第24卷 第3期2010年9月
5燃 气 轮 机 技 术6GAS TURB I NE TECHNOLOGY
V o l 124 N o . 3Sept . , 2010
三菱M 701F 型燃气轮机维修理念分析
毛 丹, 诸粤珊
(深圳市广前电力有限公司前湾燃机电厂, 广东 深圳 518054)
摘 要:介绍了三菱M 701F 型燃气轮机维修理念, 重点阐述了该型燃气轮机的维修特点, 论述了燃气轮机热通道部件维修间隔(等效运行小时数、维修周期) 的计算方法, 并对如何制定和实施维修计划详细说明。最后就燃气轮机维修等问题进行探论, 为三菱M 701F 型燃气轮机维修提供参考。关 键 词:M 701F; 燃气轮机; 维修理念; 等效运行小时数
中图分类号:TK 478 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2010) 03-0053-05
三菱M 701F 型燃气轮机是三菱重工业开发的
F 级重型燃气轮机, 该型燃气轮机投入市场以来经过多次的技术改进, 已积累了丰富的运行和维修经验, 特别是其在维修方面的设计有着独到和先进的理念。本文将针对三菱M 701F 型燃气轮机结构设计特点, 介绍该型燃气轮机的维修特点, 以及如何制定和实施维修计划等。
入口温度达到1400e , 其燃烧器和透平的热通道部件根据工作区域温度的不同分为两类, 见表1。这些部件的寿命受到设备运行条件的影响, 在决定其寿命的/等效运行小时数0(EOH) 中考虑了运行条件, 以便可以在适当的时候安排计划维修并确保届时部件的寿命还没有到期。根据燃气轮机热通道部件规定的维修要求, 运行维修、燃烧室维修、透平维修和大修的时间间隔主要是基于这些部件的累计磨损, 部件所受的持续磨损(主要发生在热通道) 是时间和循环过程的函数关系。
1 M 701F 维修特点
燃气轮机承受热应力集中的部件为热通道部件, 如透平缸体和叶片等。M 701F 燃气轮机的透平
表1 热通道部件分类
分类
第一类热通道部件第二类热通道部件
所含部件
燃烧室火焰筒、过渡段、联焰管、燃料喷嘴、透平第一级静叶、透平第一级动叶、第一级隔热环
透平第二、三、四级静叶, 透平第二、三、四级动叶, 第二、三、四级隔热环
等效运行小时数
EO H (1) EO H (2)
1. 1影响维修的运行因素
维修方式和维修时间间隔由电厂以下运行因素
决定:
(1) 燃料种类和质量
燃料类型对部件寿命的影响与燃烧过程中释放的辐射能量和雾化液体燃料的能力有关。
天然气不需要雾化, 其辐射能最低, 因而部件寿命较长, 而原油和重油具有较高的辐射能量, 较难雾化, 这导致部件寿命较短。由于温度的突然增加, 气体燃料中的凝结物将会造成对透平的严重破坏。燃
料中的污染物也会影响维修需求和维修间隔。液体燃料受到灰尘之类污染会造成泵、计量元件和燃料喷嘴等的加速磨损。气体燃料中的污染物会侵蚀或者腐蚀控制阀与燃料喷嘴。喷嘴阻塞、结渣会导致透平进口段温度差距变大, 使透平叶片损坏。有的燃料污染物会引起高温部件腐蚀的问题。为了保证燃料中不含污染物, 重要的是应根据燃料的性质按照需要配备处理燃料的过滤器与分离器。燃料系统的过滤器、燃料处理系统与分离器必须按照需要进行检查与保养, 以防止杂质颗粒、可凝结物
*收稿日期:2010-01-06 改稿日期:2010-02-10
作者简介:毛丹(1981-) 男, 汉族, 浙江桐乡人, 工程师、经济师, 工学学士, 深圳市广前电力有限公司运行部, 从事燃气轮机电厂运行与控制。
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及污染物进入燃料系统。
(2) 启动频度
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E:正常停机(仅适用于第二类热通道部件) 、甩负荷、跳闸和快速负荷变化的等效次数;
A:正常停机(仅适用于第二类热通道部件) 、甩负荷、跳闸和快速负荷变化的校正系数。
将启动次数转换为等效运行小时数的系数, 这就意味着一个具有正常停机的空载运行周期, 每个周期要消耗高温部件的寿命大约20h 。点火时会产生最大的压缩应变, 停机时会产生最大的拉伸应变。因此, 此系数是由单一组件的时间常数所决定的。见表2。
表2 停机、甩负荷、跳闸与快速负荷变化的校正系数
高温部件
燃烧室火焰筒、过渡段、联焰管燃料喷嘴(DLN(燃气) /DLN(双燃料) /扩散) 透平静叶、动叶、隔热环
#1#2、#3、#4
校正系数(A)
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燃气轮机启动与停机期间的热冲击是高温部件
寿命降低的一个重要原因。
控制系统的设计和调整必须使这种影响降到最低的程度。不过, 频繁启停的燃气轮机与在基本负荷下持续工作的机组相比其部件的寿命会短一些。
(3) 负荷变化
假如不需要有频繁、剧烈的负荷变化, 燃气轮机在达到连续额定负荷以前一直保持正常的负荷变化, 则对部件的寿命基本上没有什么影响。但当需要快速、频繁地负荷变化时, 其对机组部件寿命的影响类似于频繁启停的影响。
(4) 环境
如果燃气轮机进气是磨蚀性的或者腐蚀性的, 则对维修有重大影响。如果是磨蚀性的大气, 为了减少或消除这种情况, 应该特别注意进口过滤器系统的设计, 并且应该特别注意进口的结构并采用适当的材料和防护涂层。
(5) 启动时间
控制系统设计的启动时间应使瞬态热应力最小化和使部件寿命最大化。如果机组用于应急启动, 那么部件的寿命会被每次应急启动额外消耗掉。
(6) 维修方法
某一部件(例如燃料喷嘴) 的维修不良会导致燃烧室、透平动叶片和透平静叶片等过早损坏。良好的预防性保养计划将减少总的维修费用并获得较高的可靠性。
因此维修计划制定的前提是必须充分掌握燃机的健康状况, 而燃机的健康状况与其运行状况和运行条件密切相关, 所以引入等效运行小时数(EO H ) 的概念来反映燃机的运行状况。1. 2等效运行小时数(EOH )
燃气轮机部件的维修要求和部件寿命的预测根据运行条件的不同有所不同。为了将变化的运行条件纳入考虑, 需要计算等效运行小时数(EOH) 。
(1) 等效运行小时数(EOH )
EOH (1) 或EO H (2) =(AOH +A @E ) @F; 其中:
EO H (1):第一类热通道部件的等效运行小时(h); EO H (2):第二类热通道部件的等效运行小时(h); AOH:实际运行小时(h ); F:燃料系数(气体燃料:1. 0; 液体燃料:1. 25);
(2) 正常停机、甩负荷、跳闸与快速负荷变化的等效次数E 。
B
i
C
E =N +E (LR i ) +i E (T i ) +i E (LCi ) i =1=1=1
N:正常停机的实际次数(仅适用于第二类热通道部件);
B:甩负荷的次数; C:跳闸的次数; D:快速负荷变化的次数。
LR i :甩负荷系数:
将甩负荷次数转换为等效次数的系数。这个系数的含义是指甩负荷时高温部件寿命的消耗比正常停机快6倍。确定该系数时若在满负荷运转时甩负荷, 至冷却运行时停机, 应该被认为是一次/跳闸0。在这种情况下, /B 0不应该加1, 而/C 0应该加1。
T i :跳闸系数:
将跳闸次数转换为等效次数的系数。这个系数的意思是如果燃气轮机在满负荷时跳闸, 其高温部件寿命消耗比正常停机快10倍。该系数是根据任何负荷运行下跳闸的瞬时应力分析所确定的, 是正常启停周期与正常启动-跳闸周期之间相比的低周疲劳寿命系数。
如果发生跳闸, 跳闸次数/C 0应该加上1。由失步后5m i n 以上的空载运行跳闸应该看作是正常停机。但是失步后5m i n 以内的空载运行停机或者跳闸应该按照/跳闸0计算, 系数为1。
LC :i 快速负荷变化系数:
燃气轮机可以跟随电网的频率变化适应? 5%
i
D
i
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额定负荷的瞬时负荷变化。这样的负荷变化是可以接受的, 不会影响高温部件的寿命。当负荷非常快
不超过每分钟8%额定负荷, 负荷变化范围不超过满负荷的10%时, 应视为正常。
每次正常停机与随后的启动, 以及每次跳闸与随后的启动都看作为一组, 因而在计算正常停机次数和跳闸次数时分别计作一次。
2 维修计划的制定
燃气轮机部件的维修周期建立在E OH 的基础
图1 快速负荷变化LC i 系数
上, 根据热通道部件的预期寿命, 提前安排维修计划。表3给出了在有合格维修前提下高温部件的预期使用寿命。
速与大幅度变化时, 按图1所示/LC i 0系数的取值来估计它们对高温部件的影响。当负荷变化的速度
表3 热通道部件预期寿命
部件
燃烧室火焰筒、过渡段、联焰管
燃料喷嘴、第一级透平静叶、第一级透平动叶、第一级隔热环第二级透平静叶、第二级透平动叶、第三级透平动叶、第二级隔热环
第三级透平静叶、第三级隔热环
第四级透平静叶、第四级透平动叶、第四级隔热环
预期使用寿命
24000EO H (1) 或1600次启动, 以先到期者为准50000EO H (1) 或1800次启动, 以先到期者为准
50000EOH (2) 80000EOH (2) 100000EOH (2)
制订检查与维修计划时应根据电厂预期的作业
形式再按实际运转情况作适当的调整。燃气轮机的维修有如下4种不同的方式:2. 1运行维修
运行检查与维修应该对设备的任何部分根据需要在电厂发电的同时, 每天、每周或每月进行。这些检查与维修应按电厂的运行状况和运行特性趋势, 以及日常工作加以变化。通过分析结果, 或者研究日常观察到的运行参数, 或者一段时期内对趋势的分析来确定需要进行的维修活动。这些参数包括了在高温燃气通道区域监控的温度等级, 振动幅度的趋势和性能退化的情况。这些参数持续发生变化最终可能导致强制停机。在所有的透平设备上进行例行预防性维修工作也同样重要。2. 2燃烧室维修
执行燃烧室部分的维修是检查燃烧室部件、燃料喷嘴、燃烧室旋流组件、联焰管、点火器和火焰筒, 通过拆除燃烧室后进行。在原位置上目视检查第一级透平静叶和最后一级透平动叶。在维修中要根据规定的标准按照需要修理、更换或修补燃烧室部件。按照要求做好记录, 记录每个部件的状况和进行过的任何修理。这些记录对于将来检查与维修的计划都是必不可少的。
2. 3透平维修
进行透平部分的维修是为了检查燃气轮机高温气体通道的所有部件, 这包括上述燃烧室部分的维修, 需要拆除透平缸盖和燃烧室部分, 但不吊出转子。
所有的高温部件必须拆除并依照规定的检查程序小心地进行外观检查、尺寸校核和无损探伤(NDT) 等。但不检查轴承。燃烧室和透平的部件应该根据需要进行修理、更换或者修补。2. 4大修
大修是通过拆除所有的缸盖并将燃气轮机转子吊出后对燃气轮机的所有组件进行检查。根据需要修理、更换和修补所有组件、部件和系统以确保下一个维修期以前的安全运行。大修期间检查以下各个项目:
¹包括压气机和透平动叶片在内的所有转子部件;
º压气机和透平叶轮;
»支撑轴承;
¼列入燃烧室部件维修范围的所有部件; ½列入透平部件维修范围的所有部件; ¾在大修期间也要检查相关的辅助设备, 控制器和仪器仪表。
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2. 5建议维修间隔
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加以变化。预先准备好全新的或修理过的替换零件将有利于维修, 且不会延长停工时间。表4给出了建议的维修周期和方式。
初步的维修计划可以按表4建议的燃烧室维修周期、透平维修周期和大修周期进行编排。实际的维修时间间隔应根据燃料、负荷周期和维修原则等
维修检查计划
维修周期
每日
8000EOH (1) 或300次启动*16000EOH (1) 或600次启动*24000EOH (1) 或900次启动*32000EOH (1) 或1200次启动*40000EOH (1) 或1500次启动*48000EOH (1) 或1800次启动*当需要进行检查以确定内部零件状态时
a, b
表4 燃气轮机维修周期与方式
维修方式与类别
维修方式燃烧室维修透平维修燃烧室维修透平维修燃烧室维修
整体(包括压气机的大修)
燃机、内窥镜检查
a
进气总管、排气总管检查
类别B , D C, D B , D C, D B , D C, D
所需天数
[1**********]5
每周
注:*以先到期的为准
(1) 运行期间
/a 0表示:外观检查和纠正(异常声响、异常振动、过热、泄漏、隔热失效、诸如紧固件松动、结垢、锈蚀等) /b 0表示:运行检查和纠正(压力/温度参数和设定值、性能变化等) (2) 停机期间
/A 0表示:外观检查和纠正(泄漏、紧固件松动、锈蚀、清洁度等) /B 0表示:内部零件检查/检验(磨耗、划痕、腐蚀、摩擦、裂缝、变形等) /C 0表示:大修检验和维修(结构损坏或裂缝、划痕、磨损、变形、轴承的接触情况、间隙、对中、重新装配后的功能和性能检查) /D 0表示:消耗性零件和液体变化(高温气体通道零件、密封板、螺栓和螺母等)
为了确保电厂的安全、可靠运行, 上述间隔需严格遵循。当某些运行或维修状况发生时应该对维修间隔进行调整。所有的维修计划, 例如维修进度安排、物资计划、资源分配等都应建立在上述间隔的基础上。初次检查时应将发现的任何情况, 运行的历史都记录下来, 并加以分析以用于将来维修的时间安排。
剩, 导致占用流动资金。如何解决备品备件的库存问题值得进一步研究。
3. 2维修建议
好的维修计划能将电厂的停机时间降到最低, 而且保持较高的维修水平。这包括在开始检查与维修工作前应具备足够数量的备件。针对多台三菱燃气轮机组的联合循环电厂, 可以根据维修间隔的长短确定准备几套热通道部件。
在对各个部件进行检查时, 要注意裂缝、侵蚀、凹痕等问题。其中的某些问题可以通过采用不同的修理方法进行解决。当部件的寿命期满时, 必须用新零件更换。为了减少维修时间, 要按照/进一件出一件0的原则准备一套热通道部件的备件。操作过程中, 将设备拆开后用备件重新装配起来, 然后将设备投入使用。预定的维修完成以后, 要检查并修理拆过的部件使之可以用于下一次计划维修。重要的是要建立一套计算各种部件EOH 的方法, 而且要保存好各个部件维修记录的详细报告。这也使维修人员能确定部件的寿命什么时候期满, 什么时候必须购买下一次计划停机时用的替换部件, 同时要建立部件修理与库存控制系统。
3 M 701F 维修问题探讨
3. 1实际维修中的问题
维修计划(周期) 与燃气轮机的运行方式相关, 每个燃气轮机电厂都必须针对自身的运行方式制定相应的维修计划。恰当的维修计划在保障机组可靠和安全运行的同时, 减少了非计划停机时间, 降低了备品备件消耗, 提升了电厂效益。以下问题是针对M 701F 型燃气轮机维修的探讨:
¹因为三菱不对用户开放燃烧调整技术, 所以每次进行燃烧室部件更换后都需要进行燃烧调整, 而燃烧调整必须请三菱技术员到现场工作, 这样既给用户带来费用的问题, 还会影响维修进度。º需要制定合理高效的备品备件计划。备件不足将增加机组的维修时间, 减少发电收益; 备件过
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4 结论
三菱M 701F 型燃气轮机的维修理念已融入其设计当中, 比如维修工作的范围和维修周期在燃气轮机研发期间就已确定, 大量运行维修经验也为机组持续改进提供了有利保证。本文就M 701F 型燃气轮机维修理念进行了详细介绍, 其目的是为了提高燃气轮机电厂的维修效率, 同时又使维修费用最少, 并对其相关问题进行了探论, 有利于理解三菱M 701F 型燃气轮机的维修理念, 而且对制定维修计划和备品备件采购等有一定的借鉴意义。
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An Analysis of theM 701F Gas Turbi ne M ai ntenance Concepti on
MAO Dan , Z HU Yue-shan
(Q i an w an G as T urb i ne P o w er P l ant of Shenzhen Guangqian E lectric Pow er CO. , LTD. , G uangdong Shenzhen 518054, Chi na) Abstrac t :T h i s paper introduces m a i ntenance concepti on ofM 701F gas turb i ne , espec i a lly , the fea t ure o f ma i ntenance and outage f o r M 701F g as turb i ne , the ca lcu l a te m ethods o f EOH and the per i od of m aintenance , as w ell as m a i ntenance p l an . F i na lly , it discusses re levant issues conce rned w ith gas t urb i ne ma i ntenance , wh ich w ill g i ve som e ti ps for m a i ntenance and operati on ofM 701F . K ey word s :M 701F ; gas t urbi ne ; m a i ntenance conception ; equ i v alent operati ng hours(EOH )
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5 结束语
随着近代工业和其它行业的发展, 噪声问题越来越引起人们高度注意。
国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局在2008年联合发布了5声环境质量标准6、5社会生活环境噪声排放标准6和5工业企业厂界环境噪声排放标准6。这3项关于噪声质量和排放的标准同时发布, 一方面反映了对5中国可持续发展总纲(国家卷) 6的响应, 另一方面充分说明政府对噪声污染
治理的力度。
就现在的标准要求看, 降噪要求更高了, 贯彻执行难度也增大了。这就要求燃机噪声控制研究人员和设计、制造人员寻找更多合适可行的方案措施, 为提高降噪水平满足法律法规要求作贡献。参考文献:
[1]方丹群, 王文奇, 孙家麒. 噪声控制[M ].北京:北京出版社,
1986.
Noise Control Sche m e of Gas Turbi ne
CHENG Su-ling
(N an ji ng G as T urb i ne R esearch Institute , N anji ng 210037, Ch i na)
Abstrac t :Th i s article from a sound source structure and no i se trans m i ssi on to exp l o re t he m ost reasonable no ise exposed t he pheno m e -non o f governance , and how t o carry out no i se contro l procedures , and t o a powe r plant exposed the pheno m enon o f no ise . F or exa m ple , W e adopt the w alls and partiti ons m ethods to discuss t he governance prog ra m. K ey word s :gas turb i ne ; no ise trans m iss i on; no ise testi ng ; governance progra m