GE公司重型燃氣輪機的維修

1、第14卷第2期2001年6月燃氣輪機技術(shù)GASTURBINETECHNOLOGYVol114No.2June.,2001GE公司重型燃氣輪機的維修劉瑞同(南京燃氣輪機研究所,江蘇南京210037)摘要:介紹了GE。關(guān)鍵詞:燃氣輪機;維修;檢查中圖分類號:TK478:B)0前言定期檢查、維修燃氣輪機及其輔助系統(tǒng),保持設(shè)備的完好狀態(tài),是保證燃氣輪機正常、可靠地運行的重要因素。如何合理地確定燃氣輪機的維修周期,制定科學(xué)可行的維修大綱,降低維修費用,則是每個燃氣輪機用戶所關(guān)心的問題。文章以GE公司的文件GER23260為基礎(chǔ),簡要介紹了GE重型燃氣輪機檢修項目、檢修周期以及燃氣輪機運行時應(yīng)進行的日常維

2、護。圖1中按A線運行的機組,其累計運行小時首先到達檢修周期,而按B線運行的機組,則是累計起動次數(shù)首先到達檢修周期。兩者都需進行相應(yīng)的檢查。理想運行條件下,GE推薦的檢修周期如表1所示。所謂理想運行條件,是指以天然氣為燃料,機組正常起動,基本負荷,無蒸汽或水噴注,非干低NOx燃燒室。表1燃氣輪機的檢修周期檢查5251項目MS32改進型燃燒檢查12000800(運行小時起動次數(shù))MS6B12000800MS7EEA8000800MS9E8000800S7FFA9FFA80004001檢修項目GE公司重型燃氣輪機的檢修項目,按先高溫部件、后其它部件的次序分為三項,即燃燒檢查、熱通道檢查和整機檢查。每

3、項檢查的內(nèi)容將在下面敘述。熱通道(取消)12002400012002400012002400090024000900檢查整機檢查4800024004800024004800024004800024004800024002檢修周期檢修周期以燃氣輪機的累計運行小時和累計起動次數(shù)為判別準(zhǔn)則。此兩項準(zhǔn)則是獨立的,只要其中一項達到規(guī)定值后,就要進行相應(yīng)的檢查。見圖1。圖1檢修周期與運行小時、起動次數(shù)的關(guān)系實際上,機組的運行條件不可能是理想的,燃料、負荷設(shè)定、水或蒸汽噴注、尖峰負荷運行、機組遮斷、起動方式、熱通道部件的設(shè)計等因素都會影響檢修周期。因此,對于表1中建議的檢修周期,要根據(jù)運行情況進行修正,從而

4、得出可能的實際檢修周期,如下:(1)運行小時修正(維修系檢修周期=(表1建議的運行小時)(1)數(shù))式中:(實際運行小維修系數(shù)=(修正的運行小時)時)修正的運行小時=(K+MI)(G+115D+收稿日期:200021222737 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. AfH+6P)檢修周期,其精確度已足夠。表2不同工況遮斷的加權(quán)系數(shù)工況加權(quán)系數(shù)起動加速210全速空載2132031340415實際運行小時=G+D+H+PG以天然氣為燃料年基本負荷運行小時D以輕油為燃料年基

5、本負荷運行小時H以重質(zhì)油為燃料年基本負荷運行小時P年尖峰負荷運行小時Af重質(zhì)燃料運行加權(quán)修正系數(shù)原油:Af=23一般取212渣油:Af=34一般取4I水或蒸汽噴注量與進氣流量百分比中的分子數(shù)M和K水或蒸汽噴注常數(shù)M00055K111負荷%6061080810100810控制方式噴注量干干濕12%0%N2N301180162均為FSX2414均為GTD2222414注:N2三級噴嘴N3分別表示第二、另外,也可以忽略部分負荷運行時對起動次數(shù)的補償,即把部分負荷運行時的起動全部歸并全負荷運行的起動,這樣,修正的起動次數(shù)和實際起動次數(shù)可簡化為:修正的起動次數(shù)-NB+113NP+20E+2F+8TE+F

6、+T。()和(2)適用于熱通道檢查和,對于燃燒檢查,如果是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的燃燒室,無水或蒸汽噴注,則也基本適用。對于其它設(shè)計的燃燒室(如干低NOx),或者雖然是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的燃燒室,但噴注水或蒸汽,則要參照GE公司的專門說明。(2)起動次數(shù)修正(維修系數(shù))檢修周期=S(2)3影響維修周期的主要運行因素式(1)和(2)中的加權(quán)修正系數(shù),實質(zhì)上反映了各種運行因素對維修周期的影響。這里僅對下列因素作一些簡要的討論。311燃料燃氣輪機的燃料范圍可以從潔凈的天然氣至渣油,各種燃料對維修周期的影響,以天然氣最小。若天然氣的加權(quán)系數(shù)為1,則輕油為115,原油為23,渣油為34。這是因為重質(zhì)燃料會產(chǎn)生更多的輻射熱,降低

7、燃燒部件壽命。而且重質(zhì)燃料或多或少會含有鈉、鉀、釩、鉛等腐蝕元素,會加速透平噴嘴和動葉的腐蝕。此外,這些元素可能直接或間接(和防腐抑制劑形成的化合物)沉積在葉片上,這不僅影響機組的性能,而且也導(dǎo)致更頻繁的維修。輕油作為一種精煉油,一般不會含有高水平的腐蝕元素,但是由于從油源地至現(xiàn)場的運輸可能會產(chǎn)生二次污染,因此,根據(jù)GE公司的經(jīng)驗,輕油對熱通道檢修周期的影響,其維修加權(quán)系數(shù)的變化范圍,可以從低至1而高至3。另外,還必須注意液體燃料中污染物對燃油系統(tǒng)部件如油泵、流量分配器的壽命的影響。312透平進口溫度透平進口溫度是影響高溫部件壽命的一個關(guān)鍵因素,因此,提高透平進口溫度運行(即尖峰負荷運行)始終

8、會存在風(fēng)險。尖峰負荷運行時,透平進口溫度一般比基本負荷運行時的高100(56)。那么,式中:(實際起動次維修系數(shù)=(修正的起動次數(shù))數(shù))修正的起動次數(shù)=015NA+NB+113NP+20En+2F+Ai=1TiTi實際起動次數(shù)=NA+NB+NP+E+F+TS表1中推薦的累計起動次數(shù)NA年部分負荷運行的起動次數(shù)(負荷60%)NB年基本負荷運行的起動次數(shù)NP年尖峰負荷運行的起動次數(shù)E年緊急起動次數(shù),所謂緊急起動,指在5min內(nèi)強行將機組從靜止起動到滿負荷F年快速加負荷的起動次數(shù)Ti年各不同工況下的遮斷次數(shù)ATi年各不同工況下遮斷次數(shù)的加權(quán)系數(shù)(見表2)T年遮斷總次數(shù)n年發(fā)生遮斷的工況(如全負荷,部

9、分負荷,全速空載等)數(shù)n為方便起見,式(2)中的ATiTi可簡化為8T,i=1即把其它工況的遮斷全部歸并為全負荷遮斷,這樣計算的加權(quán)遮斷次數(shù)會偏大一些,但對評估實際的38 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 從透平動葉的壽命看,尖峰負荷運行1h,相當(dāng)于基本負荷運行6h,即尖峰負荷運行小時的加權(quán)系數(shù)為6。而且,這種影響并不是線性的。設(shè)100(56)的溫差為t0,實際溫差為t,a=tt0。則加權(quán)系數(shù)6a,即t=200,加權(quán)系數(shù)為62=36。降低透平進口溫度運行會增加熱通

10、道部件的壽命,補償超負荷運行的影響。但是,應(yīng)當(dāng)注意這種補償不是一對一的線性關(guān)系,六小時的-100(-56)的部分負荷運行,才能補償一小時的+100(+112)的尖峰負荷運行。而且部分負荷運行不一定意味著透平進口溫度降低,除非進口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉保持在最大開度(簡單循環(huán))或關(guān)閉到某一開度后保持不變(聯(lián)合循環(huán))。因此,在聯(lián)合循環(huán)運行時,機負荷降至80以下,313為了控制NOx或水的噴注會影響零部件的壽命和降低維修周期。由于蒸汽或水的噴入,會增加工質(zhì)(燃氣)的導(dǎo)熱率和比熱,從而增加了其傳熱系數(shù),因而增加了對透平噴嘴和動葉等高溫部件的熱傳輸,導(dǎo)致了更高的金屬溫度。以MS7001E為例,在恒定的透平初溫下,噴注

11、3的蒸汽(NOx控制為25ppm),燃氣的傳熱系數(shù)將增加4,葉片金屬溫度會提高15(8),壽命下降33。性能和所需的維修程度隨時間的變化。運行檢查記錄的主要數(shù)據(jù)列于表3。表3運行檢查主要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)速負荷起動次數(shù)運行小時現(xiàn)場大氣壓力溫度環(huán)境進氣壓氣機排氣透平排氣壓力壓氣機排氣滑油泵滑油母管冷卻水燃料過濾器(燃料、滑油、進口空氣)各種功率下的振動數(shù)據(jù)發(fā)電機勵磁電壓勵磁電流靜子溫度起動時間隋走時間4維修檢查維修檢查大致可分為停機備用檢查,運行檢查和分解檢查。分解檢查要求局部或全部打開機組以檢查內(nèi)部的零部件,這類檢查包括燃燒檢查,熱通道檢查和整機檢查(大修)。411停機備用檢查所有停機備用的機組都需要定期

12、進行檢查,尤其是以起動可靠性作為主要要求的調(diào)峰機組或間斷運行的機組。這種檢查包括機組各系統(tǒng)的日常維護和清潔,更換過濾器,檢查水位和油位,檢查和標(biāo)定各類測量元件和儀表等等。而定期起動機組運行則是這種檢查的關(guān)鍵部分。412運行檢查運行檢查的主要內(nèi)容是全面地連續(xù)地觀察機組的運行數(shù)據(jù)。這種檢查以記錄新機或大修后的機組首次運行的數(shù)據(jù),并以這些數(shù)據(jù)為參考基準(zhǔn)開始,此后通過對運行數(shù)據(jù)的分析比較,可以發(fā)現(xiàn)機組是否惡化的各種跡象?；鶞?zhǔn)數(shù)據(jù)應(yīng)包括機組正常起動參數(shù)及穩(wěn)態(tài)運行參數(shù)。所謂穩(wěn)態(tài)運行,是指在15min內(nèi),機組輪間溫度的變化不超過5(3)。此后,應(yīng)定期觀察和記錄機組的這些數(shù)據(jù),以便評估機組的其中一些數(shù)據(jù)最好能

13、繪制成曲線,如起動參數(shù)(轉(zhuǎn)速、排氣溫度、振動)隨時間的變化曲線,負荷隨排氣溫度的變化曲線,振動隨負荷的變化曲線等等。參數(shù)異常必然和機組的內(nèi)部零部損壞或系統(tǒng)故障相聯(lián)系,因此運行檢查是判斷機組性能和狀態(tài)的最有力措施,也是判斷機組能否按預(yù)定的周期作分解檢查的關(guān)鍵。413燃燒檢查燃燒檢查為短時間停機分解檢查。其檢查范圍包括從燃燒室頭部至過渡段出口所有屬于燃燒系統(tǒng)的部件,也包含因進行燃燒檢查而可以接近的其他部件,需檢查的主要部件為燃料噴嘴、火焰筒、過渡段、聯(lián)焰管及持環(huán)、火花塞、火焰檢測器和燃燒室導(dǎo)流套等。檢查的重點在火焰筒、過渡段和燃料噴嘴。一般地說,這些零部件在維修中往往需要首先更換或修理,保持這些零

14、部件的良好狀態(tài),是對下游零部件如透平噴嘴和動葉的壽命的保障。具體檢查內(nèi)容如下:檢查每一個聯(lián)焰管、持環(huán)和火焰筒檢查燃燒室內(nèi)部是否有碎金屬片或外物檢查導(dǎo)流套焊縫是否有裂紋檢查過渡段是否有磨損和裂紋檢查燃料噴嘴是否有積炭、旋流器是否堵塞、旋流器孔是否磨損檢查燃料噴嘴各流體(油、霧化空氣、氣體燃料)通道是否堵塞、磨損或燒傷檢查火花塞組件特別是電極和絕緣層的狀態(tài)是否完好更換所有易耗件和易損件,如密封片、鎖緊片、墊片等,必要時包括螺栓和螺母39 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved

15、. 目測檢查第一級噴嘴和孔探儀檢查第一級透平動葉,記錄其磨損和變形程度,以幫助制定熱通道的檢查計劃孔探儀觀察壓氣機后端的動葉狀態(tài)目測檢查壓氣機進氣和透平排氣區(qū)域,檢查進口導(dǎo)葉及其襯套,檢查末級動葉和排氣系統(tǒng)部件檢查燃油系統(tǒng)的清吹閥和單向閥414熱通道檢查熱通道檢查的目的是檢查所有暴露于高溫通道中的零部件。此項檢查除包含燃燒檢查的全部內(nèi)容外,還應(yīng)詳細檢查透平各級噴嘴、動葉和動葉外圍的靜止護環(huán)。進行此項檢查時需揭開透平氣缸的上半,揭缸之前,必須用千斤頂支撐各氣缸下半,子、轉(zhuǎn)子正確對中,缸變形。至于第二、三各噴嘴扇形段是否拆下,則可根據(jù)目測檢查及間隙測量的結(jié)果決定。應(yīng)就地仔細檢查各級動葉,必要時可作

16、熒光滲透檢查。此外,在熱通道檢查時,必須測量透平內(nèi)全部徑向和軸向間隙(揭缸和合缸)。典型的熱通道檢查的主要內(nèi)容如下:檢查和記錄第一、二、三級動葉的狀態(tài)。如果需要拆下透平動葉,拆卸時必須作詳細記錄,對第一級透平動葉的涂層,評估其剩余壽命檢查和記錄第一、二、三級噴嘴的狀態(tài)檢查和記錄末級噴嘴隔板的狀態(tài),檢查其密封的碰擦情況和間隙變化記錄動葉葉頂間隙,檢查動葉葉柄密封的間隙、碰擦和變形檢查透平靜子護環(huán)的間隙、裂紋、碰擦和積垢檢查和更換有問題的輪間熱電偶進入壓氣機進氣室觀察壓氣機前端的狀態(tài),特別要關(guān)注進口導(dǎo)葉,檢查襯套的腐蝕磨損(其跡象是間隙過大)和葉片的裂紋用孔探儀觀察壓氣機后端動葉的狀態(tài)目測檢查透平

17、排氣區(qū)域的裂紋和變形跡象415整機檢查(大修)此項檢查的目的是檢查從機器的進氣端至排氣出口的所有內(nèi)外(動靜)零部件。這一檢查包括上述的燃燒檢查和熱通道檢查,此外,應(yīng)揭開從壓氣機進氣氣缸至透平氣缸的各個氣缸的上半,詳細檢查內(nèi)部的各種零部件。在整機檢查時,第一級透平動葉可能必須更換,這取決于其涂層的檢查狀況。整機檢查的具體要求如下:檢查所有的徑向和軸向間隙(揭缸和合缸),40并和原始數(shù)據(jù)相比較檢查所有的氣缸的裂紋和腐蝕檢查壓氣機進氣和內(nèi)部流道的污垢、磨損、腐蝕和泄漏,檢查進口導(dǎo)葉的襯套的腐蝕、磨損和葉片的裂紋檢查壓氣機動、靜葉的葉頂間隙、碰擦、撞擊損壞、腐蝕坑、彎曲和裂紋檢查透平靜止護環(huán)的間隙、磨損、碰擦、裂紋和積垢檢查噴嘴和隔板密封的碰擦、腐蝕和熱變形拆下透平動葉,以判斷其剩余壽檢查進氣系統(tǒng)的腐蝕、零件松動、消音器是否開裂檢查排氣系統(tǒng)的裂紋、消音片及絕熱層是否破損檢查燃氣輪機對發(fā)電機、燃氣輪機對輔件齒輪的對中416孔探儀檢查GE公司的燃氣輪機均配備檢查孔口,可以通過光學(xué)孔探儀檢查壓氣機中間以后幾級轉(zhuǎn)子和第一、二、三級透平動葉和噴嘴。孔口的位置可以從相關(guān)的GE圖紙查出。孔探儀檢查的時間間隔如下:天然氣和輕油:在燃燒檢查時,或每年一次,按其中先到達者進行。重質(zhì)燃料:在燃燒檢查時,或每半年一次,按其