索拉燃气轮机大修延时可行性研究

陈瑞成

（中石油管道联合有限公司西部兰州输气分公司，甘肃　兰州　730030）

索拉燃气轮机大修延时可行性研究

陈瑞成

（中石油管道联合有限公司西部兰州输气分公司，甘肃兰州730030）

在目前索拉燃气轮机3万h大修的基础上，延时至3.5万h甚至更长时间大修是可行的，主要原因如下。运行工况有利：维护保养到位；管理、运行人员技术基础支撑；新增维保、检查措施到位；有客观的经济效益，以Titan130燃机为例，如果延时至3.5万h大修，则可节约大修直接相关费用10万美元。

燃气轮机；监测方法；可行性研究

1　目前大修现状

兰州输气分公司有13台美国索拉公司生产的燃气轮机，其中Taurus60有1台，Taurus70有3台，Titanl30有9台。按照厂家要求每运行30000h发动机部分就必须返厂大修。按照集团公司与索拉签订的战略协议，发动机每运行1h就需要大修费71美元，而且该费用有逐年上涨的趋势。每次大修需要时间约6个月，造成机组长期无法使用。

由于燃气轮机为高精尖产品，国内目前鲜有关于压缩机组长周期运行，未按照厂家要求进行大修的案例。

国外目前流行的维修趋势是“视情维修”，一般由设备厂家来对设备进行全面的评估，之后确定是否可以进行大修周期的延长。判断的标准厂家不会提供，此外究竟是否可以延长大修周期，完全是厂家单方面说了算，用户没有话语权。

进行索拉压缩机组长周期运行技术研究工作，将会大幅节约大修费用，同时提高机组利用率，有很明显的效益。

2　分公司进行延长大修时间的可行性分析

2.1影响机组寿命的主要因素

1）热部件到寿，主要是高温及温差导致零部件无法满足运行要求。

2）运转部件损坏导致设备寿命终止，主要是轴承磨损或损坏、转子部件故障等异常，导致运转部件损坏。

3）密封件（迷宫密封、蜂窝密封等）密封效果差，造成机组运行效率低下，高昂的运行费用超过了延长大修带来的收益。从索拉提供的乌兰1#燃机大修解体报告和湖东1#燃机大修解体报告可以看出，密封有一定的磨损，但是在正常范围内。

2.2运行工况有利

1）使用天然气作为燃料的影响。不同品质的燃料对热通道部件的影响效果截然不同，这是因为燃料成分及燃烧特性的差异，燃料所含的热值、化学元素、杂质及其比重、粘度和可挥发性不同，表现出来的可雾化程度、燃烧反应速度、火焰热辐射能量、燃烧产物的腐蚀性和燃烧产物的灰分等也各不相同。燃烧过程生成物质对燃气轮机热部件的使用寿命的影响也大不一样，分公司使用天然气作为燃料，最有利于燃机长周期运行，因为天然气中主要化学成分燃烧反应最快、有害物质含量最少、完全燃烧程度高、火焰热辐射弱、对热通道部件的影响最小。

2）负荷变化及运行负荷的影响。燃气轮机的热通道部件寿命取决于燃机燃烧燃气的温度及透平的运行温度。通常情况下，燃机机组在高负荷下的运行燃气温度比低负荷时的运行燃气温度要高，高燃气工质温度使得部件材料承受的热载荷高。因此，其零部件的寿命相应就会缩短。据有关资料显示，在怠速（不带负荷运行）下运行2h对设备的影响相当于100%负荷下运行lh。分公司燃机由于孤网运行和上游天然气产量限制，基本上长期在较低负荷状态下运行，为发动机积累了大量的剩余寿命。湖东压气站2#机组在2012年底和2013年初用气高峰时的燃气透平转速（NGP），基本上在90%运行，最高未超过94%，其他压气站也基本类似。

3）启动与启动次数。燃气轮机每次正常启机和停机时。从启动点火、暖机、升速、加负荷、降负荷、降速到熄火的整个过程，热通道部件经受了剧烈的温度变化，经历了从加热膨胀到冷却收缩的周期性变化，透平热通道部件承受燃气温度快速变化而引起的热冲击，产生热应力，多次循环发生，某些应力集中部位会出现疲劳裂纹。另外，高温环境也会使金属材料发生蠕变，从而缩短热通道部件的使用寿命。分公司将启停机次数作为考核指标，平均无故障运行时间位居板块公司前列，燃机启停次数明显减少，如湖东1#燃机，第一个大修周期启动170次。

4）运行环境因素的影响。空气中除了杂质对热通道部件有害外，灰尘、盐和油等也能引起压气机叶片磨蚀、腐蚀和积垢。分公司机组几乎全位于青海境内无人区，空气质量优良，分公司采用高效的自洁式空气过滤系统，一直采购原装进口滤芯，并进行定期清理和更换，过滤效果非常好，保证了发动机的工作条件。并定期进行发动机清洗工作，避免杂质对发动机寿命造成影响。

2.3维护保养到位

良好的维护可以使发动机运行寿命延长。

1）分公司在多年运行经验基础上，结合索拉提供的维保手册，编制了详细的维护保养规程。从索拉提供的乌兰1#燃机解体报告和湖东1#燃机解体报告可以看出，分公司维保是做到位的。

2）按照索拉公司规范要求，定期检测润滑油，更换不合格油品。见表1。

表1　定期检测润滑油参数

2.4管理、运行人员技术基础支撑

3　延时大修前的准备

3.1数据收集

1）机组投产初期的运行数据。

2）机组各个时期的历史运行记录。

3.228000h检查保养

28000h时应该进行一次4000h保养，由于计划进行大修延时，因此，在28000h时升级为更加全面的8000h保养。此外，还应进行第五部分新增检查、评价、维保内容。当机组运行至28000h时，就应该确定机组是否可以延长大修，而不是等到运行至30000h才确定。

3.330000h检查保养

机组运行至30000h进行一次40000h保养。重点对机组进行内窥镜检查、润滑油分析、水洗、性能比较评价。

在这种背景下，如何有效地实施创新驱动战略开始成为全社会共同的关注点。建筑业作为我国重要的传统支柱性产业，经过30多年的赶超式高速发展，成就辉煌，奠定了今天“建造大国”的地位。但这种增长主要是投资、劳动投入等要素驱动的，科技进步贡献率一直处于较低水平[6]。尤其是2014年经济步入新常态后，中国进入后工业化时代的趋势愈发明显[7-8]，资本、劳动等生产要素开始从建筑业等非服务业部门向服务业部门转移[9]，建筑业传统的要素驱动增长模式难以为继。因此，在实施创新驱动发展、建设创新国家的行动中建筑业必须担负起其应负的历史与现实责任。

4　新增检查、评价、维保内容

发动机运行28000h时，进行全面状态检查，评估发动机是否能够进行延寿运行工作。对运行时设备振动进行频谱、轴心轨迹、润滑油金属含量分析等工作，全面检查发动机内部状况，特别是对热部件进行详细检查。通过这些工作，对设备状态有清楚的了解，再确定是否进行延寿运行。即使不能进行延寿运行，也还有时间来报大修理项目等后续措施。

4.1热部件的监测方法

热部件到寿前，会出现裂纹、变形等异常现象，可以通过内窥检查工作发现热部件的缺陷，还可以发现转子部件的缺陷。认为影响到发动机安全运行时。就可以停止延寿运行工作，保证设备在延寿运行期间的安全。

在28000h时进行一次全面的内窥镜检查，与运行10000h、20000h、30000h左右的机组进行比对，确定热部件老化的情况。

此后在30000h、32000h、34000h均进行内窥镜的检查和比对工作。

从乌兰和湖东1#机组大修解体报告来看，热部件仅有轻微的热腐蚀，属于正常情况。

4.2转动部件的监测方法

在运行28000h时，需要进行振动分析。分公司先期在涩北、羊肠子沟、乌兰站已经有5套机组安装振动诊断系统，实现燃气轮机的状态监测与分析.可以分析轴承振动的频谱、轴心轨迹等，结合机组自带的振动监测系统，就可以确定包括轴承在内的转动部件的工作状态，可以确定轴承的磨损程度。

由于该监测比较专业，分公司可以请技服来帮助诊断（技服有便携式振动监测设备，有解读振动数据的合作厂家）。位于廊坊的压缩机大修厂也可开展这项业务。

4.3密封件的检查

从乌兰和湖东1#燃机大修解体报告中可以看出，密封（迷宫密封、蜂窝密封）都有一定程度的磨损，这也是正常现象。但如果迷宫密封过度磨损，会导致润滑油进入燃机参与燃烧或者污染部件，出现了所谓“烧机油”的现象。蜂窝密封过度磨损则会导致机组效率大幅下降，不利于机组经济运行。

针对迷宫密封磨损的监测，简单的方法就是记录润滑油消耗量。从28000h起，每天记录润滑油液位，要注意排除润滑油压力变化、润滑油取样、泄漏的影响。另一种方法就是对尾气进行监测，通过尾气的变化，可以精确地追踪到是否有润滑油进入了燃机并且参与了燃烧。尾气监测可以通过自行购买便携式的检测仪来实现。

蜂窝密封如果出现较大磨损，则可通过性能对比来发现，关于性能评估比对将在后续做详细说明。

4.4润滑油金属含量分析

由于轴承等部件的磨损，金属微粒进入到润滑油中，对润滑油进行金属种类、含量分析，并跟踪它们的变化，可以判断发动机内部轴承、齿轮等部件的工作状态，包括是否存在异常磨损等现象。这个内容可以定期委托外单位进行或者自购一台分析仪。

目前分公司是委托有资质的单位进行润滑油分析，分析项目中包含了颗粒度（也就是杂质）的分析，颗粒度分析内包含了金属杂质，但是建议专门新增润滑油金属含量分析。这项分析工作从28000h时开始，每1000h做一次润滑油分析，需要注意的是取样点必须在润滑油过滤器前。

4.5机组性能的科学评估

燃气轮机随着运行时间的增加，必然会有老化，因此，需要对燃气轮机进行性能评估，机组由于老化多消耗的能源必须少于大修延长带来的收益，要进行经济性研究，研究燃气轮机性能评价的方式方法，对燃气轮机目前运行状态进行全面的评估，之后定量分析影响燃气轮机性能的因素，确定这些因素在多大程度上对燃气轮机的性能造成影响，根据分析结果，提出提升燃气轮机性能的改造措施，对这些措施进行深入的可行性、经济性分析后，实施相应措施，并且对实施前后的运行数据进行比较分析。

性能评估需要依据大量的历史数据进行比对分析。随着机组运行时间的增加，性能必然是逐步缓慢下降的。

实际使用中，相关公式较复杂，可采用经验数值。在机组运行10000h以内，每多运行1000h，输出功率下降0.34%，10000h以后，每多运行1000h，输出功率下降0.03%。

因此，机组在28000h之后，每运行500h就应该进行一次评估比对（性能评价是可以在线进行的）。如果现场实际评估的性能与预期性能有较大的偏离时，应该对机组进行详细的内窥检查。

4.6维护管理手段

由于要进行大修延时工作，因此，分公司机组日常运行中就应该严格管理。具体建议措施如下：

1）严格按照操作规程进行保养；

2）对机组产生了历史记录每月备份，便于后期比对；

3）每次水洗完成后，最好能略4）加强启动马达的保养，尤其是启动次数超过300次后。

带负荷运行1个h，将机组内的水汽完全烘干，保护机组密封等不会生锈；

5　经济性分析

根据中石油与索拉公司的框架协议，Titan130燃机大修费用是30000h以内，71.02美元/h，30000h以后，53.27美元/h，如果将大修时间从目前的30000h延长至35000h，扣除额外增加的维保费用，可节约大修直接相关费用10万美元。

机组延时运行后，性能会下降，运行10000h以后，每多运行1000h，输出功率下降0.03%。按照这个经验公式来计算，没多运行1000h，要多消耗天然气1000标方，如果延时至35000h，则要多消耗天然气1.5万标方天然气。折合人民币约2万元，可见如果机组性能是按正常情况下降的，由于性能下降而额外增加的运行成本可忽略不计。

可见，机组延长大修时间能够带来一定的经济效益。

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