© 2004 General Electric Company. GER-3620K (12/04) All Rights Reserved 重型燃气轮机的运行和维护 David Balevic GE Energy Atlanta, GA Robert Burger GE Energy Atlanta, GA David Forry GE Energy Greenville, SC GE Energy┃GER-3620K(12/04)i 重型燃气轮机的运行和维护 目录 引言 1 维修计划 1 燃气轮机的设计和维修特点 2 孔探仪检查 2 影响维修和设备寿命的主要因素 3 起动次数和运行时间标准 3 服务系数 4 燃料 4 燃烧温度 5 注蒸汽/水 6 循环效果 6 热通道部件 6 转子部件 8 燃烧部件 9 超频率运行.10 空气质量.11 滑油清洁度.12 进气湿度.12 维修检查 .12 备用状态检查.13 运行检查.13 负荷与排气温度.13 振动级别.13 燃料流量和压力.13 排气温度和温度场变化.14 起动时间.14 惰走时间.14 快速冷却.14 燃烧检查.14 热通道检查.15 大修检查.16 备件计划.18 检查间隔期 .18 热通道检查间隔期.19 转子检查间隔期.19 燃烧检查间隔.21 人力计划 .22 结论 .22 参考文献 .22 鸣谢 .23 附录 .24 修订史 .26 图表目录 .27 GE Energy┃GER-3620K(12/04)i 重型燃气轮机的运行和维护 GE Energy┃GER-3620K(12/04)1 重型燃气轮机的运行和维护 引言 设备维护费用和机组可用率是用户所关心的两个 最重要的内容。
因此，必须制定一个维修计划以取得 最低费用和最大设备可用率为了使检修维护计划取 得实质的效果，用户必须对以下几个方面有全面性的 理解：运行计划和电厂着重点，维修、操作人员的技 术水平，设备制造厂对于检修周期和检修级别的建议， 备品备件供应计划，以及其他影响设备寿命和正常运 行的主要因素 本文要对重型燃机运行和维护的做法进行讨论， 重点放在检修类型和运行因素对维修计划的影响一 个预先制定好的维修计划能获得最大的设备可用率和 最经济的维护成本利用 注意： ■ 本文中描述的的重型燃机的运行和维护做法 是以完全应用 GE 公司认可的部件、修理和 服务为基础的 ■ 本文讨论的运行操作和维修方面内容适用于 全部 GE 重型燃气轮机，即：MS3000， 5000，6000，7000 和 9000 系列我们选择 MS7001EA 举例说明如果有针对某一特定 机型的特殊问题，请直接咨询当地的 GE 公 司人员 维修计划 上网公用电站、工业自备电站、独立发电供应 商和热电联产电站都必须有一个预先制定好的维修计 划，力求停机时间最短正确执行预先制定好的维修 和检查计划对减少非计划故障停机、提高机组起动可 靠性有直接好处，从而减少非计划的停机检修和缩短 停运时间。
影响维修计划的主要因素如图 1 所示，用 户的运行方式和操作将决定每一个因素所占比重 燃气轮机中特别需要注意的是那些与燃烧过程有 关的，暴露在从燃烧系统排出的高温气体中的部件 它们被称为燃烧部件和热通道部件，包括火焰筒，端 盖，燃料喷嘴，联焰管，过渡段，透平喷嘴，透平复 环和透平叶片 处于长期考虑，另外需要注意的是压气机和透平 转子的寿命 GE 重型燃气轮机的基本设计和维修建议是为了 达到以下目标： ■ 检查和大修之间的机组可用时间最大化 ■ 现场实地检查和维修 ■ 利用本地化的技术力量进行拆卸，检查和复 装 除了燃气轮机主机的维修外，控制装置、燃料测 量设备、燃机辅助设备、负荷组件和其它电厂辅助设 备都需要定期检修 从计划停机和非计划被迫停机的分析中 ( 图 2) 可 以看出，主要维修工作可分为五个基本系统 : 控制系 统和附件、燃烧系统、透平、发电机和电站辅机控 制系统和附件的不可用一般会造成短时间停机检修， 与此相反，其它四个系统次数少得多，但通常会造成 较长时间的停机检修 在提供给用户的运行和维修手册中，列出了检 制造商推荐 维护程序 设计特征工作循环停工期费用 燃料类型 备件可用性 ／投资 储备需求环 境应用需求 诊断和专家 系统 可靠性需求 现场维护能力 维护计划 图 1 影响维护计划的主要因素 GE Energy┃GER-3620K(12/04)2 重型燃气轮机的运行和维护 查和修理的要求，让用户自己建立检修规范。
另外， 我们还通过一个称为：TIL(Technical Information Letter) 的系统，来向客户提供补充技术资料运行和 维修手册、TIL 的更新技术资料，确保机组的最佳安 装、 运行和维修许多 TILs 文件中包括一些技术建议， 帮助用户解决问题，改善机组的运行、维修、安全性、 可靠性或利用率用户应该仔细阅读理解 TILs 中的 建议，并确保其在检修计划中得到落实 为了使机组的维护计划切实可行有效，以成本和 机组可利用率为立足点，用户必须全面理解以下相互 关系，即电站运行计划、电站着重点、制造厂对检查 次数和类型的建议、备件计划、以及其它影响机组和 正常运行的因素接下来将我们逐一讨论这些问题 燃气轮机的设计和维修特点 GE 重型燃气轮机设计可以承受恶劣的工况，能 在现场维修，需要返厂修理的只限于需要专门维修中 心服务的某些燃烧部件、热通道部件和转子组件为 使 GE 重型燃机能在现场方便的维修，我们的机组有 以下设计特点： 所有的缸体、外壳和框架都有水平中分面上半 缸能被单独吊走以便维护内部部件 压气机上半缸被吊开后，所有的静叶都能沿周 向旋出来，以便检查、更换，而不必吊出转子。
在大 多数设计中，进气缸上半部吊开后，进口可调导叶 (VIGVs) 可以沿径向取出 透平缸的上半缸吊开后，上半缸和下半缸的第一 级喷嘴都能拆下来检查、修理或更换，而不必吊出转 子大部分 机组，透平的后几级上半喷嘴和隔板灯 可以和上缸一起吊出，所以，不吊转子我们也可以对 透平动叶进行检查和 / 或更换 所有各级透平动叶都进行过配重和计算机组合， 成套配成一级转动组件，因而可以不吊出转子进行动 叶更换或换过动叶的转子可以不必重新做转子的动平 衡 所有轴承套和轴瓦都有水平中分面，因而在需要 时可以检查和更换轴瓦的下半部可以取出而不必吊 出转子 所有的密封、轴封装配在轴承箱、缸体上，可以 容易地取出出、更换 绝大大多数设计，燃料喷嘴、火焰筒和导流套都 可以不需要吊缸拆下来检查、维修或更换所有主要 辅机设备，如 : 过滤器和冷却器，都是可隔离的组件， 可以容易的进行检查和维修也可以按需对个别部件 进行更换 GE 重型燃气轮机上还有其他便于检查维护的辅 助设计，以便进行一些特殊的检查这些特殊设计 可以对一些关键的热通道部件进行目视检查和间隙测 量，而不需要把燃机的外缸和外壳揭开这些程序包 括热通道的孔探仪检查和透平喷嘴的轴向间隙测量。
一台 GE 燃机， 是一个设计好的集成模块，包括 动静机械部件， 流体系统，热力系统，电气系统机 组的性能指标，包括燃机部件的性能指标都依赖于这 些系统之间的相互作用GE 通过严格的设计过程控 制， 对维修、设计变更造成燃机系统和部件的影响进 行评估设计、评估、试验、批准， 这一整套必须遵 守的既定程序， 可以确保系统和各设备之间的相互匹 配， 保证机组的安全稳定经济运行 1234567 SOF = 计划停机 FOF = 被迫停机 联合循环机组 燃气轮机 透平部分 燃烧室部分 压气机部分 轴承 控制及附件 发电机 辅机 图 2 引起机组停机的五个主要系统 GE Energy┃GER-3620K(12/04)3 重型燃气轮机的运行和维护 孔探仪检查 GE 重型燃气轮机的压气机气缸和透平外壳上都 有既定设计以便采用孔探仪对压气机中间级，透平第 一、二和三级叶片以及透平喷嘴隔板进行孔探检查 这些设计，包括穿过压气机缸、透平缸外壳和内部复 环的径向对中孔，孔探仪可以穿过通孔对压气机或透 平的通流部分，如图 3 所示 有效的孔探仪检查程序可以达到 : 仅仅在需要修 理或更换内部部件时，才吊走气缸和外壳。
图 4 推荐 了一个基于常规检修之外的的计划性孔探仪检查间隔 周期这个孔探仪检查周期是以通用的常规机组运行 模式为基础而制定的我们可以根据运行经验、机组 运行模式、燃料和以前的孔探仪检查结果对孔探仪检 查间隔期进行调整 采用我们可以参考孔探仪检查的结果，制定停机 计划，定购所需备件，从而降低维修费用，提高机组 的可用性和可靠性 孔探仪检测 天然气和 轻油 燃烧检查时或每年一次 （按先到期者进行） 重油 燃烧室检查时或 每半年进行一次 （按先到期者进行） 图 4 孔探仪检查方案 影响维修和设备寿命的主要因素 有很多因素能影响设备的寿命，必须充分理解这 些因素并反映在用户检修计划中如图 5 所示，起动 周期、功率设置、燃料、注蒸汽或水的多少和次数都 会影响燃机主要部件的寿命，因此都是决定检修间隔 期的关键因素 ● 循环效应 ● 火焰温度 ● 燃料 ● 注入蒸汽/水 图 5 维护成本和设备寿命受上述主要因素的影响 GE 推荐在制定维修计划的方法中，以烧天然气、 连续运行、没有注水或蒸汽为基准，来设定最长的推 荐维修间隔周期对于不同于此基准的如果机组实际 运行模式和上述基准不同，我们用维修系数来进行计 算确定维修级别和检修周期。
例如， 当维修系数为2时， 维修间隔周期就是基准间隔周期的一半 起动次数和运行时间标准 燃气轮机在不同的运行负荷下磨损方式也不同， 如图 6 所示 ● 连续运行机组 －破裂 －蠕变偏位 －高度疲劳 －磨蚀 －氧化 －腐蚀 －擦伤／磨损 －异物损伤 ● 频繁启停机组 －热机械疲劳 －碰磨／磨损 －异物损伤 图 6 热通道部件失效原因 热力机械疲劳是影响调峰机组寿命的主要因素， 蠕变、氧化、腐蚀是影响连续运行机组寿命的主要因 素 GE 机组设计标准中已经考虑到了这些因素的相互 作用，但并不代表机组可以免维护为此，GE 用起 动次数和运行时间来决定运行机组地检修维护需求 哪种标准期限首先达到，我们就用那个标准来决定检 修间隔期GE 检修维护矩阵如图 7 所示图中，检 查间隔期的推荐值由起动次数和运行小时数形成的矩 阵来确定按照这个矩阵确定的检查间隔的推荐值要 求检修维护机组， 若机组及部件在设计寿命范围内， 而且所有的部件经检查确认，可以继续使用那么在 以后的运行中，机组和部件就只有非常低的失效风险 另外一种判定方法有时被其它制造厂采用，即把 每一次的起动次数转换成等效的运行小时数 (EOH)， 检修维护的间隔期用这个等效时间来确定。
如前所述， GE 公司不认同这种方法这种算法会让人产生间隔 期较长的假象，但实际上却要求更为频繁的维修检查 再看图 7，如果用 EOH 方法，起动次数和运行时间的 检查“矩形图” 被一条从左上角的起动次数极限点到 右下角的运行时间极限点的对角线所切割后，就被减 少了一半对于中间负荷运行的机组，比如：运行小 时数 / 启动次数 =30 到 50，用这种 EOH 方法明显不 合适 图 3 MS7001E 燃气轮机孔探仪入口位置 GE Energy┃GER-3620K(12/04)4 重型燃气轮机的运行和维护 图 8 以一台 MS7001EA 燃气轮机为例，机组烧 天然气、基本负荷运行、没有注蒸汽或水、没有甩负 荷停机机组每年运行 4000 小时，起动 300 次根 据 GE 的建议，用户在限定起动次数条件下可在运行 四年之后进行热通道检查如果根据等效时间准则， 这台机组将被要。