燃气轮机检修周期(16页).doc

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1、-燃气轮机检修周期-第 364 页第十九讲 概 述19.1 燃气轮机应用的现状及发展前景燃气轮机作为新型的动力设备，由于具有结构紧凑，单位功率重量轻，运行平稳且安全可靠，可以大型化且热效率较高，可以快速起动和带负荷等显著的优点，受到世人的广泛关注，应用的范围越来越广。在航天航空领域里是独一无二、不可替代的动力设备；在航海和陆上交通运输领域里也占有越来越重要的地位，在一些现代化的舰船上，均采用燃气轮机作动力设备。陆上交通运输工具，如汽车、火车机车及军用坦克上也采用燃机作动力设备；在发电领域里，由于燃气轮机电厂占地面积少、建设周期短、水的消耗量少、排气污染轻受到人们的广泛关注，尤其是以燃气轮机为主

2、组成的燃气蒸汽联合循环电厂不仅排气污染轻，而且其热效率已达到和超过了最新型的超超临界参数的蒸汽轮发电机组，所以在发电行业里的应用也越来越多，已动摇了蒸汽轮发电机组在发电行业的霸主地位。可以预期，在不久的将来必定会取代蒸汽轮发电机组在发电行业的霸主地位。据2000年的统计，全世界新增发电容量中，燃气轮机及其联合循环已占到3536；在一些西方发达国家里，这个比例还要高，例如2000年美国的新增发电容量中，燃气轮机及其联合循环占48，传统的蒸汽轮发电机组占48；而在德国，燃气轮机及其联合循环在新增发电容量中占到2/3。由此可见，在世界范围内燃气轮机及其联合循环已成为火电发展的重要方向。由于以前的燃气

3、轮机及其联合循环电厂以石油及其制品和天然气为燃料，大大制约了燃气轮机的应用和发展，但随着近期煤气化联合循环技术的发展和成熟，燃气轮机不仅可以以油气为燃料，而且可以以中低热值煤气为燃料，这就为燃气轮机的大发展和更广泛的应用奠定了坚实的基础。特别是以燃气轮机为主组成的煤气化联合循环，可以用来改造现有的燃煤的蒸汽轮发电机组，在继续以煤为燃料的同时，又解决了严重的排气污染，还可以增加出力和热效率，这为改造能耗高、排气污染严重的燃煤的蒸汽轮发电机组提供了非常好的选择。此外，燃气轮机还在一些新型发电技术中占据着很重要的地位，如湿空气透平（UAT）循环和燃料电池燃气轮机循环等新型发电技术，这将是今后发电技术

4、发展的主要方向之一。由此可知，燃气轮机具有非常光明的发展前景，其应用会越来越广泛。19.2 燃气轮机检修的重要性随着燃气轮机的广泛应用，燃气轮机的检修也就很自然地越来越受到人们的关注。尽管燃气轮机的工质的工作压力不是很高，基本上在30bar之内，但其工质的温度很高，E型技术燃气轮机的进气温度为1100，而G型、H型技术燃气轮机的进气温度为1430左右，并且是高速旋转式机械。在此条件下工作的燃气轮机除了必须加强日常的运行维护之外，还必须定期进行检修，以确保机组能安全的运行。燃气轮机的燃料，可以是天然气，也可以是轻油和重油或原油，甚至是低热值煤气。根据所用燃料的不同，燃气轮机的维护和定期检修的内容

5、和工作量也不同。由于燃气轮机的工作温度很高，又是高速旋转式机械，其工作条件是相当恶劣的，尽管在燃烧系统和热通道部件的选材、加工工艺、涂层及冷却等诸多方面采取了很多抗高温的措施，但在燃气轮机的运行中仍不时发生因高温而引发的各种事故，所以对燃气轮机的定期检修规定了明确且严格的时间周期和具体的检修内容，要严格按照燃气轮机制造厂商提供的技术文件和有关的规范要求进行施工，以期通过检修解决机组运行中发现的问题和虽没有发现但已存在的威胁机组安全运行的隐患，确保机组的安全运行。同时，合理而科学的检修还可以延长燃气轮机各零部件的使用寿命，提高燃机运行的经济性。19.3 检修计划的制定及检修周期的确定首先要说明的

6、是，国内燃气轮机电厂中所使用的燃气轮机，绝大多数是GE系列的产品，所以我们所能看到的技术文件也基本上是GE的，故而我们的叙述也是以GE的产品为主。由于燃气轮机所使用燃料的多样性和运行方式的多样化，会对燃气轮机检修计划的制定产生很大的影响。影响燃气轮机检修计划的主要原因如图19l所示，而燃气轮机的运行方式又将决定每一个因素的轻重。图191 影响检修计划的主要因素 燃气轮机中特别需要关注的是那些与燃烧过程有联系的及暴露在从燃烧系统中排出的高温烟气中的部件，即火焰筒、联焰管和过渡段等燃烧系统部件及透平喷嘴、透平护环和透平动叶等热通道部件。由于它们在腐蚀性的高温环境里工作，所以发生故障的几率也就比较高

7、，检修中应予以充分的关注。由于材料、加工工艺及涂层等原因，这些高温部件价格很昂贵，是检修的备品备件费用中的主要部分，所以燃气轮机的用户们应对机组的运行予以应有的注意，尽可能地避免超温运行，避免尖峰负荷运行，每次开机尽可能地多运行一些时间，尽量减少超温和频繁的交变热应力对这些高温部件所造成的损害，以延长这些高温部件的使用寿命，提高电厂的经济效益。GE重型燃气轮机的基本设计和检修的建议是为了达到以下目标：（1）检修和大修之间的最长运行周期；（2）现成在位检查和维修；（3）使用当地的技术力量进行拆卸、检查和复装。图192 热通道（喷嘴和动叶片）检修系数图193 燃料类型对检修的影响 燃气轮机检修计划

8、的制定和检修周期的确定就是根据图191所示的影响检修计划的主要因素和机组的运行方式来决定的。在图191所示的影响检修计划的主要因素中，起主导作用的也就是影响检修和设备寿命的因素是机组的运行方式、燃烧温度、燃料和注水/蒸汽。对连续负荷运行的机组，影响机组寿命的主要因素是氧化腐蚀和蠕变，而影响周期负荷运行（调峰）机组寿命的主要是热力机械疲劳；燃料对机组检修周期的影响是显而易见的，因为燃料不同，燃料中对金属材料有害的杂质的含量就不同，所以对机组的燃烧系统部件、热通道部件及透平排气部件所造成的损害也就不同，在图192中列出了各有关因素的热通道（喷嘴和动叶片）检修系数。图193上所示曲线为燃料对检修系数

9、影响的曲线，由于燃料类型的不同，燃料中所含氢的重量百分比也不同，对检修的影响自然也就不同。由图中曲线可以看出，燃料中所含氢的重量百分比越小，检修的周期就越短，反之检修周期就越长。图195 以起动次数为基准的热通道检修周期图194 以运行时数为基准的热通道检修周期表191 推荐的检修周期 转子检修周期不适用于MS6F机组。GE所推荐的表191中的检修周期是以烧天然气、基本负荷运行且没有注水或注蒸汽作为基本条件的，当机组的实际运行情况与上述基本条件不同时，机组的真实的检修周期应由推荐的检修周期除以一个大于1的检修系数，而检修系数的大小由燃料类型、尖峰负荷运行的时间、注水/蒸汽的情况、正常负荷起动停

10、机的循环次数、部分负荷起动停机的次数、紧急起动的次数、跳闸次数等因素确定。图194是以运行时数为基准的热通道检修周期，图195是以起动次数为基准的热通道检修周期，这两种热通道的检修周期无论哪一种先达到，均应进行热通道的检修。图196是以运行时数为基准的转子检修周期，图197是以起动次数为基准的转子检修周期，跟热通道的检修一样，无论哪一种周期先达到，均应进行转子的检修。图198 甩负荷跳闸的检修系数图197 以起动次数为基准的转子检修周期图196 以运行时数为基准的转子检修周期 根据图194图197就可以确定热通道和整机（即大修）的检修周期，但燃烧系统的检修周期没有给出这样的形式，对于燃烧系统设

11、备的时间、燃料、稀释剂种类和排放水平都分别给出了建议，对于特定应用方式的机组的燃烧系统检修周期可由燃气轮机制造厂商的现场服务代表给予推荐，或参照MS7001EA燃烧系统检修周期的例子（由表192）来确定。制定检修计划和确定检修周期时除了根据燃气轮机制造厂商提供的技术文件和推荐的检修周期之外，还应在机组停机时利用孔探仪对机组的实际运行状况进行检查，综合考虑孔探仪检查的情况和机组在实际运行的过程中发现的问题来确定具体的检修日期和检修范围，以确保机组运行的安全可靠和降低检修的费用。表192 推荐的MS7001EA燃烧系统检修周期注：Extendor燃烧系统耐磨件使燃烧检修延至24000h。图199

12、各种检修的工作范围19.4 检修的分类由于燃气轮机各部分工作温度的高低不同，所以检修的周期也不同，通常可将燃气轮机的检修分成以下三种不同形式。19 燃烧系统检查（亦称小修）图1911 6FA燃气轮机的示意图图1910 MS6001系列燃气轮机上采用的分管型燃烧室的总成图1燃料喷嘴2盖板3外壳4点火器5导流衬套6火焰筒7环腔8过渡段9混合区10混合射流孔11一次射流孔12燃烧区13过渡锥顶14配气盖板15旋流器由于燃烧系统是燃气轮机中工作温度最高的，所以燃烧系统的部件出故障的几率也就多些，燃烧系统的检查，即小修的周期也就最短。燃烧系统检查的目的是消除燃烧系统中影响机组安全运行的因素。根据机组型号

13、的不同，按以烧天然气、基本负荷运行且没有注水或注蒸汽作为基本条件所推荐的检修周期也不同，详见表191。燃烧系统检修的范围包括从燃料喷嘴开始到过渡段为止的整个燃烧系统的所有部件，详见图199。 燃烧系统是燃气轮机的各组成部分中变化最大、型式最多的一个组成部分，所以其检修的方式方法和技术要求的变化也最多。如GE系统的燃气轮机基本都是采用逆流分管式的燃烧系统，如图1910图1912所示，只是由于机组容量的不同，分管式燃烧室的数量有所不同而已，如MS6001B型燃气轮机有10个分管式燃烧室，而MS9001E型燃气轮机有14个分管式燃烧室；德国Siemens公司生产的燃气轮机多采用圆筒式燃烧室和环形燃烧

14、室，如图1913是双立式的圆筒形燃烧室，图1914是双卧式的圆筒形燃烧室，图1915则是环形燃烧室；ABB公司生产的燃气轮机采用圆筒形燃烧室和二次燃烧的环形燃烧室，如图l916是立式的单圆筒形燃烧室，图l917是二次燃烧的环形燃烧室，这种结构形式虽图1912 9E型燃气轮机的结构图1辅机底盘2起动电动机3液力变扭器4辅助齿轮箱5辅助联轴器6辅助联轴器罩壳7进气室8压气机进气缸9压气机前缸10压气机后缸11压气机排气缸12进口可转导叶13压气机静叶片14压气机转子151轴承16高压磁性传感器17燃烧室外缸18火焰筒19过渡段20燃料喷咀21进口圆锥22透平气缸23支撑环24透平一级喷咀25透平二

15、级喷咀26透平三级喷咀27透平转子282轴承293轴承30排气框架31排气室32负荷联轴器33排气室底盘35雾化空气预冷器36燃料喷咀清吹控制阀37排气扩压器38滑油冷却器39滑油过滤器40燃油过滤器41燃油载止阀42辅助液压泵43主液压泵44辅助滑油泵45事故（应急）滑油泵46负荷驱动间47液压模件48起动装置座502轴承排气管51密封油泵增加了转子的轴向长度，但可以降低燃气轮机的初温，也就是降低燃烧温度，从而达到降低NOx排放造成的污染且保持较高的机组热效率。由此可见，燃气轮机燃烧系统的变化还是很大的，因此燃烧系统检修的方式方法也应有很大的差异。图1913 双立式圆筒形燃烧室的结构目前，我

16、国各燃机电厂使用的燃气轮发电机组，无论是引进机组还是国产机组，主要是以GE系列的燃气轮机为主。根据GE系列燃气轮机的分管式燃烧系统，其检修的主要工作是拆下燃料喷嘴，打开燃烧室端盖，拆出联焰管、火焰筒、过渡段和导流衬套，重点检查燃料喷嘴、火焰筒、过渡段、联焰管、导流衬套、单向阀、火花塞和火焰探测器等零部件，检查其积碳、结垢、烧蚀、烧融、烧穿、裂纹、腐蚀、涂层剥落等情况，并检查单向阀的密封性和开启压力、火花塞和火焰探测器的性能等等。对某些可以现场修复的零部件现场修复后回用；对某些现场不能修复的更换新件，换下的旧件送制造厂或专门的修理厂修复后作为下次检修时的备件，以降低检修中备品备件的费用。19 热

17、通道检查（亦称中修）热通道部分是燃气轮机各组成部分中工作温度仅次于燃烧系统的工作温度、是燃气轮机中将工质的热能和压力能转换成机械功的部分，并且是高速旋转件，可以说是燃气轮机的各组成部分中工图1915 环形燃烧室的结构作条件最恶劣的部分，尽管热通道部分的零部件采用了耐热合金钢，并采取了尽可能完善的冷却技术和抗氧化、抗腐蚀的涂层，发生故障的几率还是较高的，所以必须定期进行检修，其检修的周期比燃烧系统的检修周期长些。 图1914 双卧式圆筒形燃烧室的结构由图199可知，热通道检修的范围包括从燃料喷嘴开始到透平末级动叶为止的所有零部件，由此可知热通道检修时也要进行燃烧系统的检查，检查的内容和技术要求如

18、前所述，在此就不重复了。热通道检查的主要部分是透平通流部分，吊起透平上缸，拆吊出一级喷嘴的上下半；其他几级喷嘴是否拆吊出要根据实际情况而定；检查诸级喷嘴和动叶的积垢、裂纹、烧蚀、腐蚀、烧融、外物击伤、涂层剥落及其他的损坏情况；检查各级护环的烧蚀、烧融、腐蚀和其他的损坏情况；检查压气机进口可转导叶及两端衬套的情况，并用孔探仪检查压气机的叶片。仔细、彻底地清除透平喷嘴叶片和动叶片上的积垢，必要时更换某些受损严重的零部件，特别是一级喷嘴。通常在热通道检查期间对辅机部分也进行检查，打开辅助齿轮箱检查各传动轴的轴颈和轴瓦，检查燃油泵、燃油分配器及燃油旁通阀，检查主滑油泵、交流辅助滑油泵、直流应急（事故）

19、滑油泵，检查冷却水泵、液压油泵、各种油滤的滤芯，滑油冷却器和雾化空气预冷器等，必要时还要检查燃油的前置系统，清洗和检查进气过滤器室，甚至更换过滤元件。以期通过热通道检查消除热通道部分运行中已发现的故障和运行中虽未发现但已存在的各种隐患，从而提高机组运行的安全可靠性，并提高机组的出力和热效率。表31 MS6001B/MS7001EA/MS9001E某些零部件的修复和更换周期表193 MS6001B/MS7001EA/MS9001E某些零部件的修复和更换周期注：CI燃烧系统检查周期；HGPI为热通道检查周期。 按以运行时间为基准的热通道检查周期进行重涂。 2是没有重涂的热通道检查周期；3是有重涂的

20、热通道检查周期。图1916 单立式圆形燃烧室的结构19 整机检查（亦称大修）表14 PG610（FA）/PG7191（F）/PG7221（FA）/PG9301（F）/PG9331（FA）某些零部件的修复和更换周期表15 PG9351FA某些零件的修复和更换周期表194 PG6101（FA）/PG7191（F）/PG7221（FA）/PG9301（F）/PG9331（FA）某些零部件的修复和更换周期表195 PG9351FA某些零件的修复和更换周期注：GI为燃烧系统检查周期；HGPI为热通道检查周期。 现在的零部件可能无法达到这个时间间隔。 目标是要达到3（HGPI），根据机组负责人的经验而定。

21、 要求7FA+部件或有GT33 INPLUS涂层和其他设计改进的7FA部件；同时要求在每次HGPI时进行修复和重新涂层。 叶冠加焊硬面，并在第一次HGPI时重新涂层才能达到3HGPI的更换寿命。图1917 二次燃烧的环形燃烧室的结构注：CI为燃烧系统检查周期；HGPI为热通道检查周期。 目标是要达到3（HGPI），根据机组负责人的经验而定，并且每次HGPI时进行修复和重新涂层。 要达到3（HGPI）的更换寿命需要在第一次HGPI时重新涂层。 此二项有误，很可能是右边相同二项的更换寿命作者注。由图199可知，大修的范围包括从压气机的进气室开始到透平排气室为止的所有零部件。由此可知大修中亦包括了燃

22、烧检查和热通道检查两部分，这两部分的检查内容和技术要求前面已叙述过，在此就不重复了。大修中除吊下透平上缸之外，还要吊下压气机的进气弯头、压气机的进气上缸、前缸的上缸、后缸的上缸、压气机的排气缸上缸及排气内缸的上缸；吊下透平排气缸上缸；吊下辅助联轴器和负荷联轴器；吊下机组各轴承的上轴承盖、上半轴瓦，最终吊出压气机和透平的转子；并且还要拆下透平的诸级喷嘴。仔细检查压气机各级动叶和静叶的积垢及外物击伤的情况，并进行彻底清洗，仔细检查各轴颈的划痕、摩擦损伤、椭圆度和锥度并进行相应的处理；仔细检查各轴瓦的顶隙、侧隙、划痕和摩擦损伤并进行相应的处理；仔细检查各轴承座的紧力、油封和气封的间隙等；检查压气机进

23、气系统和透平排气系统，必要时进行相应的处理。大修是所有检修中工作量最大、耗时最长、所需备品备件最多的一项检修工作，费用也是最高的，所以各燃气轮机用户均对此给予极大的关注，期望通过大修不仅要消除运行过程中已发现的各种不正常现象，也希望消除运行过程中虽未发现但已存在的危及机组安全运行的各种隐患，从而提高大修后机组运行的安全可靠性，所以大修工作，是一项非常严谨而仔细，技术要求很高的工作。大修之前必须彻底了解燃气轮机制造厂商提供的所有技术文件和有关的规程，并以此为依据仔细施工，以保证检修的质量。许多燃气轮机制造厂商，根据自己所生产机组多年的运行经验，对某些零部件的修复和更换周期给燃气轮机用户推荐了一些参考图表，用户可按这类图表确定是否对零部件进行拆下修复以作下次检修时的备件或更换后报废，这样既确保了机组的安全运行，又可以降低检修中备品备件的费用，尤其在备品备件多为进口的情况下，这一点显得尤为重要。前面的几张图表就是GE公司为自己生产的几种型号的机组向用户推荐的某些零部件的修复和更换周期。表193是早期生产的E型技术的燃气轮机某些零部件的修复和更换周期，表194是较早期生产的F型技术的燃气轮机某些零部件的修复和更换周期，表195是近期生产的F型技术的燃气轮机某些零部件的修复和更换周期。