索拉燃?xì)廨啓C(jī)大修延時(shí)可行性研究

陳瑞成

（中石油管道聯(lián)合有限公司西部蘭州輸氣分公司，甘肅　蘭州　730030）

索拉燃?xì)廨啓C(jī)大修延時(shí)可行性研究

陳瑞成

（中石油管道聯(lián)合有限公司西部蘭州輸氣分公司，甘肅蘭州730030）

在目前索拉燃?xì)廨啓C(jī)3萬h大修的基礎(chǔ)上，延時(shí)至3.5萬h甚至更長(zhǎng)時(shí)間大修是可行的，主要原因如下。運(yùn)行工況有利：維護(hù)保養(yǎng)到位；管理、運(yùn)行人員技術(shù)基礎(chǔ)支撐；新增維保、檢查措施到位；有客觀的經(jīng)濟(jì)效益，以Titan130燃機(jī)為例，如果延時(shí)至3.5萬h大修，則可節(jié)約大修直接相關(guān)費(fèi)用10萬美元。

燃?xì)廨啓C(jī)；監(jiān)測(cè)方法；可行性研究

1　目前大修現(xiàn)狀

蘭州輸氣分公司有13臺(tái)美國(guó)索拉公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)，其中Taurus60有1臺(tái)，Taurus70有3臺(tái)，Titanl30有9臺(tái)。按照廠家要求每運(yùn)行30000h發(fā)動(dòng)機(jī)部分就必須返廠大修。按照集團(tuán)公司與索拉簽訂的戰(zhàn)略協(xié)議，發(fā)動(dòng)機(jī)每運(yùn)行1h就需要大修費(fèi)71美元，而且該費(fèi)用有逐年上漲的趨勢(shì)。每次大修需要時(shí)間約6個(gè)月，造成機(jī)組長(zhǎng)期無法使用。

由于燃?xì)廨啓C(jī)為高精尖產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)目前鮮有關(guān)于壓縮機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行，未按照廠家要求進(jìn)行大修的案例。

國(guó)外目前流行的維修趨勢(shì)是“視情維修”，一般由設(shè)備廠家來對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的評(píng)估，之后確定是否可以進(jìn)行大修周期的延長(zhǎng)。判斷的標(biāo)準(zhǔn)廠家不會(huì)提供，此外究竟是否可以延長(zhǎng)大修周期，完全是廠家單方面說了算，用戶沒有話語權(quán)。

進(jìn)行索拉壓縮機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行技術(shù)研究工作，將會(huì)大幅節(jié)約大修費(fèi)用，同時(shí)提高機(jī)組利用率，有很明顯的效益。

2　分公司進(jìn)行延長(zhǎng)大修時(shí)間的可行性分析

2.1影響機(jī)組壽命的主要因素

1）熱部件到壽，主要是高溫及溫差導(dǎo)致零部件無法滿足運(yùn)行要求。

2）運(yùn)轉(zhuǎn)部件損壞導(dǎo)致設(shè)備壽命終止，主要是軸承磨損或損壞、轉(zhuǎn)子部件故障等異常，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)部件損壞。

3）密封件（迷宮密封、蜂窩密封等）密封效果差，造成機(jī)組運(yùn)行效率低下，高昂的運(yùn)行費(fèi)用超過了延長(zhǎng)大修帶來的收益。從索拉提供的烏蘭1#燃機(jī)大修解體報(bào)告和湖東1#燃機(jī)大修解體報(bào)告可以看出，密封有一定的磨損，但是在正常范圍內(nèi)。

2.2運(yùn)行工況有利

1）使用天然氣作為燃料的影響。不同品質(zhì)的燃料對(duì)熱通道部件的影響效果截然不同，這是因?yàn)槿剂铣煞旨叭紵匦缘牟町?，燃料所含的熱值、化學(xué)元素、雜質(zhì)及其比重、粘度和可揮發(fā)性不同，表現(xiàn)出來的可霧化程度、燃燒反應(yīng)速度、火焰熱輻射能量、燃燒產(chǎn)物的腐蝕性和燃燒產(chǎn)物的灰分等也各不相同。燃燒過程生成物質(zhì)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)熱部件的使用壽命的影響也大不一樣，分公司使用天然氣作為燃料，最有利于燃機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行，因?yàn)樘烊粴庵兄饕瘜W(xué)成分燃燒反應(yīng)最快、有害物質(zhì)含量最少、完全燃燒程度高、火焰熱輻射弱、對(duì)熱通道部件的影響最小。

2）負(fù)荷變化及運(yùn)行負(fù)荷的影響。燃?xì)廨啓C(jī)的熱通道部件壽命取決于燃機(jī)燃燒燃?xì)獾臏囟燃巴钙降倪\(yùn)行溫度。通常情況下，燃機(jī)機(jī)組在高負(fù)荷下的運(yùn)行燃?xì)鉁囟缺鹊拓?fù)荷時(shí)的運(yùn)行燃?xì)鉁囟纫?，高燃?xì)夤べ|(zhì)溫度使得部件材料承受的熱載荷高。因此，其零部件的壽命相應(yīng)就會(huì)縮短。據(jù)有關(guān)資料顯示，在怠速（不帶負(fù)荷運(yùn)行）下運(yùn)行2h對(duì)設(shè)備的影響相當(dāng)于100%負(fù)荷下運(yùn)行l(wèi)h。分公司燃機(jī)由于孤網(wǎng)運(yùn)行和上游天然氣產(chǎn)量限制，基本上長(zhǎng)期在較低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，為發(fā)動(dòng)機(jī)積累了大量的剩余壽命。湖東壓氣站2#機(jī)組在2012年底和2013年初用氣高峰時(shí)的燃?xì)馔钙睫D(zhuǎn)速（NGP），基本上在90%運(yùn)行，最高未超過94%，其他壓氣站也基本類似。

3）啟動(dòng)與啟動(dòng)次數(shù)。燃?xì)廨啓C(jī)每次正常啟機(jī)和停機(jī)時(shí)。從啟動(dòng)點(diǎn)火、暖機(jī)、升速、加負(fù)荷、降負(fù)荷、降速到熄火的整個(gè)過程，熱通道部件經(jīng)受了劇烈的溫度變化，經(jīng)歷了從加熱膨脹到冷卻收縮的周期性變化，透平熱通道部件承受燃?xì)鉁囟瓤焖僮兓鸬臒釠_擊，產(chǎn)生熱應(yīng)力，多次循環(huán)發(fā)生，某些應(yīng)力集中部位會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋。另外，高溫環(huán)境也會(huì)使金屬材料發(fā)生蠕變，從而縮短熱通道部件的使用壽命。分公司將啟停機(jī)次數(shù)作為考核指標(biāo)，平均無故障運(yùn)行時(shí)間位居板塊公司前列，燃機(jī)啟停次數(shù)明顯減少，如湖東1#燃機(jī)，第一個(gè)大修周期啟動(dòng)170次。

4）運(yùn)行環(huán)境因素的影響?？諝庵谐穗s質(zhì)對(duì)熱通道部件有害外，灰塵、鹽和油等也能引起壓氣機(jī)葉片磨蝕、腐蝕和積垢。分公司機(jī)組幾乎全位于青海境內(nèi)無人區(qū)，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，分公司采用高效的自潔式空氣過濾系統(tǒng)，一直采購原裝進(jìn)口濾芯，并進(jìn)行定期清理和更換，過濾效果非常好，保證了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件。并定期進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)清洗工作，避免雜質(zhì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命造成影響。

2.3維護(hù)保養(yǎng)到位

良好的維護(hù)可以使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行壽命延長(zhǎng)。

1）分公司在多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合索拉提供的維保手冊(cè)，編制了詳細(xì)的維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程。從索拉提供的烏蘭1#燃機(jī)解體報(bào)告和湖東1#燃機(jī)解體報(bào)告可以看出，分公司維保是做到位的。

2）按照索拉公司規(guī)范要求，定期檢測(cè)潤(rùn)滑油，更換不合格油品。見表1。

表1　定期檢測(cè)潤(rùn)滑油參數(shù)

2.4管理、運(yùn)行人員技術(shù)基礎(chǔ)支撐

3　延時(shí)大修前的準(zhǔn)備

3.1數(shù)據(jù)收集

1）機(jī)組投產(chǎn)初期的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2）機(jī)組各個(gè)時(shí)期的歷史運(yùn)行記錄。

3.228000h檢查保養(yǎng)

28000h時(shí)應(yīng)該進(jìn)行一次4000h保養(yǎng)，由于計(jì)劃進(jìn)行大修延時(shí)，因此，在28000h時(shí)升級(jí)為更加全面的8000h保養(yǎng)。此外，還應(yīng)進(jìn)行第五部分新增檢查、評(píng)價(jià)、維保內(nèi)容。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行至28000h時(shí)，就應(yīng)該確定機(jī)組是否可以延長(zhǎng)大修，而不是等到運(yùn)行至30000h才確定。

3.330000h檢查保養(yǎng)

機(jī)組運(yùn)行至30000h進(jìn)行一次40000h保養(yǎng)。重點(diǎn)對(duì)機(jī)組進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查、潤(rùn)滑油分析、水洗、性能比較評(píng)價(jià)。

在這種背景下，如何有效地實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略開始成為全社會(huì)共同的關(guān)注點(diǎn)。建筑業(yè)作為我國(guó)重要的傳統(tǒng)支柱性產(chǎn)業(yè)，經(jīng)過30多年的趕超式高速發(fā)展，成就輝煌，奠定了今天“建造大國(guó)”的地位。但這種增長(zhǎng)主要是投資、勞動(dòng)投入等要素驅(qū)動(dòng)的，科技進(jìn)步貢獻(xiàn)率一直處于較低水平[6]。尤其是2014年經(jīng)濟(jì)步入新常態(tài)后，中國(guó)進(jìn)入后工業(yè)化時(shí)代的趨勢(shì)愈發(fā)明顯[7-8]，資本、勞動(dòng)等生產(chǎn)要素開始從建筑業(yè)等非服務(wù)業(yè)部門向服務(wù)業(yè)部門轉(zhuǎn)移[9]，建筑業(yè)傳統(tǒng)的要素驅(qū)動(dòng)增長(zhǎng)模式難以為繼。因此，在實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、建設(shè)創(chuàng)新國(guó)家的行動(dòng)中建筑業(yè)必須擔(dān)負(fù)起其應(yīng)負(fù)的歷史與現(xiàn)實(shí)責(zé)任。

4　新增檢查、評(píng)價(jià)、維保內(nèi)容

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行28000h時(shí)，進(jìn)行全面狀態(tài)檢查，評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)是否能夠進(jìn)行延壽運(yùn)行工作。對(duì)運(yùn)行時(shí)設(shè)備振動(dòng)進(jìn)行頻譜、軸心軌跡、潤(rùn)滑油金屬含量分析等工作，全面檢查發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部狀況，特別是對(duì)熱部件進(jìn)行詳細(xì)檢查。通過這些工作，對(duì)設(shè)備狀態(tài)有清楚的了解，再確定是否進(jìn)行延壽運(yùn)行。即使不能進(jìn)行延壽運(yùn)行，也還有時(shí)間來報(bào)大修理項(xiàng)目等后續(xù)措施。

4.1熱部件的監(jiān)測(cè)方法

熱部件到壽前，會(huì)出現(xiàn)裂紋、變形等異?，F(xiàn)象，可以通過內(nèi)窺檢查工作發(fā)現(xiàn)熱部件的缺陷，還可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子部件的缺陷。認(rèn)為影響到發(fā)動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行時(shí)。就可以停止延壽運(yùn)行工作，保證設(shè)備在延壽運(yùn)行期間的安全。

在28000h時(shí)進(jìn)行一次全面的內(nèi)窺鏡檢查，與運(yùn)行10000h、20000h、30000h左右的機(jī)組進(jìn)行比對(duì)，確定熱部件老化的情況。

此后在30000h、32000h、34000h均進(jìn)行內(nèi)窺鏡的檢查和比對(duì)工作。

從烏蘭和湖東1#機(jī)組大修解體報(bào)告來看，熱部件僅有輕微的熱腐蝕，屬于正常情況。

4.2轉(zhuǎn)動(dòng)部件的監(jiān)測(cè)方法

在運(yùn)行28000h時(shí)，需要進(jìn)行振動(dòng)分析。分公司先期在澀北、羊腸子溝、烏蘭站已經(jīng)有5套機(jī)組安裝振動(dòng)診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析.可以分析軸承振動(dòng)的頻譜、軸心軌跡等，結(jié)合機(jī)組自帶的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就可以確定包括軸承在內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件的工作狀態(tài)，可以確定軸承的磨損程度。

由于該監(jiān)測(cè)比較專業(yè)，分公司可以請(qǐng)技服來幫助診斷（技服有便攜式振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，有解讀振動(dòng)數(shù)據(jù)的合作廠家）。位于廊坊的壓縮機(jī)大修廠也可開展這項(xiàng)業(yè)務(wù)。

4.3密封件的檢查

從烏蘭和湖東1#燃機(jī)大修解體報(bào)告中可以看出，密封（迷宮密封、蜂窩密封）都有一定程度的磨損，這也是正常現(xiàn)象。但如果迷宮密封過度磨損，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油進(jìn)入燃機(jī)參與燃燒或者污染部件，出現(xiàn)了所謂“燒機(jī)油”的現(xiàn)象。蜂窩密封過度磨損則會(huì)導(dǎo)致機(jī)組效率大幅下降，不利于機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

針對(duì)迷宮密封磨損的監(jiān)測(cè)，簡(jiǎn)單的方法就是記錄潤(rùn)滑油消耗量。從28000h起，每天記錄潤(rùn)滑油液位，要注意排除潤(rùn)滑油壓力變化、潤(rùn)滑油取樣、泄漏的影響。另一種方法就是對(duì)尾氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過尾氣的變化，可以精確地追蹤到是否有潤(rùn)滑油進(jìn)入了燃機(jī)并且參與了燃燒。尾氣監(jiān)測(cè)可以通過自行購買便攜式的檢測(cè)儀來實(shí)現(xiàn)。

蜂窩密封如果出現(xiàn)較大磨損，則可通過性能對(duì)比來發(fā)現(xiàn)，關(guān)于性能評(píng)估比對(duì)將在后續(xù)做詳細(xì)說明。

4.4潤(rùn)滑油金屬含量分析

由于軸承等部件的磨損，金屬微粒進(jìn)入到潤(rùn)滑油中，對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行金屬種類、含量分析，并跟蹤它們的變化，可以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部軸承、齒輪等部件的工作狀態(tài)，包括是否存在異常磨損等現(xiàn)象。這個(gè)內(nèi)容可以定期委托外單位進(jìn)行或者自購一臺(tái)分析儀。

目前分公司是委托有資質(zhì)的單位進(jìn)行潤(rùn)滑油分析，分析項(xiàng)目中包含了顆粒度（也就是雜質(zhì)）的分析，顆粒度分析內(nèi)包含了金屬雜質(zhì)，但是建議專門新增潤(rùn)滑油金屬含量分析。這項(xiàng)分析工作從28000h時(shí)開始，每1000h做一次潤(rùn)滑油分析，需要注意的是取樣點(diǎn)必須在潤(rùn)滑油過濾器前。

4.5機(jī)組性能的科學(xué)評(píng)估

燃?xì)廨啓C(jī)隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，必然會(huì)有老化，因此，需要對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行性能評(píng)估，機(jī)組由于老化多消耗的能源必須少于大修延長(zhǎng)帶來的收益，要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性研究，研究燃?xì)廨啓C(jī)性能評(píng)價(jià)的方式方法，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)目前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面的評(píng)估，之后定量分析影響燃?xì)廨啓C(jī)性能的因素，確定這些因素在多大程度上對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的性能造成影響，根據(jù)分析結(jié)果，提出提升燃?xì)廨啓C(jī)性能的改造措施，對(duì)這些措施進(jìn)行深入的可行性、經(jīng)濟(jì)性分析后，實(shí)施相應(yīng)措施，并且對(duì)實(shí)施前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。

性能評(píng)估需要依據(jù)大量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，性能必然是逐步緩慢下降的。

實(shí)際使用中，相關(guān)公式較復(fù)雜，可采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。在機(jī)組運(yùn)行10000h以內(nèi)，每多運(yùn)行1000h，輸出功率下降0.34%，10000h以后，每多運(yùn)行1000h，輸出功率下降0.03%。

因此，機(jī)組在28000h之后，每運(yùn)行500h就應(yīng)該進(jìn)行一次評(píng)估比對(duì)（性能評(píng)價(jià)是可以在線進(jìn)行的）。如果現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際評(píng)估的性能與預(yù)期性能有較大的偏離時(shí)，應(yīng)該對(duì)機(jī)組進(jìn)行詳細(xì)的內(nèi)窺檢查。

4.6維護(hù)管理手段

由于要進(jìn)行大修延時(shí)工作，因此，分公司機(jī)組日常運(yùn)行中就應(yīng)該嚴(yán)格管理。具體建議措施如下：

1）嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行保養(yǎng)；

2）對(duì)機(jī)組產(chǎn)生了歷史記錄每月備份，便于后期比對(duì)；

3）每次水洗完成后，最好能略4）加強(qiáng)啟動(dòng)馬達(dá)的保養(yǎng)，尤其是啟動(dòng)次數(shù)超過300次后。

帶負(fù)荷運(yùn)行1個(gè)h，將機(jī)組內(nèi)的水汽完全烘干，保護(hù)機(jī)組密封等不會(huì)生銹；

5　經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)中石油與索拉公司的框架協(xié)議，Titan130燃機(jī)大修費(fèi)用是30000h以內(nèi)，71.02美元/h，30000h以后，53.27美元/h，如果將大修時(shí)間從目前的30000h延長(zhǎng)至35000h，扣除額外增加的維保費(fèi)用，可節(jié)約大修直接相關(guān)費(fèi)用10萬美元。

機(jī)組延時(shí)運(yùn)行后，性能會(huì)下降，運(yùn)行10000h以后，每多運(yùn)行1000h，輸出功率下降0.03%。按照這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算，沒多運(yùn)行1000h，要多消耗天然氣1000標(biāo)方，如果延時(shí)至35000h，則要多消耗天然氣1.5萬標(biāo)方天然氣。折合人民幣約2萬元，可見如果機(jī)組性能是按正常情況下降的，由于性能下降而額外增加的運(yùn)行成本可忽略不計(jì)。

可見，機(jī)組延長(zhǎng)大修時(shí)間能夠帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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