基于西門子V94.3A型燃氣輪機大修研究

劉 楊，李旭光

(華能河南中原燃氣發電有限公司，河南 駐馬店 463000)

燃氣輪機大修是依據與制造商簽訂的長期服務協議合同或變更訂單，對設備零部件的全面解體檢查和修理，主要包括壓氣機葉片檢查、透平葉片更換、轉子解體、軸承檢查、壓氣機和透平內缸噴砂、壓氣機葉片噴涂和燃燒器清洗等工作。修前，結合燃氣輪機[1]歷次檢修與運行狀況，提前做好規劃和安排，保證大修進度和質量；大修中開展技術升級改造；修后開展冷熱態調試、燃燒調整和轉子動平衡，改變燃氣輪機性能劣化趨勢，提高設備可靠性、出力和效率。

1 維護服務模式

燃氣輪機維護服務模式主要包括長期維護服務、菜單合約和運維一體化模式。長期維護服務模式(LTP)是維護商負責用戶燃氣輪機的項目管理，主要包括熱通道部件、非全部雜項硬件、在線遠程診斷及計劃檢修服務等，從而保證機組具有更高可用率和可靠性。菜單合約模式(OPSA)是具有排他性的框架式長期服務合同，維護商提供產品和服務項目價格清單，用戶自主選擇并制定實施燃氣輪機檢修計劃。運維一體化模式(O&M)是維護商全面負責電站的生產工作，保障機組的穩定運行。

目前，我國仍未完全掌握燃氣輪機核心技術，西門子燃氣輪機維護普遍采用LTP方式。相對OPSA而言，LTP是交付性質的長期服務合同，它具有全程無縫質保的特點和更全面的賠償條款，同時可避免燃氣輪機大修時年度大規模虧損的風險。O&M費用較高，此模式僅有國外部分機組采用。在我國燃氣輪機的管理、維護、檢修和運行等技術不斷發展的基礎上，燃氣輪機必將實現運維自主化。

2 大修準備與規劃

燃氣輪機常規大修的整個周期約60天，其中轉子解體檢修30天，冷態調試3天，燃燒調整5天。依據燃氣輪機長期維護服務協議合同，大修一般提前12個月開始規劃，包括但不限于檢修場地確認、工器具檢查、檢修人員準備、備品備件清點與申報以及技術改造的選擇等[2]。

2.1 檢修場地

燃氣電站具有占地面積小的特點，而燃氣輪機大修時拆卸零部件較多，同時需開展燃燒器超聲波清洗、內缸噴砂等工作，檢修場地合理布置尤為重要。21世紀初期，我國第2批打捆招標引進西門子F級機組，在電站基建期間未考慮轉子解體所需條件，轉子檢修時需外送解體檢查。燃氣輪機大修包括轉子解體檢修場地和廠內檢修場地。

燃氣輪機轉子外送解體場地，行車主鉤提升高度應不低于21.8 m、載荷不少于130 t，行車下方3.5 m×3.5 m空地安裝轉子翻轉工具支座。轉子解體檢修時應豎立，需搭設5 m×5 m×12 m腳手架，同時在腳手架1 m、3 m、5 m和7 m平臺開展檢修工作。若轉子解體檢修場地距離廠內檢修場地較遠，建議輪盤和壓氣機葉片噴涂安置在轉子解體場地，噴涂需在20 m×15 m×4.5 m的封閉空間內進行。

電站主廠房沿氣流方向右側0 m、4.5 m作為零部件主存放場地，但應在廠房門內考慮轉子臨時存放及運輸場地；主廠房左側4.5 m可作為部分零部件存放場地，同時另一臺燃機主廠房同樣可作為零部件存放場地。燃氣輪機大修，燃燒器清洗可在化學制水車間開展，內缸噴砂需選擇有備用電源的空曠場地，拆卸的保溫可存放在余熱鍋爐入口煙道下部地面，檢修用4個集裝箱可放置在余熱鍋爐煙囪附近。

2.2 檢修工器具

燃氣輪機大修時，將用到大部分OEM工具，主要有壓氣機葉頂間隙測量裝置、IGV角度測量器、推力軸承拆卸專用工具、轉子配重專用工具、壓氣機軸承裝配裝置、中間軸支撐工具、透平軸承裝配裝置、排氣擴壓器裝配裝置、氣缸支撐專用工具、轉子拆卸裝置、轉子專用吊裝裝置、透平軸承缸裝配工具和轉子支撐裝置等。同時，維護商將提供部分專用檢修工具，如轉子支撐支座、轉子翻轉裝置和輪盤支撐裝置等工器具。電站應做好OEM工具的檢查、維護和試驗，特別是轉子專用吊裝裝置的保養和試驗工作。

在大修過程中，轉子外送解體場地需準備8 t叉車(帶伸長臂)運輸轉子輪盤，3 t電動叉車運輸噴涂葉片，16 t汽車吊裝卸集裝箱；130 t行車的檢驗證明和載荷試驗報告(有效期2年)；用于噴涂的390 V、180 kW電源和0.8 MPa、10 m3/min移動式空氣壓縮機。廠內檢修場地準備8 t叉車(帶伸長臂)運輸檢修專用工具，3 t叉車運輸檢修零部件等，16 t汽車吊裝卸集裝箱；主廠房行車的檢驗證明和120 t載荷試驗報告(有效期2年)。電站應準備貨車用于噴涂葉片等零部件的往返運輸，同時落實2個檢修場地附近的機加工廠，以便于檢修部件的機械加工。

2.3 檢修人員

燃氣輪機大修，涉及到起重、動火、受限空間、搬運和登高等特殊作業，人員的組織和安排對整個大修[3]的圓滿完成至關重要。檢修人員包括電站人員、燃氣輪機本體服務人員和附屬系統服務人員。

燃氣輪機本體檢修60人左右，轉子外送解體檢修30人左右，大修期間每天兩班制作業。建議電站要求維護商明確大修項目唯一負責人，避免因溝通不暢而造成返工；同時電站應明確大修現場技術負責人，以便及時協調，控制整個大修的進度和驗收質量。針對燃氣輪機轉子外送解體的情況，應至少指定2人在轉子檢修現場負責，以保證轉子解體的順利完成。

2.4 檢修備件

燃氣輪機大修備件包括電站庫存和戰略性備件，戰略性備件未包含在燃氣輪機長期維護服務協議中，電站大修中可能要用到需要額外采購備件，例如推力瓦、燃燒室外殼L型密封環、燃燒室內殼L型密封環、燃燒室內外殼間密封環、透平靜葉密封環段、阻尼環、中間環等。大修半年前，電站應清點好庫存備件；依據機組運行狀況和同類型電站檢修情況采購戰略性備件，以減少大修時生產費用。廠內檢修場地應保證氧氣、乙炔和氬氣供應；轉子解體檢修場地應保證氧氣、乙炔供應，以免影響檢修進度[4]。

2.5 技術改造

大修12個月前，電站可依據燃氣輪機運行狀況與維護商協商準備相關技術改造，提高機組運行可靠性。例如：A-SMC改造，提高燃燒穩定性；耐熱點火電纜改造，減少點火電纜損壞和提高點火成功率；IGV位置變送器改造，提高IGV動作快速性和精確性；透平軸承油管和透平、壓氣機振動測量線密封改造，減少軸承滲油，防止擋油環結焦等。

3 大修常見問題與措施

燃氣輪機大修是對設備部件進行全面的解體檢查[5]。依據燃氣輪機長期維護服務協議，主要包括轉子解體、透平葉片檢查和更換、壓氣機葉片檢查以及燃燒室金屬瓦塊、陶瓷瓦塊檢查和更換等。

3.1 壓氣機

燃氣輪機大修，主要發現壓氣機靜葉有裂紋或葉片鉤磨損，更換存在缺陷的靜葉；動葉葉根有裂紋、葉身有缺口或葉片脫落，更換損壞的動葉。壓氣機軸承推力瓦塊磨損或存在裂紋，更換有缺陷推力瓦塊。壓氣機IGV調整環磨損，補焊修復調整環。壓氣機前四級葉片涂層脫落，重新進行噴涂。

3.2 燃燒室

燃氣輪機大修，主要發現燃燒室外殼與內殼上L型密封環及兩者間密封板磨損、更換損壞的密封部件。預混燃燒器裝配結合面磨損，更換無法修復的預混燃燒器。燃燒器點火電極破損，更換點火電極。燃燒室內部分陶瓷瓦塊有裂紋、金屬瓦塊收縮變形，更換不合格的隔熱瓦塊。火焰監測器圓形襯套磨損，更換圓形襯套。燃燒器燃料通道阻塞，超聲波清洗并做燃燒器通流試驗。

3.3 透平

燃氣輪機大修，更換透平第1、2、3、4級動葉，以及更換透平第1、2、3級靜葉，依據無損檢測結果更換第4級靜葉。主要發現透平第4級靜葉內圍帶安裝槽磨損，對其進行修復。透平軸承箱支撐肋板根部焊縫處有裂紋，對其進行補焊處理。透平排氣擴壓器和排氣擴散段間密封圈磨損，對其進行更換。

4 維護協議不足與建議

西門子燃氣輪機大修，依據長期維護服務協議，發現在檢修中產生許多變更訂單，無形中額外增加設備維護成本。燃氣輪機長期維護服務協議采購，建議電站基建初期采用主設備與其打捆招標，可從本質上降低度電成本。

燃氣輪機計劃檢修備件，僅包含典型備件，而不包含所有檢修的損耗備件；建議在燃氣輪機長期維護服務協議中明確不包含的維護備件。同時，將壓氣機葉片噴涂、燃燒器清洗等標準項目，以及現場可直接處理的檢修發現納入維護協議中。修后的冷熱態調試、燃燒調整以及現場轉子動平衡，均屬于檢修部分，同樣不產生變更訂單。

燃氣輪機第1次大修，轉子解體僅發現阻尼環、中間環輕微磨損，若檢修條件不充足，可在原始制造商的保證下不開展轉子解體。轉子設計壽命10萬EOH，若第1次大修結合轉子解體實施技術改造，建議轉子延壽在第2次大修中實施。

燃氣輪機大修前12個月，建議電站確定第2個長周期維護服務協議，將控制系統、SEE和SFC技術改造和維護，燃燒器、燃燒室、透平葉片以及其他改造項目納入第2個長周期維護服務協議，提高燃氣輪機性能和可靠性。考慮到燃氣輪機運行劣化與長周期服務[6]，電站應在第2個長周期維護服務協議中考慮轉子、燃燒器、缸體等部件檢修，燃氣輪機延壽，輔助系統燃料閥、防喘振放氣閥和透平葉片冷卻閥等設備維護。

5 結束語

大修是燃氣輪機維護的重要環節，可有效改變設備劣化趨勢。在長期維護服務協議采購時，應充分考慮燃氣輪機檢修覆蓋范圍、責任分工和備品備件狀況，以及燃氣輪機延壽和冷端部件維護，最大限度降低維護成本。大修前12個月，結合燃氣輪機第2個長周期維護服務協議，開始準備和規劃第1個大修，明確人員責任、清點工具與備件和查驗檢修場地等，確保大修質量、進度和成本。