燃气轮机运行和维修方式对其寿命影响因素的探讨

        良好的运行状况和优良严谨的维修作风，对延长燃气轮机寿命以及减少停机时间和减少检查间隔都有着重要的作用。燃气轮机在实际运行中有很多因素如燃料、滑油、启动循环以及我们的维修思想和外部环境都直接影响着燃气轮机、重要部件或附件的寿命。我们在掌握了燃气轮机的结构原理的同时，还必须清楚这些因素的影响，以利于制定合理的运行方式和维修计划，最大限度的延长燃气轮机的寿命，最大限度的减少运行维修费用和停机时间。
   
        一、进气系统的影响
        进气系统的影响主要体现在发动机吸入空气质量的影响。空气中的杂质颗粒如灰尘、无机盐都能够对压气机、涡轮叶片进行磨蚀、腐蚀、结垢，由于摩擦也能够增大燃烧室喷嘴喉口面积，实验表明20微米的颗粒能引起叶片的明显磨蚀；空气中的油气、工业废气、滑油系统中的油气等会导致压气机叶片结垢。
        压气机涡轮叶片磨蚀、腐蚀、结垢所造成的危害表现在以下方面：
        1、压气机、涡轮叶片的磨蚀、腐蚀一方面会使叶片产生凹痕，增加表面粗糙度，产生疲劳裂纹，造成叶片断裂；另一方面会使叶片表面耐高温涂层脱落。叶片表面涂层脱落，在高温条件下加速叶片的高温蠕变，导致叶片强度降低或不到期断裂。
        2、压气机、涡轮叶片粗糙度增大以及叶片结垢，还将会造成压气机空气流量的降低，使得压气机效率下降，导致燃气轮机发动机的出力减低。实验表明压气机空气流量降低5%将会使发动机功率下降13%，热耗增加5.5%。
        3、压气机叶片顶端的磨损，将导致叶片顶端与压气机壳体间隙增大，造成漏气，导致发动机功率下降，可以说这种性能衰退是不可修复的，也是不可避免的。要想延缓这种故障的出现，必须确保进入燃气轮机的空气质量，使用经厂家确认的空气滤清器滤芯。
        在使用中，我们还应当注意空气滤清器滤芯结霜的影响，在Taurus__60燃气轮机运行时，我们曾遇到这一问题，当时空气温度在—20℃，有雾，空气湿度在80%以上，空气滤清器滤芯结霜严重，差点造成燃气轮机喘振，运行人员处置得当才避免了机组损坏报废。
        燃气轮机出现以下方面的现象时，应考虑是压气机涡轮叶片磨蚀、腐蚀、结垢所致：
        1、燃气轮机输出功率和效率的降低应首先考虑压气机的工作条件恶化所导致。
        2、压气机喘振和发动机震动增大也可能是压气机过度的污染的原因。
        3、发动机T5温度升高(缓慢而非迅速升高)。
        4、发动机加速不良、或者使得发动机转速达不到100%。
        5、用压力表可以明显检查出压气机排气压力降低。
        二、燃料的影响
        燃料除了系统的泄漏的故障外，其潜在的危害还表现在：
        1、燃料系统的清洁度对燃气轮机及其附件的寿命影响较大。这些燃料颗粒既包括重油中的残渣，也包括纯净的轻质油和天然气在其输送管道中混入的有害杂质。这些杂质对燃气轮机燃烧室喷嘴造成堵塞或磨损。同时也对燃气轮机的附件如燃料控制阀、燃料分配器、节流阀造成磨损或卡滞，造成发动机转速—负荷调节失效，导致发动机甩负荷紧急停车。这对发动机的寿命影响最大。
        在1999年3月16日，宝浪燃气轮机电站在切换精细过滤器时，运行人员短时间打开了精细过滤器旁通阀。以至造成在16日7；11开始到17日1：07不到一天时间内，该电站1#、2#机组五次紧急停机，其原因都是“燃料阀位置故障”，具体分析也就是在打开旁通阀时，由于天然气中的杂质没有经过过滤进入到燃料调节阀，使得调节阀操作不灵，当外界负荷变化时，阀的调节与负荷变化不同步，其结果是燃气轮机紧急保护停车。
        2、在使用天然气燃料时，如果符合规定，可以看作是最佳燃料对燃气轮机没有影响。然而如果天然气中混有凝结的液体碳氢化合物并被带入燃气轮机燃料系统，那将会造成燃气轮机的高温烟气通道部件如燃烧室、气体燃料喷嘴、涡轮转子和静子的寿命的的减少。因为液体碳氢化合物爆燃释放出大量的辐射热能，使得高温烟气通道部件暴露在过高温度条件下而损坏。
        天然气中混有凝结的液体碳氢化合物还将造成气体燃料调节阀的卡滞。我们在冬季使用“湿气” 运行时遇到过天然气中积液(当时拌热系统故障)而造成燃料调节阀卡滞回不了位(10%以下)的故障，这时机组无法重新启动运行。
        3、燃料中腐蚀元素如硫、钠、钾、钒、铅能够导致燃气轮机涡轮叶片的高温腐蚀。
        三、燃烧温度的影响
        较高的燃烧温度减少高温部件的寿命，而较低的燃烧温度相应的增加部件的寿命。跟据实验表明，在最大转速工作状态时。涡轮前燃气温度每升高1%，涡轮叶片的强度储备将减少15%。
        在燃气轮机的整个工作过程中，发动机的启动、加速和最大工作状态(尖峰负荷)以及发动机紧急“甩负荷”停车，都使发动机涡轮前燃气温度生高。
        如果燃气轮机长时间处于尖峰负荷下运行，由于较高的运行温度必将要求维修或更换高温烟气通道部件，减少燃气轮机的寿命。在尖峰负荷下运行一小时，相当于在基本负荷下运行六小时。因此我们必须合理的设定燃气轮机的负荷，特别是多台燃气轮机并列运行时最好能合理的分配每一台燃气轮机所承担的负荷，使其低于额定负荷的80%。
        运行中要注意观察和记录T5温度的高低，这是燃气轮机的一个重要参数，使其保持在允许的范围内。对于T5温度异常(指的是T5温度过高或急剧升高)一定要查清故障原因。
        四、滑油系统的影响
        滑油系统的影响主要是润滑不良和滑油颗粒污染。
        滑油系统的润滑不良表现在两方面，一方面是滑油温度的影响，这时要考虑滑油温度过低(如在冬季刚启动机组时)或滑油温度过高时(如夏季滑油散热不良)而造成滑油粘度变化的影响，切记不要在进入发动机的滑油温度超过滑油的最高工作温度下使用发动机，我们在宝浪油田电站Taurus__60燃气轮机运行时，曾经遇到在夏季高温阳光直射时滑油散热器散热不良的问题，我们是通过技术改造在散热器上方增加水淋装置来保证滑油温度的；另一方面在使用过程中，滑油的化学、物理性质也要发生变化，它的粘度、总酸度(TAN)、污染物含量等都要发生变化，我们在使用中应加强对滑油的化验，一旦不合格应立即予以更换。一般情况下应保证每一至二个月对滑油样品的采样进行一次。
        滑油中的污染物特别是滑油中的金属粉末、颗粒，将加大发动机轴承、密封装置、减速齿轮箱、被驱动装置的磨损，从而引起燃气轮机振动加大和寿命减少。反过来轴承和密封装置的磨损又将加速滑油的污染，两者相互作用，必将引起燃气轮机振动的加剧，以至于损坏。
        污染物的来源：
        ①加油时没有使用过滤装置或使用了不清洁的加油工具；
        ②燃气轮机油气分离器过脏，致使回流的滑油受到污染；
        ③滑油管线或滑油箱本身不洁；
        ④燃气轮机、变速箱以及被驱动装置磨损所形成的颗粒污染物。
        五、进行吸入式清洗发动机的影响
        从严格的意义上来讲，对燃气轮发动机进行吸入式清洗，可以减轻由于滑油、无机盐、污垢颗粒通过空气滤清器进入发动机沾附在压气机转子和静子叶片上所造成发动机的污染，从而可以减轻发动机达不到满功率输出和效率降低的故障。
        我们也应当看到对发动机进行带转冲洗也会造成发动机的负面影响，这主要体现在以下几个方面：
        1、无论是使用水冲洗总管或是使用手持喷雾杆进行清洗发动机，水或清洗液对压气机转子和静子叶片的寿命必定是有影响的。这是因为这时在转子和静子叶片间的流动介质毕竟与空气不同，必将增大压气机和涡轮叶片的空气动力负荷，增大叶片的挠度，使其出现疲劳裂纹的可能性增大。
        2、进行清洗发动机，清洗液和清洗液中固体颗粒一方面可造成压气机叶片的磨损，另一方面清洗液中的固体颗粒将在压气机壳体上沉淀而造成空气流动不畅。特别是清洗液中固体不溶性颗粒浓度大于350PPMW尤甚。
        3、进行带转水冲洗时，由于滑油压力过低，有可能使得水或清洗剂通过篦齿式密封机构进入滑油系统，从而造成滑油的污染。
        六、启动、循环次数的影响
        燃气轮机的启动和跳闸“甩负荷”次数也对其寿命有着影响。过高的启动和紧急停车次数都将减少燃气轮机的寿命。因为在启动和紧急停车瞬间都会使的T5温度过高，从而减少了高温烟气通道部件的寿命。
        七、安装、维修质量的影响
        燃气轮机的基础好坏和机组安装水平度的高低，直接影响着机组的运行可靠性和机组的寿命。在安装或维修过程中，燃气轮机与被驱动设备如发电机的对中精度以及安装、更换、维修重要附件、管线、油料时，其清洁程度也将决定燃气轮机的运行维修费用和停机时间。这些都是由运行维修人员的素质和责任心决定的，这是可以调控的。

        结束语
        燃气轮机的结构特点使得燃气轮机没有往复件运动，这也决定了燃气轮机的寿命有两个重要特性：一是燃气轮机没有磨合期，二是燃气轮机和绝大部分部件、附件也没有明显的耗损期。随着使用时间的增加，它的故障率也只是略有增加。其故障率曲线如图所示。

        从燃气轮机的结构特点和故障率曲线我们可以得出如下结论：
        1、对于燃气轮机来说不需要规定寿命。除了刚安装后的故障率较高外，随后的运行故障率基本保持平稳，故障率增加也只是由于压气机、涡轮以及叶片随着使用时间增加其磨损、高温燃烧引起的故障率是增加的。据统计资料显示：只要在良好的运行方式和维修水平下，燃气轮机的运行寿命在3万小时以上。
        2、在许多情况下，对燃气轮机进行定时翻修会给本来稳定的系统带来较高的早期故障率。这就有必要建立一种新的维修体系，即建立以可靠性为中心的维修体系。也就是说，燃气轮机及其附件的维修检查、翻修、大修等工作，必须根据燃气轮机的性能参数如：负荷、T5温度、燃料的流量压力、滑油的压力、启动时间和次数、惰走时间、机组的振动水平等的变化来确定，一旦这些性能参数偏离了正常值，就可有助于精确预示故障出现的部位。因此我们必须在固定的时间间隔内把这些运行数据记录好，以这些数据作为机组恶化时的测量比较。
        借助于现代化的测试、检查仪器如涡轮孔探仪等是建立以可靠性为中心维修体系的必要手段。
        我们还要明白，燃气轮机的维修间隔和寿命除了取决于机组的运行维修方式外，还取决于操作和维修人员的技术水平，充分利用制造厂商的指导文件和服务支持是有益的。