直接影响燃气轮机重要部件的寿命。

GE制定维修计划的方法，以烧天然气、带基本负荷连续运行、用水或蒸汽喷射达到烟气含NOx量42ppm作为基线条件，根据它设定最长推荐的维修间隔期．对于不同于此基线的运行，其所得出的维修因素决定了所需要增加的维修程度。

例如，当其维修因素为2时，也就是其维修间隔期是基线间隔期的一半。

起动和时间准则燃气轮机在不同运行负载条件下通过不同途径而损坏，见图8。

热机械疲劳是尖峰负载机组的主要寿命限制，而蠕变、氧化、腐蚀是连续运行机组的主要寿命限制。

这些机理的相互作用在GE的设计准则被考虑了，但在很大程度上是次一等的作用。

为此，0B型燃气轮机的维修要求分别决定于起动次数和运行时间。

由二者中先达到准则极限的来确定维修间隔期。

GB方法的图形显示见于图9；在图中，检查间隔期的推荐值是由起动和时间的准则形成的矩形图所确定。

这些检查的推荐值落在期望的设计寿命以内，同时选择成所有的部套都被验证可用于连续运行，按检查观点在后来的运行期间具有很低的失效风险。

有一种GE方法的替代方式，它经常在工业上被采用，即把每一次起动循环转换为当量运行时间(EOH)，而检查间隔期依据上述当量运行时间来确定。

GE公司不同意这种方法。

这个逻辑会产生较长间隔期的印象，但实际上是要求更频次数的维修检查。

再次参看图9，起动和时间的检查“矩形图”被减小一半，这是被一根从左上角的起动极限到右下角的时间极限的对角线所确定。

中间负载运行机组，具有每小时起动比为30-50，用这种方法特别不利。

服务因素当GE不承认把起动转换为时间的当量，但在损坏机理内有当量关系而必须考虑。

如图10所示，诸如燃料种类和质量，燃烧温度设定，和喷射蒸汽或水数量的影响被考虑作为时间准则。

起动速率和跳闸甩负荷次数被考虑作为起动基准。

这两种情况，都起到减少检查间隔期的作用。

燃料燃气轮机烧用的燃料种类，从清洁的天然气到残渣油，它们对于维修的影响示例于图11。

较重质的碳氢燃料具有维修因素从3至4，一般释放较大数量的辐射热能，其结果使燃烧室硬件的寿命缩短。

燃料里还经常含有腐蚀元素，如钠、钾、钒和铅，能导致加速透平叶片和喷嘴的高温腐蚀。

轻质油，按规定，一般不含有大量的这些腐蚀元素，但输送到现场时，可能混入有害的杂质。

轻质燃料油有两种被污染的过程：在海路运输时因用海水压舱而被污染，和运输的油船或油车因曾装运过含铅汽油而被污染。

从图11可见，GE公司对轻质油的经验是维修因素可从最低的l(相当于天然气)到较高的3。

除非运行经验有其他的建议，否则一般推荐轻质油的维修因素为1．5。

液体燃料含有的杂质也能影响燃气轮机的辅机部套的寿命，如燃料泵和流体分配器。

如图11所示，天燃气燃料，凡符合GE规定要求，对透乎的维修被看作最佳燃料，并认为没有负影响。

然而，如果天然气里有凝结的液体碳氢化合物，并被带进燃气轮机的燃料系统，那末将造成高温烟气通道部套寿命的减少。

如果碳氢化合物被带进非常小的数量那是可以忍受的，一旦出现液体碳氢化合物的薄雾，可以认为有可能已大量混入。

在极端情况下，带进的液体碳氢化合物会使高温烟气通道的硬件暴露在极端的过高温度条件，并明显地减少高温烟气通道部件的寿命和修理间隔期。

用户可控制这种潜在问题借助于有效的气体清洗系统，和借助于把使用前的气体燃料在透平的天然气控制阀的连接处给予名义28C的过热。

注意，防止透平喷嘴和叶片的高温腐蚀，是主要在用户自己控制之下。

采用以下措施，潜在的高维修费和可用率的减少可以缩小或避免：§对供给燃料者限定一个正确的燃料规格§提供定期的燃料质量取样和分析项目§当烧用较重质燃料油时，对燃料处理系统给予正确维护，而当燃料中有危险的杂质时，采用清洁设备，恢复燃料原有的质量。

杂质除了出现在燃料以外，也可通过吸人的空气进入透平和从为了控制N0x 排放或扩大出力而喷射的蒸汽或水带进来。

从蒸发冷却器带进是另外一个污染源。

在某些情况下，发现这些污染源所导致的高温烟气通道部件的衰变，和燃料含有的杂质所造成的后果相同。

GE制定了相应规格限制燃料、空气和蒸汽／水含有杂质的最大浓度。