V94.2型燃?xì)廨啓C的運行與維護分析

馬傳慶，馬 寧

(1.中海海南發(fā)電有限公司，海南 洋浦 578201；2.中電投內(nèi)蒙古新能源發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

0 引言

燃?xì)廨啓C有別于蒸汽輪機，其入口工質(zhì)的溫度比蒸汽輪機高很多。如德國西門子V94.2型燃?xì)廨啓C(額定功率為138 M W)渦輪進(jìn)氣溫度高達(dá)1 050 ℃，而蒸汽輪機的主蒸汽溫度僅為540 ℃(對于亞臨界機組)。由于入口工質(zhì)溫度決定著動力機械的材質(zhì)及使用壽命，因此燃?xì)廨啓C的檢修間隔周期和使用壽命較蒸汽輪機要短得多。

1 當(dāng)量工作時間計算公式分析

由于燃?xì)廨啓C具有溫度高、加載快速等特點，因此不能單純地以運行小時來計算其維護檢查的時間，通常采用當(dāng)量工作時間或絕對工作時間來確定檢修時間間隔。當(dāng)量工作時間是在不同的運行狀況下，以高溫零件經(jīng)受的負(fù)荷實況來衡量的一種尺度，可使用其來估算渦輪高溫部件的理論壽命。由于渦輪進(jìn)口溫度快速變化，熱通道中的零部件在高于基本負(fù)荷的燃?xì)鉁囟认鹿ぷ鲿r將承受附加的應(yīng)力。為此，可采用一些系數(shù)來權(quán)衡在不同溫度范圍內(nèi)的工作周期和不同工況的影響。

當(dāng)量工作時間可按下式計算：

其中：Tae為當(dāng)量工作時間；n1為啟動次數(shù)；n2為快速加載次數(shù)；n3為快速溫度變化次數(shù)；t1為低于基本負(fù)荷的工作小時；t2為從基本負(fù)荷到尖峰負(fù)荷的工作小時；a1為啟動加權(quán)系數(shù)，正常啟動a1=1，快速啟動a1=10；a2為加載梯度加權(quán)系數(shù)，正常加載a2=1，快速加載a2=10；a3為溫度快速變化的加權(quán)系數(shù)；b1，b2為渦輪中溫度快速變化的當(dāng)量小時修正系數(shù)，b1=1，b2=4，即超過基本負(fù)荷的負(fù)載下運行1 h則以正常運行4 h計。

按照德國西門子燃?xì)廨啓C制造廠的規(guī)定，小修時間間隔為4 000 h，但不得大于2年；大修時間間隔為25 000 h，但不得大于8年。

燃?xì)廨啓C組的測量儀表柜內(nèi)配有1臺運行小時計時鐘，當(dāng)它累計的當(dāng)量工作時間達(dá)到或超過機組檢修時間間隔后，會出現(xiàn)“運行小時已超過”的報警信號。機組檢修時間間隔是在遵循正常的運行規(guī)定下確定的，即機組應(yīng)在不超過極限壓力、功率下運行，并使用技術(shù)所要求的潤滑油等；若違背規(guī)定，則機組檢修時間間隔應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行修正。

2 機組的維護檢修

2.1 小修

當(dāng)機組的當(dāng)量工作時間達(dá)到4 000 h或2年時，應(yīng)對機組進(jìn)行1次停機維護檢查(小修)。

按正常小修規(guī)定，應(yīng)對壓氣機進(jìn)氣、熱通道、燃燒室和渦輪進(jìn)口、渦輪后部排氣道和煙囪、空心軸和渦輪靜葉、裝置的外圍設(shè)備等進(jìn)行檢查、維護。檢修項目包括目視檢查、對部分間隙的測量、對間隙松動和丟失部分的檢查，以保證機組檢修的全面性。直接的目視檢查比專門的內(nèi)窺鏡檢查更充分可靠，通過人孔可完成對燃?xì)廨啓C主要部件的目視檢查，無需解體燃燒室或進(jìn)行費時的內(nèi)窺鏡檢查。如果在小修時檢查發(fā)現(xiàn)熱通道存在問題，如熱通道邊界的金屬部件有裂縫或光滑表面有磨損，應(yīng)立即評估該裂縫和磨損，以決定是繼續(xù)使用該部件直到下一個大修，還是經(jīng)過簡單維修后再使用，或直接更換新的部件。

2.2 大修

大修的任務(wù)是要保證燃?xì)廨啓C在2個大修的時間間隔內(nèi)能可靠運行。機組大修要檢查燃?xì)廨啓C的所有零部件，即對任何會影響機組安全運行可靠性和可用性的變化都要進(jìn)行檢查。這些變化包括永久性變形、磨損、裂紋、腐蝕等。若這些變化未能在早期予以識別并排除，則可能會進(jìn)一步發(fā)展，嚴(yán)重?fù)p壞機組，進(jìn)而引起惡劣的后果。在大修期間，更換透平葉片、清潔燃?xì)廨啓C氣流通道、調(diào)整葉片徑向間隙，均可以提高機組出力和效率；但由于不可避免的老化原因，機組不可能達(dá)到剛投運時的熱力性能。

機組大修在維護計劃中最為重要。燃?xì)廨啓C的熱通道部件，特別是透平葉片的設(shè)計服務(wù)是有年限的。透平葉片是在抗蠕變強度的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計的，該設(shè)計充分考慮了蠕變損失余量。透平葉片在壽命期內(nèi)抗蠕變強度的變化曲線如圖1所示。

圖1 透平葉片壽命和維修

大修期間必須解體轉(zhuǎn)子以便拆卸內(nèi)缸，在完成內(nèi)缸的修補(如打磨、補焊等)后，還需對其進(jìn)行熱處理以恢復(fù)其機械性能。為確保燃?xì)廨啓C的檢修維護，燃?xì)廨啓C及其設(shè)備制造廠應(yīng)提供必要的技術(shù)文件資料和備件，推薦供貨單及備件采購清單，包括需要現(xiàn)場維護的備件數(shù)量，以及對現(xiàn)場缺乏的備件可能獲得的途徑和交付時間。根據(jù)通用技術(shù)要求，在大修間隔期內(nèi)燃?xì)廨啓C運行實際功率下降不應(yīng)超過額定值的5 %，效率下降相對值應(yīng)不大于3 %。

3 運行方式對機組檢修維護的影響

3.1 機組運行方式

某電廠2套燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機組采用一套連續(xù)運行、另外一套調(diào)峰的運行方式。聯(lián)合循環(huán)機組均采用滑壓運行方式。調(diào)峰機組每天1次熱態(tài)啟動。由于所屬省級電網(wǎng)峰谷差較大，連續(xù)運行機組在運行中也有較大的負(fù)荷變化。

3.2 對機組檢修時間間隔的影響

燃?xì)廨啓C的維護成本和設(shè)備可用率是重型燃?xì)廨啓C用戶需要考慮的2個重要問題。由于熱通道部件又是燃?xì)廨啓C最為昂貴和脆弱的部件，其維修和更換的成本極為昂貴，因此，為實現(xiàn)燃?xì)廨啓C的安全經(jīng)濟運行，應(yīng)盡可能在保證發(fā)電的前提下延長燃?xì)廨啓C的檢修時間間隔。

V94.2型燃?xì)廨啓C的檢修時間間隔主要由機組的當(dāng)量工作時間決定，式(1)中的等效計算數(shù)據(jù)與機組的運行方式密切相關(guān)。調(diào)峰機組每日早開夜停的運行方式，必然導(dǎo)致機組啟停次數(shù)迅速增長；尤其是機組在低負(fù)荷階段火焰筒內(nèi)溫度場的不均勻性易導(dǎo)致火焰筒產(chǎn)生鼓泡、涂層脫落甚至導(dǎo)流襯套開裂，因此，燃?xì)廨啓C在60 MW負(fù)荷以下的當(dāng)量工作時間應(yīng)將其運行時間乘以5倍的系數(shù)。采用調(diào)峰方式運行將導(dǎo)致設(shè)備使用壽命迅速縮短，燃?xì)廨啓C檢修時間間隔大大縮短，機組維護成本迅速增長。

該電廠調(diào)峰機組因參與省級電網(wǎng)的調(diào)峰而不能連續(xù)運行，而連續(xù)運行的燃?xì)饴?lián)合循環(huán)機組在后半夜基本上也是帶較低負(fù)荷(80 MW)運行。由于機組啟停次數(shù)的增加和低負(fù)荷運行，機組只運行了20 000 h就達(dá)到了當(dāng)量工作時間25 000 h的狀態(tài)，提早進(jìn)行了檢修，增加了檢修成本。

3.3 對機組可靠性和安全性的影響

從機組運行的可靠性方面分析，頻繁的啟停會明顯增大設(shè)備出現(xiàn)故障的頻率，降低機組的可用率。當(dāng)機組采用調(diào)峰方式運行時，機組子系統(tǒng)設(shè)備動作頻率將成倍提高，而且頻繁啟停又必然導(dǎo)致設(shè)備熱疲勞加劇、磨損過度、密封件老化，進(jìn)而導(dǎo)致各子系統(tǒng)設(shè)備動作可靠性降低，最終因部分設(shè)備的缺陷導(dǎo)致機組跳機或無法正常啟動，對電網(wǎng)的安全運行構(gòu)成威脅。機組頻繁啟停還會造成部分熱力設(shè)備反復(fù)經(jīng)歷熱脹冷縮的循環(huán)，進(jìn)而導(dǎo)致螺栓松動、密封件失效。該電廠余熱鍋爐高壓過熱器疏水管道也曾因為頻繁啟停經(jīng)常出現(xiàn)焊縫開裂的情況。

4 機組日常運行時的注意事項

4.1 做好運行檢查、記錄工作

新機組初次啟動和大修后的啟動前，應(yīng)先記錄好基準(zhǔn)的運行數(shù)據(jù)，以便在機組運行工況惡化時進(jìn)行比較。在機組正常運行中，應(yīng)注意觀察機組各參數(shù)的變化，特別是重要參數(shù)(如振動、排煙溫度、天然氣流量等)的變化，以判斷系統(tǒng)是否偏離正常值并及時做出調(diào)整，保證機組安全穩(wěn)定運行。

4.2 注重機組平時的運行維護工作

加強對燃?xì)廨啓C熱通道部件的檢查，了解熱通道部件間隙、磨損等情況，以便及時做出預(yù)防和處理。為防止空氣質(zhì)量的影響，及時更換空氣過濾器和加強壓氣機的水洗等運行維護工作。

4.3 避免負(fù)荷變化過快及被迫停機

快速變負(fù)荷對燃?xì)廨啓C熱通道部件壽命的影響很大，特別是在機組啟停過程中，由于熱通道部件的熱應(yīng)力變化較大，加減負(fù)荷時更應(yīng)平穩(wěn)操作。若無特殊情況，機組不應(yīng)投入尖峰負(fù)荷方式運行，運行中的機組也不應(yīng)投入快速加載方式來控制負(fù)荷的升降率，因為這2種方式對機組壽命的影響均很大。機組運行中也應(yīng)注意避免因輔助系統(tǒng)的原因造成機組甩負(fù)荷或被迫停機，因為機組出現(xiàn)甩負(fù)荷時的當(dāng)量工作時間也較大。V94.2型燃?xì)廨啓C啟停時燃燒溫度的變化過程如圖2所示。

圖2 燃?xì)廨啓C啟停過程中燃燒溫度的變化

由于1次快速加載相當(dāng)于25個當(dāng)量工作時間，而1次正常啟動相當(dāng)于5個當(dāng)量工作時間；如果機組帶滿負(fù)荷跳閘，其對熱通道部件壽命的影響相當(dāng)于10次正常的啟停；如果機組以50 %的負(fù)荷跳閘，其對熱通道部件壽命的影響相當(dāng)于6次正常的啟停；如果機組甩60 %負(fù)荷，其對熱通道部件壽命的影響則相當(dāng)于4次正常的啟停。當(dāng)機組發(fā)生跳閘、甩負(fù)荷、快速變負(fù)荷等情況時，其對熱通道部件壽命的影響折合成當(dāng)量工作時間是相當(dāng)大的。這是因為機組在跳閘、甩負(fù)荷時，在葉片和噴嘴處產(chǎn)生了高熱應(yīng)力，而較高的應(yīng)力可能導(dǎo)致經(jīng)過次數(shù)很少的循環(huán)就產(chǎn)生裂紋。

4.4 注意機組的振動情況

如果機組振動水平出現(xiàn)較大的變化或啟停機過程的振動較大，則應(yīng)該對該情況進(jìn)行分析及解決，必要時可咨詢?nèi)細(xì)廨啓C振動的專家。

4.5 記錄機組的啟動和惰走時間

根據(jù)啟動時間參數(shù)可以對機組今后的運行參數(shù)進(jìn)行比較和評價。啟動時，必須準(zhǔn)備1組啟動參數(shù)曲線，即轉(zhuǎn)速、排煙溫度、天然氣流量等參數(shù)從開始信號發(fā)出時隨時間變化的曲線。此參數(shù)曲線可以很好地顯示出有關(guān)控制系統(tǒng)的狀態(tài)；一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)偏離正常狀態(tài)，該曲線還可以幫助操作人員精確地判斷故障。而轉(zhuǎn)子的惰走時間是反映軸承對中以及軸承本身、潤滑油系統(tǒng)運行情況的最佳標(biāo)志。

1 陳群武．三菱M 701F型燃?xì)廨啓C等效運行小時計算公式的初步分析[J]．燃?xì)廨啓C發(fā)電技術(shù)，2005，7(1)：34-39.

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