索拉燃氣輪機大修延時可行性研究

陳瑞成

（中石油管道聯合有限公司西部蘭州輸氣分公司，甘肅　蘭州　730030）

索拉燃氣輪機大修延時可行性研究

陳瑞成

（中石油管道聯合有限公司西部蘭州輸氣分公司，甘肅蘭州730030）

在目前索拉燃氣輪機3萬h大修的基礎上，延時至3.5萬h甚至更長時間大修是可行的，主要原因如下。運行工況有利：維護保養到位；管理、運行人員技術基礎支撐；新增維保、檢查措施到位；有客觀的經濟效益，以Titan130燃機為例，如果延時至3.5萬h大修，則可節約大修直接相關費用10萬美元。

燃氣輪機；監測方法；可行性研究

1　目前大修現狀

蘭州輸氣分公司有13臺美國索拉公司生產的燃氣輪機，其中Taurus60有1臺，Taurus70有3臺，Titanl30有9臺。按照廠家要求每運行30000h發動機部分就必須返廠大修。按照集團公司與索拉簽訂的戰略協議，發動機每運行1h就需要大修費71美元，而且該費用有逐年上漲的趨勢。每次大修需要時間約6個月，造成機組長期無法使用。

由于燃氣輪機為高精尖產品，國內目前鮮有關于壓縮機組長周期運行，未按照廠家要求進行大修的案例。

國外目前流行的維修趨勢是“視情維修”，一般由設備廠家來對設備進行全面的評估，之后確定是否可以進行大修周期的延長。判斷的標準廠家不會提供，此外究竟是否可以延長大修周期，完全是廠家單方面說了算，用戶沒有話語權。

進行索拉壓縮機組長周期運行技術研究工作，將會大幅節約大修費用，同時提高機組利用率，有很明顯的效益。

2　分公司進行延長大修時間的可行性分析

2.1影響機組壽命的主要因素

1）熱部件到壽，主要是高溫及溫差導致零部件無法滿足運行要求。

2）運轉部件損壞導致設備壽命終止，主要是軸承磨損或損壞、轉子部件故障等異常，導致運轉部件損壞。

3）密封件（迷宮密封、蜂窩密封等）密封效果差，造成機組運行效率低下，高昂的運行費用超過了延長大修帶來的收益。從索拉提供的烏蘭1#燃機大修解體報告和湖東1#燃機大修解體報告可以看出，密封有一定的磨損，但是在正常范圍內。

2.2運行工況有利

1）使用天然氣作為燃料的影響。不同品質的燃料對熱通道部件的影響效果截然不同，這是因為燃料成分及燃燒特性的差異，燃料所含的熱值、化學元素、雜質及其比重、粘度和可揮發性不同，表現出來的可霧化程度、燃燒反應速度、火焰熱輻射能量、燃燒產物的腐蝕性和燃燒產物的灰分等也各不相同。燃燒過程生成物質對燃氣輪機熱部件的使用壽命的影響也大不一樣，分公司使用天然氣作為燃料，最有利于燃機長周期運行，因為天然氣中主要化學成分燃燒反應最快、有害物質含量最少、完全燃燒程度高、火焰熱輻射弱、對熱通道部件的影響最小。

2）負荷變化及運行負荷的影響。燃氣輪機的熱通道部件壽命取決于燃機燃燒燃氣的溫度及透平的運行溫度。通常情況下，燃機機組在高負荷下的運行燃氣溫度比低負荷時的運行燃氣溫度要高，高燃氣工質溫度使得部件材料承受的熱載荷高。因此，其零部件的壽命相應就會縮短。據有關資料顯示，在怠速（不帶負荷運行）下運行2h對設備的影響相當于100%負荷下運行lh。分公司燃機由于孤網運行和上游天然氣產量限制，基本上長期在較低負荷狀態下運行，為發動機積累了大量的剩余壽命。湖東壓氣站2#機組在2012年底和2013年初用氣高峰時的燃氣透平轉速（NGP），基本上在90%運行，最高未超過94%，其他壓氣站也基本類似。

3）啟動與啟動次數。燃氣輪機每次正常啟機和停機時。從啟動點火、暖機、升速、加負荷、降負荷、降速到熄火的整個過程，熱通道部件經受了劇烈的溫度變化，經歷了從加熱膨脹到冷卻收縮的周期性變化，透平熱通道部件承受燃氣溫度快速變化而引起的熱沖擊，產生熱應力，多次循環發生，某些應力集中部位會出現疲勞裂紋。另外，高溫環境也會使金屬材料發生蠕變，從而縮短熱通道部件的使用壽命。分公司將啟停機次數作為考核指標，平均無故障運行時間位居板塊公司前列，燃機啟停次數明顯減少，如湖東1#燃機，第一個大修周期啟動170次。

4）運行環境因素的影響。空氣中除了雜質對熱通道部件有害外，灰塵、鹽和油等也能引起壓氣機葉片磨蝕、腐蝕和積垢。分公司機組幾乎全位于青海境內無人區，空氣質量優良，分公司采用高效的自潔式空氣過濾系統，一直采購原裝進口濾芯，并進行定期清理和更換，過濾效果非常好，保證了發動機的工作條件。并定期進行發動機清洗工作，避免雜質對發動機壽命造成影響。

2.3維護保養到位

良好的維護可以使發動機運行壽命延長。

1）分公司在多年運行經驗基礎上，結合索拉提供的維保手冊，編制了詳細的維護保養規程。從索拉提供的烏蘭1#燃機解體報告和湖東1#燃機解體報告可以看出，分公司維保是做到位的。

2）按照索拉公司規范要求，定期檢測潤滑油，更換不合格油品。見表1。

表1　定期檢測潤滑油參數

2.4管理、運行人員技術基礎支撐

3　延時大修前的準備

3.1數據收集

1）機組投產初期的運行數據。

2）機組各個時期的歷史運行記錄。

3.228000h檢查保養

28000h時應該進行一次4000h保養，由于計劃進行大修延時，因此，在28000h時升級為更加全面的8000h保養。此外，還應進行第五部分新增檢查、評價、維保內容。當機組運行至28000h時，就應該確定機組是否可以延長大修，而不是等到運行至30000h才確定。

3.330000h檢查保養

機組運行至30000h進行一次40000h保養。重點對機組進行內窺鏡檢查、潤滑油分析、水洗、性能比較評價。

在這種背景下，如何有效地實施創新驅動戰略開始成為全社會共同的關注點。建筑業作為我國重要的傳統支柱性產業，經過30多年的趕超式高速發展，成就輝煌，奠定了今天“建造大國”的地位。但這種增長主要是投資、勞動投入等要素驅動的，科技進步貢獻率一直處于較低水平[6]。尤其是2014年經濟步入新常態后，中國進入后工業化時代的趨勢愈發明顯[7-8]，資本、勞動等生產要素開始從建筑業等非服務業部門向服務業部門轉移[9]，建筑業傳統的要素驅動增長模式難以為繼。因此，在實施創新驅動發展、建設創新國家的行動中建筑業必須擔負起其應負的歷史與現實責任。

4　新增檢查、評價、維保內容

發動機運行28000h時，進行全面狀態檢查，評估發動機是否能夠進行延壽運行工作。對運行時設備振動進行頻譜、軸心軌跡、潤滑油金屬含量分析等工作，全面檢查發動機內部狀況，特別是對熱部件進行詳細檢查。通過這些工作，對設備狀態有清楚的了解，再確定是否進行延壽運行。即使不能進行延壽運行，也還有時間來報大修理項目等后續措施。

4.1熱部件的監測方法

熱部件到壽前，會出現裂紋、變形等異常現象，可以通過內窺檢查工作發現熱部件的缺陷，還可以發現轉子部件的缺陷。認為影響到發動機安全運行時。就可以停止延壽運行工作，保證設備在延壽運行期間的安全。

在28000h時進行一次全面的內窺鏡檢查，與運行10000h、20000h、30000h左右的機組進行比對，確定熱部件老化的情況。

此后在30000h、32000h、34000h均進行內窺鏡的檢查和比對工作。

從烏蘭和湖東1#機組大修解體報告來看，熱部件僅有輕微的熱腐蝕，屬于正常情況。

4.2轉動部件的監測方法

在運行28000h時，需要進行振動分析。分公司先期在澀北、羊腸子溝、烏蘭站已經有5套機組安裝振動診斷系統，實現燃氣輪機的狀態監測與分析.可以分析軸承振動的頻譜、軸心軌跡等，結合機組自帶的振動監測系統，就可以確定包括軸承在內的轉動部件的工作狀態，可以確定軸承的磨損程度。

由于該監測比較專業，分公司可以請技服來幫助診斷（技服有便攜式振動監測設備，有解讀振動數據的合作廠家）。位于廊坊的壓縮機大修廠也可開展這項業務。

4.3密封件的檢查

從烏蘭和湖東1#燃機大修解體報告中可以看出，密封（迷宮密封、蜂窩密封）都有一定程度的磨損，這也是正常現象。但如果迷宮密封過度磨損，會導致潤滑油進入燃機參與燃燒或者污染部件，出現了所謂“燒機油”的現象。蜂窩密封過度磨損則會導致機組效率大幅下降，不利于機組經濟運行。

針對迷宮密封磨損的監測，簡單的方法就是記錄潤滑油消耗量。從28000h起，每天記錄潤滑油液位，要注意排除潤滑油壓力變化、潤滑油取樣、泄漏的影響。另一種方法就是對尾氣進行監測，通過尾氣的變化，可以精確地追蹤到是否有潤滑油進入了燃機并且參與了燃燒。尾氣監測可以通過自行購買便攜式的檢測儀來實現。

蜂窩密封如果出現較大磨損，則可通過性能對比來發現，關于性能評估比對將在后續做詳細說明。

4.4潤滑油金屬含量分析

由于軸承等部件的磨損，金屬微粒進入到潤滑油中，對潤滑油進行金屬種類、含量分析，并跟蹤它們的變化，可以判斷發動機內部軸承、齒輪等部件的工作狀態，包括是否存在異常磨損等現象。這個內容可以定期委托外單位進行或者自購一臺分析儀。

目前分公司是委托有資質的單位進行潤滑油分析，分析項目中包含了顆粒度（也就是雜質）的分析，顆粒度分析內包含了金屬雜質，但是建議專門新增潤滑油金屬含量分析。這項分析工作從28000h時開始，每1000h做一次潤滑油分析，需要注意的是取樣點必須在潤滑油過濾器前。

4.5機組性能的科學評估

燃氣輪機隨著運行時間的增加，必然會有老化，因此，需要對燃氣輪機進行性能評估，機組由于老化多消耗的能源必須少于大修延長帶來的收益，要進行經濟性研究，研究燃氣輪機性能評價的方式方法，對燃氣輪機目前運行狀態進行全面的評估，之后定量分析影響燃氣輪機性能的因素，確定這些因素在多大程度上對燃氣輪機的性能造成影響，根據分析結果，提出提升燃氣輪機性能的改造措施，對這些措施進行深入的可行性、經濟性分析后，實施相應措施，并且對實施前后的運行數據進行比較分析。

性能評估需要依據大量的歷史數據進行比對分析。隨著機組運行時間的增加，性能必然是逐步緩慢下降的。

實際使用中，相關公式較復雜，可采用經驗數值。在機組運行10000h以內，每多運行1000h，輸出功率下降0.34%，10000h以后，每多運行1000h，輸出功率下降0.03%。

因此，機組在28000h之后，每運行500h就應該進行一次評估比對（性能評價是可以在線進行的）。如果現場實際評估的性能與預期性能有較大的偏離時，應該對機組進行詳細的內窺檢查。

4.6維護管理手段

由于要進行大修延時工作，因此，分公司機組日常運行中就應該嚴格管理。具體建議措施如下：

1）嚴格按照操作規程進行保養；

2）對機組產生了歷史記錄每月備份，便于后期比對；

3）每次水洗完成后，最好能略4）加強啟動馬達的保養，尤其是啟動次數超過300次后。

帶負荷運行1個h，將機組內的水汽完全烘干，保護機組密封等不會生銹；

5　經濟性分析

根據中石油與索拉公司的框架協議，Titan130燃機大修費用是30000h以內，71.02美元/h，30000h以后，53.27美元/h，如果將大修時間從目前的30000h延長至35000h，扣除額外增加的維保費用，可節約大修直接相關費用10萬美元。

機組延時運行后，性能會下降，運行10000h以后，每多運行1000h，輸出功率下降0.03%。按照這個經驗公式來計算，沒多運行1000h，要多消耗天然氣1000標方，如果延時至35000h，則要多消耗天然氣1.5萬標方天然氣。折合人民幣約2萬元，可見如果機組性能是按正常情況下降的，由于性能下降而額外增加的運行成本可忽略不計。

可見，機組延長大修時間能夠帶來一定的經濟效益。

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