整机丨重型燃气轮机运行中的缺陷与检修过程

燃气轮机检修根据EOH（等效运行时间）分为小修（燃烧室检查）、中修（热通道检查）及大修（整体检查及转子维修）。其中，EOH=实际运行时间+等效启停次数×一次启停等效运行时间。等效启停次数=正常启停次数+甩负荷等效启停次数+紧急停机等效启停次数+快速变负荷等效启停次数。

笔者工厂使用燃气轮机为德国西门子SGT5-2000E（V94.2）重型燃气轮机，由西门子KWU 公司设计制造，采用单轴、单缸、轴向排气，冷端驱动，双轴承支撑（压气机端为径向/支持联合轴承）；燃气轮机由压气机、燃烧室及透平组成。压气机和透平为多级轴流设计，压气机共16级，压比11.7，入口导叶（IGV）可调，透平为4级。两个侧立燃烧室，共16个组合式燃气喷嘴，内置陶瓷遮热板，每个燃烧室配置两个火焰探测器，监视燃烧状况。燃汽轮机全流程还包括燃料进气部分，压缩空气进气部分，扩散段等部分。

目前，燃气轮机只经历过小修（每8000 EOH），即燃烧室检查。燃烧室检查主要是针对进气和排气管道、压气机叶片、透平叶片、燃烧单元及其辅助系统进行测量及检查。在燃烧单元的检查中，要特别注意燃烧室的检查，尤其是对第一级透平喷嘴和动叶进行目视检查，以便观察这些部件上出现的磨损或变形。燃烧器、燃烧室、混合室、过渡段等由于内外缸温度差异，设计手段不可能将内部部件膨胀量达到完全一致，高温内部零件会相对移动。因此，内部部件一定会受到由摩擦力和低周疲劳引起的磨损。而这些检查结果都将成为中修检修计划开展的重要依据。

燃气轮机进气部分布置有自力式调压阀，用于保证燃气轮机入口燃气压力稳定。由于天然气爆炸极限为5 %~15 %，属易燃易爆气体，调节阀无法使用电力驱动。我厂调压站调压阀为自力式调压阀，可利用调压阀输出端与输入端的反馈压力通过信号管传递到皮膜腔室，进而驱动阀瓣，改变阀门的开度，达到调节压力的目的。由于自力式调压阀的工作特点，要求其入口压力不能低于调整压力，自力式调压阀对应入口压力要求最低不得小于2.0 MPa。冬季属于天然气需求较大季节，常导致天然气调压站入口压力低于2.0 MPa，在管线压力缓慢回升过程中调压阀出现运行故障，自力式调压阀失去调节作用，导致燃气轮机入口压力超过规定值，影响燃气轮机正常运行。

经过对调压阀工作原理和结构上的分析，检修人员提出在工作调压阀上增加加速指挥器，在工作调压阀失效时加速对调压阀上腔进行泄压，从而建立皮膜上下压差，以加速工作调压阀进入工作状态，改善了调压阀的工作性能，避免了非正常管线压力波动下造成的停机风险，具有一定的行业推广应用价值。

由于笔者工厂地处中国西北偏东干燥地区，空气中的含尘量较大，重度污染时PM10数值在170以上，空气中悬浮物总量在300~330 μg/m3。燃气轮机机组安装时使用的燃气轮机进气系统，因没有充分考虑地区环境差异进行个性化设计，所以实际运行时存在较大的问题，其中进气系统的预处理过滤器Coalescer（凝聚式除湿滤棉G3）很容易堵塞，易造成汽轮机进气系统压差超标，对燃气轮机效率、电厂稳定运行造成了一定程度的影响。

经过对笔者工厂燃气轮机进气系统进行升级节能改造，通过改变入口初滤的结构形式，将原有的板式预过滤器更换为袋式过滤器，初始阻力比原设计降低14 Pa，失效终阻力比原设计提高350 Pa。单片容尘量约为1 500 g，容尘量比原有的凝聚式除湿滤棉提高4~6倍，可以连续运行3个月不更换预处理过滤器，使用时间是原来的3倍。同时，一级过滤器的过滤能力提升，也使得二级过滤器寿命由原来的2 000 h，增加为10 000 h，是原来的5倍。改造后，该系统能在各种天气条件环境下，系统能够正常运行，减少机组非计划停机次数和降负荷运行时间，同时也填补了国外燃气轮机机在中国西北地区无法长期稳定运行的技术空白，避免了单一设计对机组安全、稳定、长期运行的影响，为同类型机组在该地区的运行积累了宝贵经验，具有一定的行业推广应用价值。

笔者工厂燃气轮机扩散段外壳东侧部分油漆发生变色脱落现象，经现场检查，发现燃气轮机扩散段外壳存在局部超温现象，金属表面温度最高达163 ℃。

燃气轮机扩散段外壳保温为内部保温形式，保温材料为陶瓷纤维毯，外设保温内衬板逐层搭接，螺栓固定并进行焊接。如果对保温内衬板进行逐层拆除，工作量巨大，最终决定对燃气轮机扩散段外壳东侧超温部位内保温区域内衬板进行切割后更换内保温棉。

通过燃气轮机扩散段烟气温度测点作为内外层参照物，精准确定超温区域对应的内部位置，然后对保温内衬板进行检查，确定保温内衬板是否存在磨损、变形、变色、松动、严密性下降等问题。然后对切割区域进行确定，切割区域须有两个以上的固定螺栓，便于后期保温恢复时调整陶瓷耐火纤维毯压缩量及焊接前固定；切割区域不得跨过槽型压板，以防破坏保温内衬压板整体性及稳定性；保温层材料为陶瓷纤维毯，厚度为247 mm，分别用4层δ=50 mm 和2层δ=38 mm 的陶瓷纤维毯错缝布置；保温层厚度的压缩量不小于15 %，长度方向应压缩25 mm。扩散段由于处于燃气轮机排气出口，排气温度为538.2 ℃，排气压力为92.5 kPa，烟气质量流量为494.5 kg/s，所以需要对保温内衬板压紧螺母与螺柱进行点焊固定，一周不少于3处焊点，防止垫片松动脱落。

笔者工厂燃气轮机扩散段在停机目视检查中发现存在变形及裂纹的情况，认为裂缝及变形为扩散段热应力释放导致，决定对裂缝进行打磨焊补。扩散段基材为X6CrNiTi18-10/1.4541，焊接前需要对裂缝边缘进行打磨，并开60° 坡口，着色确认有无潜在裂纹后再进行焊接。焊接使用的焊材为Bohler 的ER347，焊丝直径3.2 mm。焊接完成后仍需打磨着色，确认无焊接缺陷后，工作结束。第一次焊接后，机组启动运行正常；待再次停机对扩散段第进行目视检查中，发现仍有新增裂缝，但变形情况已经消除。对裂缝进行再次焊接后，扩散段热应力逐渐得到释放，再未发现过严重裂缝。

因此，在对燃气轮机燃烧器及其后烟气流经的燃气轮机透平、扩散段、余热锅炉受热面进入时必须办理密闭空间进入许可并穿戴足够防护级别的PPE，包括但不限于N95及以上级别口罩、护目镜、连体防护服、橡胶手套等。其次，因六价铬会对环境造成持续性影响，在每次检修中，应尽可能对六价铬粉末进行收集，同时使用后的口罩、连体防护服、手套等应集中收集，统一交实验室处理。实验室可采用药剂还原沉淀法对六价铬进行处理。将六价铬溶于水后，向溶液中加入SO2、FeSO4等还原剂，将六价铬还原成三价铬，从而降低铬元素的毒性，然后再加入石灰或氢氧化钠，使其在碱性条件下生成氢氧化铬沉淀。燃气轮机电厂检修中，也应该注意六价铬的危害，拆开人口后应派专人进入燃气轮机，对六价铬黄色粉末进行收集，并经实验室妥善处理，不得随意丢弃，以免污染环境。检修人员进入燃气轮机内部，也应做好个人防护，防止六价铬对人体的伤害。