燃氣輪機檢修周期.doc

第十九講 概 述19.1 燃氣輪機應用的現(xiàn)狀及發(fā)展前景燃氣輪機作為新型的動力設備，由于具有結構緊湊，單位功率重量輕，運行平穩(wěn)且安全可靠，可以大型化且熱效率較高，可以快速起動和帶負荷等顯著的優(yōu)點，受到世人的廣泛關注，應用的范圍越來越廣。在航天航空領域里是獨一無二、不可替代的動力設備；在航海和陸上交通運輸領域里也占有越來越重要的地位，在一些現(xiàn)代化的艦船上，均采用燃氣輪機作動力設備。陸上交通運輸工具，如汽車、火車機車及軍用坦克上也采用燃機作動力設備；在發(fā)電領域里，由于燃氣輪機電廠占地面積少、建設周期短、水的消耗量少、排氣污染輕受到人們的廣泛關注，尤其是以燃氣輪機為主組成的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠不僅排氣污染輕，而且其熱效率已達到和超過了最新型的超超臨界參數(shù)的蒸汽輪發(fā)電機組，所以在發(fā)電行業(yè)里的應用也越來越多，已動搖了蒸汽輪發(fā)電機組在發(fā)電行業(yè)的霸主地位。可以預期，在不久的將來必定會取代蒸汽輪發(fā)電機組在發(fā)電行業(yè)的霸主地位。據2000年的統(tǒng)計，全世界新增發(fā)電容量中，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)已占到3536；在一些西方發(fā)達國家里，這個比例還要高，例如2000年美國的新增發(fā)電容量中，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)占48，傳統(tǒng)的蒸汽輪發(fā)電機組占48；而在德國，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)在新增發(fā)電容量中占到2/3。由此可見，在世界范圍內燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)已成為火電發(fā)展的重要方向。由于以前的燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)電廠以石油及其制品和天然氣為燃料，大大制約了燃氣輪機的應用和發(fā)展，但隨著近期煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術的發(fā)展和成熟，燃氣輪機不僅可以以油氣為燃料，而且可以以中低熱值煤氣為燃料，這就為燃氣輪機的大發(fā)展和更廣泛的應用奠定了堅實的基礎。特別是以燃氣輪機為主組成的煤氣化聯(lián)合循環(huán)，可以用來改造現(xiàn)有的燃煤的蒸汽輪發(fā)電機組，在繼續(xù)以煤為燃料的同時，又解決了嚴重的排氣污染，還可以增加出力和熱效率，這為改造能耗高、排氣污染嚴重的燃煤的蒸汽輪發(fā)電機組提供了非常好的選擇。此外，燃氣輪機還在一些新型發(fā)電技術中占據著很重要的地位，如濕空氣透平（UAT）循環(huán)和燃料電池燃氣輪機循環(huán)等新型發(fā)電技術，這將是今后發(fā)電技術發(fā)展的主要方向之一。由此可知，燃氣輪機具有非常光明的發(fā)展前景，其應用會越來越廣泛。19.2 燃氣輪機檢修的重要性隨著燃氣輪機的廣泛應用，燃氣輪機的檢修也就很自然地越來越受到人們的關注。盡管燃氣輪機的工質的工作壓力不是很高，基本上在30bar之內，但其工質的溫度很高，E型技術燃氣輪機的進氣溫度為1100，而G型、H型技術燃氣輪機的進氣溫度為1430左右，并且是高速旋轉式機械。在此條件下工作的燃氣輪機除了必須加強日常的運行維護之外，還必須定期進行檢修，以確保機組能安全的運行。燃氣輪機的燃料，可以是天然氣，也可以是輕油和重油或原油，甚至是低熱值煤氣。根據所用燃料的不同，燃氣輪機的維護和定期檢修的內容和工作量也不同。由于燃氣輪機的工作溫度很高，又是高速旋轉式機械，其工作條件是相當惡劣的，盡管在燃燒系統(tǒng)和熱通道部件的選材、加工工藝、涂層及冷卻等諸多方面采取了很多抗高溫的措施，但在燃氣輪機的運行中仍不時發(fā)生因高溫而引發(fā)的各種事故，所以對燃氣輪機的定期檢修規(guī)定了明確且嚴格的時間周期和具體的檢修內容，要嚴格按照燃氣輪機制造廠商提供的技術文件和有關的規(guī)范要求進行施工，以期通過檢修解決機組運行中發(fā)現(xiàn)的問題和雖沒有發(fā)現(xiàn)但已存在的威脅機組安全運行的隱患，確保機組的安全運行。同時，合理而科學的檢修還可以延長燃氣輪機各零部件的使用壽命，提高燃機運行的經濟性。19.3 檢修計劃的制定及檢修周期的確定首先要說明的是，國內燃氣輪機電廠中所使用的燃氣輪機，絕大多數(shù)是GE系列的產品，所以我們所能看到的技術文件也基本上是GE的，故而我們的敘述也是以GE的產品為主。由于燃氣輪機所使用燃料的多樣性和運行方式的多樣化，會對燃氣輪機檢修計劃的制定產生很大的影響。影響燃氣輪機檢修計劃的主要原因如圖19l所示，而燃氣輪機的運行方式又將決定每一個因素的輕重。圖191 影響檢修計劃的主要因素 燃氣輪機中特別需要關注的是那些與燃燒過程有聯(lián)系的及暴露在從燃燒系統(tǒng)中排出的高溫煙氣中的部件，即火焰筒、聯(lián)焰管和過渡段等燃燒系統(tǒng)部件及透平噴嘴、透平護環(huán)和透平動葉等熱通道部件。由于它們在腐蝕性的高溫環(huán)境里工作，所以發(fā)生故障的幾率也就比較高，檢修中應予以充分的關注。由于材料、加工工藝及涂層等原因，這些高溫部件價格很昂貴，是檢修的備品備件費用中的主要部分，所以燃氣輪機的用戶們應對機組的運行予以應有的注意，盡可能地避免超溫運行，避免尖峰負荷運行，每次開機盡可能地多運行一些時間，盡量減少超溫和頻繁的交變熱應力對這些高溫部件所造成的損害，以延長這些高溫部件的使用壽命，提高電廠的經濟效益。GE重型燃氣輪機的基本設計和檢修的建議是為了達到以下目標：（1）檢修和大修之間的最長運行周期；（2）現(xiàn)成在位檢查和維修；（3）使用當?shù)氐募夹g力量進行拆卸、檢查和復裝。圖192 熱通道（噴嘴和動葉片）檢修系數(shù)圖193 燃料類型對檢修的影響 燃氣輪機檢修計劃的制定和檢修周期的確定就是根據圖191所示的影響檢修計劃的主要因素和機組的運行方式來決定的。在圖191所示的影響檢修計劃的主要因素中，起主導作用的也就是影響檢修和設備壽命的因素是機組的運行方式、燃燒溫度、燃料和注水/蒸汽。對連續(xù)負荷運行的機組，影響機組壽命的主要因素是氧化腐蝕和蠕變，而影響周期負荷運行（調峰）機組壽命的主要是熱力機械疲勞；燃料對機組檢修周期的影響是顯而易見的，因為燃料不同，燃料中對金屬材料有害的雜質的含量就不同，所以對機組的燃燒系統(tǒng)部件、熱通道部件及透平排氣部件所造成的損害也就不同，在圖192中列出了各有關因素的熱通道（噴嘴和動葉片）檢修系數(shù)。圖193上所示曲線為燃料對檢修系數(shù)影響的曲線，由于燃料類型的不同，燃料中所含氫的重量百分比也不同，對檢修的影響自然也就不同。由圖中曲線可以看出，燃料中所含氫的重量百分比越小，檢修的周期就越短，反之檢修周期就越長。圖195 以起動次數(shù)為基準的熱通道檢修周期圖194 以運行時數(shù)為基準的熱通道檢修周期表191 推薦的檢修周期 轉子檢修周期不適用于MS6F機組。GE所推薦的表191中的檢修周期是以燒天然氣、基本負荷運行且沒有注水或注蒸汽作為基本條件的，當機組的實際運行情況與上述基本條件不同時，機組的真實的檢修周期應由推薦的檢修周期除以一個大于1的檢修系數(shù)，而檢修系數(shù)的大小由燃料類型、尖峰負荷運行的時間、注水/蒸汽的情況、正常負荷起動停機的循環(huán)次數(shù)、部分負荷起動停機的次數(shù)、緊急起動的次數(shù)、跳閘次數(shù)等因素確定。圖194是以運行時數(shù)為基準的熱通道檢修周期，圖195是以起動次數(shù)為基準的熱通道檢修周期，這兩種熱通道的檢修周期無論哪一種先達到，均應進行熱通道的檢修。圖196是以運行時數(shù)為基準的轉子檢修周期，圖197是以起動次數(shù)為基準的轉子檢修周期，跟熱通道的檢修一樣，無論哪一種周期先達到，均應進行轉子的檢修。圖198 甩負荷跳閘的檢修系數(shù)圖197 以起動次數(shù)為基準的轉子檢修周期圖196 以運行時數(shù)為基準的轉子檢修周期 根據圖194圖197就可以確定熱通道和整機（即大修）的檢修周期，但燃燒系統(tǒng)的檢修周期沒有給出這樣的形式，對于燃燒系統(tǒng)設備的時間、燃料、稀釋劑種類和排放水平都分別給出了建議，對于特定應用方式的機組的燃燒系統(tǒng)檢修周期可由燃氣輪機制造廠商的現(xiàn)場服務代表給予推薦，或參照MS7001EA燃燒系統(tǒng)檢修周期的例子（由表192）來確定。制定檢修計劃和確定檢修周期時除了根據燃氣輪機制造廠商提供的技術文件和推薦的檢修周期之外，還應在機組停機時利用孔探儀對機組的實際運行狀況進行檢查，綜合考慮孔探儀檢查的情況和機組在實際運行的過程中發(fā)現(xiàn)的問題來確定具體的檢修日期和檢修范圍，以確保機組運行的安全可靠和降低檢修的費用。表192 推薦的MS7001EA燃燒系統(tǒng)檢修周期注：Extendor燃燒系統(tǒng)耐磨件使燃燒檢修延至24000h。圖199 各種檢修的工作范圍19.4 檢修的分類由于燃氣輪機各部分工作溫度的高低不同，所以檢修的周期也不同，通?？蓪⑷細廨啓C的檢修分成以下三種不同形式。19.4.1 燃燒系統(tǒng)檢查（亦稱小修）圖1911 6FA燃氣輪機的示意圖圖1910 MS6001系列燃氣輪機上采用的分管型燃燒室的總成圖1燃料噴嘴2蓋板3外殼4點火器5導流襯套6火焰筒7環(huán)腔8過渡段9混合區(qū)10混合射流孔11一次射流孔12燃燒區(qū)13過渡錐頂14配氣蓋板15旋流器由于燃燒系統(tǒng)是燃氣輪機中工作溫度最高的，所以燃燒系統(tǒng)的部件出故障的幾率也就多些，燃燒系統(tǒng)的檢查，即小修的周期也就最短。燃燒系統(tǒng)檢查的目的是消除燃燒系統(tǒng)中影響機組安全運行的因素。根據機組型號的不同，按以燒天然氣、基本負荷運行且沒有注水或注蒸汽作為基本條件所推薦的檢修周期也不同，詳見表191。燃燒系統(tǒng)檢修的范圍包括從燃料噴嘴開始到過渡段為止的整個燃燒系統(tǒng)的所有部件，詳見圖199。 燃燒系統(tǒng)是燃氣輪機的各組成部分中變化最大、型式最多的一個組成部分，所以其檢修的方式方法和技術要求的變化也最多。如GE系統(tǒng)的燃氣輪機基本都是采用逆流分管式的燃燒系統(tǒng)，如圖1910圖1912所示，只是由于機組容量的不同，分管式燃燒室的數(shù)量有所不同而已，如MS6001B型燃氣輪機有10個分管式燃燒室，而MS9001E型燃氣輪機有14個分管式燃燒室；德國Siemens公司生產的燃氣輪機多采用圓筒式燃燒室和環(huán)形燃燒室，如圖1913是雙立式的圓筒形燃燒室，圖1914是雙臥式的圓筒形燃燒室，圖1915則是環(huán)形燃燒室；ABB公司生產的燃氣輪機采用圓筒形燃燒室和二次燃燒的環(huán)形燃燒室，如圖l916是立式的單圓筒形燃燒室，圖l917是二次燃燒的環(huán)形燃燒室，這種結構形式雖圖1912 9E型燃氣輪機的結構圖1輔機底盤2起動電動機3液力變扭器4輔助齒輪箱5輔助聯(lián)軸器6輔助聯(lián)軸器罩殼7進氣室8壓氣機進氣缸9壓氣機前缸10壓氣機后缸11壓氣機排氣缸12進口可轉導葉13壓氣機靜葉片14壓氣機轉子151軸承16高壓磁性傳感器17燃燒室外缸18火焰筒19過渡段20燃料噴咀21進口圓錐22透平氣缸23支撐環(huán)24透平一級噴咀25透平二級噴咀26透平三級噴咀27透平轉子282軸承293軸承30排氣框架31排氣室32負荷聯(lián)軸器33排氣室底盤35霧化空氣預冷器36燃料噴咀清吹控制閥37排氣擴壓器38滑油冷卻器39滑油過濾器40燃油過濾器41燃油載止閥42輔助液壓泵43主液壓泵44輔助滑油泵45事故（應急）滑油泵46負荷驅動間47液壓模件48起動裝置座502軸承排氣管51密封油泵增加了轉子的軸向長度，但可以降低燃氣輪機的初溫，也就是降低燃燒溫度，從而達到降低NOx排放造成的污染且保持較高的機組熱效率。由此可見，燃氣輪機燃燒系統(tǒng)的變化還是很大的，因此燃燒系統(tǒng)檢修的方式方法也應有很大的差異。圖1913 雙立式圓筒形燃燒室的結構目前，我國各燃機電廠使用的燃氣輪發(fā)電機組，無論是引進機組還是國產機組，主要是以GE系列的燃氣輪機為主。根據GE系列燃氣輪機的分管式燃燒系統(tǒng)，其檢修的主要工作是拆下燃料噴嘴，打開燃燒室端蓋，拆出聯(lián)焰管、火焰筒、過渡段和導流襯套，重點檢查燃料噴嘴、火焰筒、過渡段、聯(lián)焰管、導流襯套、單向閥、火花塞和火焰探測器等零部件，檢查其積碳、結垢、燒蝕、燒融、燒穿、裂紋、腐蝕、涂層剝落等情況，并檢查單向閥的密封性和開啟壓力、火花塞和火焰探測器的性能等等。對某些可以現(xiàn)場修復的零部件現(xiàn)場修復后回用；對某些現(xiàn)場不能修復的更換新件，換下的舊件送制造廠或專門的修理廠修復后作為下次檢修時的備件，以降低檢修中備品備件的費用。19.4.2 熱通道檢查（亦稱中修）熱通道部分是燃氣輪機各組成部分中工作溫度僅次于燃燒系統(tǒng)的工作溫度、是燃氣輪機中將工質的熱能和壓力能轉換成機械功的部分，并且是高速旋轉件，可以說是燃氣輪機的各組成部分中工圖1915 環(huán)形燃燒室的結構作條件最惡劣的部分，盡管熱通道部分的零部件采用了耐熱合金鋼，并采取了盡可能完善的冷卻技術和抗氧化、抗腐蝕的涂層，發(fā)生故障的幾率還是較高的，所以必須定期進行檢修，其檢修的周期比燃燒系統(tǒng)的檢修周期長些。 圖1914 雙臥式圓筒形燃燒室的結構由圖199可知，熱通道檢修的范圍包括從燃料噴嘴開始到透平末級動葉為止的所有零部件，由此可知熱通道檢修時也要進行燃燒系統(tǒng)的檢查，檢查的內容和技術要求如前所述，在此就不重復了。熱通道檢查的主要部分是透平通流部分，吊起透平上缸，拆吊出一級噴嘴的上下半；其他幾級噴嘴是否拆吊出要根據實際情況而定；檢查諸級噴嘴和動葉的積垢、裂紋、燒蝕、腐蝕、燒融、外物擊傷、涂層剝落及其他的損壞情況；檢查各級護環(huán)的燒蝕、燒融、腐蝕和其他的損壞情況；檢查壓氣機進口可轉導葉及兩端襯套的情況，并用孔探儀檢查壓氣機的葉片。仔細、徹底地清除透平噴嘴葉片和動葉片上的積垢，必要時更換某些受損嚴重的零部件，特別是一級噴嘴。通常在熱通道檢查期間對輔機部分也進行檢查，打開輔助齒輪箱檢查各傳動軸的軸頸和軸瓦，檢查燃油泵、燃油分配器及燃油旁通閥，檢查主滑油泵、交流輔助滑油泵、直流應急（事故）滑油泵，檢查冷卻水泵、液壓油泵、各種油濾的濾芯，滑油冷卻器和霧化空氣預冷器等，必要時還要檢查燃油的前置系統(tǒng)，清洗和檢查進氣過濾器室，甚至更換過濾元件。以期通過熱通道檢查消除熱通道部分運行中已發(fā)現(xiàn)的故障和運行中雖未發(fā)現(xiàn)但已存在的各種隱患，從而提高機組運行的安全可靠性，并提高機組的出力和熱效率。表31 MS6001B/MS7001EA/MS9001E某些零部件的修復和更換周期表193 MS6001B/MS7001EA/MS9001E某些零部件的修復和更換周期注：CI燃燒系統(tǒng)檢查周期；HGPI為熱通道檢查周期。 按以運行時間為基準的熱通道檢查周期進行重涂。 2是沒有重涂的熱通道檢查周期；3是有重涂的熱通道檢查周期。圖1916 單立式圓形燃燒室的結構19.4.3 整機檢查（亦稱大修）表14 PG610（FA）/PG7191（F）/PG7221（FA）/PG9301（F）/PG9331（FA）某些零部件的修復和更換周期表15 PG9351FA某些零件的修復和更換周期表194 PG6101（FA）/PG7191（F）/PG7221（FA）/PG9301（F）/PG9331（FA）某些零部件的修復和更換周期表195 PG9351FA某些零件的修復和更換周期注：GI為燃燒系統(tǒng)檢查周期；HGPI為熱通道檢查周期。 現(xiàn)在的零部件可能無法達到這個時間間隔。 目標是要達到3（HGPI），根據機組負責人的經驗而定。 要求7FA+部件或有GT33 INPLUS涂層和其他設計改進的7FA部件；同時要求在每次HGPI時進行修復和重新涂層。 葉冠加焊硬面，并在第一次HGPI時重新涂層才能達到3HGPI的更換壽命。圖1917 二次燃燒的環(huán)形燃燒室的結構注：CI為燃燒系統(tǒng)檢查周期；HGPI為熱通道檢查周期。 目標是要達到3（HGPI），根據機組負責人的經驗而定，并且每次HGPI時進行修復和重新涂層。 要達到3（HGPI）的更換壽命需要在第一次HGPI時重新涂層。 此二項有誤，很可能是右邊相同二項的更換壽命作者注。由圖199可知，大修的范圍包括從壓氣機的進氣室開始到透平排氣室為止的所有零部件。由此可知大修中亦包括了燃燒檢查和熱通道檢查兩部分，這兩部分的檢查內容和技術要求前面已敘述過，在此就不重復了。大修中除吊下透平上缸之外，還要吊下壓氣機的進氣彎頭、壓氣機的進氣上缸、前缸的上缸、后缸的上缸、壓氣機的排氣缸上缸及排氣內缸的上缸；吊下透平排氣缸上缸；吊下輔助聯(lián)軸器和負荷聯(lián)軸器；吊下機組