壓氣站燃氣輪機驅動機組滑油系統維護策略研究

侯大立,周書仲（中國石油西氣東輸管道公司,上海　200122）

壓氣站燃氣輪機驅動機組滑油系統維護策略研究

侯大立,周書仲
（中國石油西氣東輸管道公司,上海200122）

摘要：燃氣輪機驅動壓縮機組是西氣東輸管線的關鍵設備，燃氣輪機是一種葉輪高速旋轉的動力機械，各種軸承、傳動裝置及其附屬設備離不開潤滑油的作用，其滑油系統對機組的可靠性有著至關重要的影響。分析研究歷史故障數據對設備的更換與維護有著重要的參考指導意義。本文對某壓氣站燃氣輪機滑油系統2009-2011三年的備件使用情況進行了統計分析，發現過濾器濾芯的損壞與折舊是滑油系統的主要故障模式。基于濾芯被更換時的使用時間，并根據Weibull分布開發了濾芯壽命模型，最終為滑油系統的維護策略制定提供依據，從而優化滑油系統維護策略，降低了維護成本和工作量。

關鍵詞：燃氣輪機；滑油系統；濾芯；壽命模型；Weibull分布

1　引言

西氣東輸項目西起塔里木盆地的輪南，東至上海，是目前我國距離最長、口徑最大、壓力最高、輸量最大、投資最高的輸氣管道，供氣范圍覆蓋中原、華東、長江三角洲地區。輸運過程中長輸管道中的天然氣壓力會持續下降，因此長距離輸氣管道普遍采用壓縮機增壓輸送。燃氣輪機驅動壓縮機組是西氣東輸壓氣站重要的增壓方式之一。

燃氣輪機是一種葉輪高速旋轉的動力機械，各種軸承、傳動裝置及其附屬設備離不開潤滑油的作用，滑油系統的功能是：為燃氣輪機和發電機的軸承、透平輔助齒輪箱提供數量充足、溫度和壓力適當、清潔的潤滑油，以減少摩擦磨損。通過對2009-2011三年備件使用情況的統計，發現在現行的維護工作中，滑油系統維護的工作量占很大的比重，“檢修不足”和“檢修過剩”的情況時有發生，探索滑油系統合理的維護策略，減少維修成本與工作量十分重要。

經過統計滑油系統的故障庫，發現合成油與礦物油濾芯的更換占據了備件使用情況的60%以上。于是針對現有的濾芯故障壽命數據，基于Weibull分布建立了濾芯剩余壽命模型。以計算結果為依據，對濾芯更換提出了相關維護建議。

2　滑油系統的組成及歷史數據統計

2.1滑油系統簡介

燃氣輪機驅動壓縮機組的滑油系統由兩部分組成：其一是用于潤滑燃氣發生器的合成油系統。其二是用于潤滑高速大功率渦輪和壓縮機的礦物油系統。

合成潤滑油系統用于潤滑和冷卻氣體發生器轉子軸承，機油箱和附屬齒輪箱。一部分潤滑油用于變量幾何執行機構。合成油控制臺安在燃氣輪機底座上。控制臺主要組成如下：雙重過濾器(FL1-1;FL1-2)安裝在氣體發生器潤滑油供應裝置上；雙重過濾器(FL2-1;FL2-2)安裝在通往油箱的管線上；溫度控制閥(TCV)安裝在通往油箱的管線上；減壓閥(PSV)安裝在泵回油輸送管線上；電加熱器(23QT-1)；多個壓力傳送器。礦物潤滑油系統與合成潤滑油系統的組成相似。

2.2滑油系統的歷史故障數據

滑油系統中的固體微粒主要來源于：（1）礦物油、合成油的分解后的產物；（2）外部進入的污染物；（3）來自系統內部。油路系統中的油管線內壁、主油泵等部件處都會產生鐵屑雜質，這些雜質隨著潤滑油的循環。

以上固體顆粒流通到上油線的過濾網處時，較大的雜質顆粒就會被過濾網攔截下，附著于過濾網上，使得過濾網的流通面積逐漸減小，對潤滑油起到了截流作用，導致潤滑系統上油量不足。隨著雜質在濾網上的積累，濾芯前后的壓差不斷增加，當濾芯前后累積壓差達到一定值，這時需要對濾芯進行清理或更換。滑油系統最主要的故障來自過濾器濾芯的損壞與折舊。

2.3濾芯的備件使用情況

參照近三年來滑油系統的備品備件使用情況，發現滑油系統的故障主要集中在過濾器濾芯的破損與折舊。濾芯的更換時間對預測濾芯壽命有重要意義，通過Weibull分布的分析，基于歷史數據可以找到濾芯一系列的壽命參數。三年的時間內，可以預知的合成油濾芯的使用時間。

3　滑油系統過濾器濾芯壽命分析模型

3.1剩余壽命模型

（1）Weibull分布簡介。Weibull分布是由瑞典科學家Waloddi Weibull所提出，現已成為可靠性系統中應用最為廣泛的連續性分布之一。許多工程技術上的相關問題可以依據基于Weibull分布的的計算來解決。然而，Weibull分布的運用有一定的難度，不同于正態分布等常見分布，它是一類比較復雜的分布，是指數分布的推廣，但相比于指數分布，Weibull分布有著更為廣闊的應用，主要應用于電子元件、金屬材料的疲勞壽命的研究。

3.2模型計算結果

針對合成油系統濾芯的計算，由合成油濾芯故障庫可推斷的累計工作時間為別為2275、3836、3887、3841小時,共4個。此外，參考2009-2011年備件使用情況，濾芯在這三年中有5次在4K保養中使用的記錄，25次在8K保養中使用的記錄，設定以上運行的數據分別為4000小時、8000小時，以上歷史運行數據為基礎來預測濾芯的壽命參數。

通過濾芯剩余壽命數學模型的運算，可以發現合成油濾芯的可靠性隨時間的變化趨勢：濾芯前4000小時可以平穩運行，性能可靠；5500小時左右時間開始可靠性出現明顯下降；6500小時左右故障率出現明顯上升。

現按照現行的維護手段，4000小時或者8000小時的維修策略顯然不太合適，因此建議設定適當的報警值進行基于狀態的維修，根據運行經驗建議將合成油濾芯壓差警戒值定為138kpa。

4　結論

西氣東輸長輸管道至今已運行多年，累計的故障歷史數據也不斷增加。從而為基于歷史數據的研究提供了好的基礎。本文針對燃氣輪機滑油系統的歷史運行數據，進行了深入的統計與研究，并最終得出如下結論。

（1）從大量的故障數據中歸納總結出滑油系統的主要故障模式為濾芯的破損與折舊；

（2）基于歷史數據，通過Weibull分布計算剩余壽命，獲得濾芯可靠性與累計故障的關系；

（3）根據歷史運行數據進行趨勢分析和預測，隨著工作時間累積延長，濾芯壓差的變大，會出現一個更換濾芯的壓差警戒值。因此建議根據合理的壓差警戒值，將濾芯由傳統的定期維護策略改為視情維修。