Black燃气轮机的检修

1、 广东省珠江 9f 级 lng 联合循环电厂机组检修培训专用系列教材 燃气轮机的检修燃气轮机的检修 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 1 页 前 言 燃气轮机是一种新型的动力机械，它具有起动速度快、建设周期短、排气污染轻、 占地面积小和耗水量少等显著优点，近来发展非常迅速。在西方一些发达国家，发电用 燃气轮机的装机容量占发电总装机容量的一半左右。 对于我国目前缺电严重且峰谷用电量相差很大的情况，燃气轮发电机组作为调峰 机组，具有其他发电机组无法比拟的优越性。燃气轮机在改造热效率低、排气污染严重 且耗水量很大的中、小型电厂的工作中，也占有很重要的地位

2、，所以燃气轮机在我国的 应用具有非常光明、广阔的前景。 改革开放以来，我国陆续建造了几个燃气轮机电厂。在西气东输和大规模使用液 化天然气的形势下，目前正在大规模地建造燃气轮机电厂。因此燃气轮机的检修也就很 自然地提上了议事日程，为适应这种形势，作者根据多年的工作经验写成了此书，以供 同仁及有志于从事燃气轮机检修工作的人士参考。由于作者的知识水平及经历有限，不 当和错误之处在所难免，敬请广大读者批评指正。 本书在创作过程中得到了珠江9f级lng联合循环电厂领导的大力支持，对于在技 术资料的提供和有关内容的审定方面所给予的协助的同仁，在些一并表示衷心的感谢！ 本书编写过程中，作者参阅了许多国内外最

3、新发表的文献资料，力求使此书能发 映这一领域的最新发展情况与水平，然而燃气轮机技术发展迅速，所涉及的内容也较为 广阔，限于作者的理论水平和实践经验有限，虽然经多次校正，力求严谨，但仍恐有所 疏漏、缺陷和错误，诚盼专家和读者批评指正。 作者 2007 年 1 月于广州 燃气轮机的检修 第 2 页 目目 录录 第第 1 章章概概 述述.3 第 1 节燃气轮机的应用与发展.3 1.1国际燃气轮机技术发展的趋势.3 1.2ge 公司燃气轮机技术的发展道路.3 1.3燃气轮机的应用现状及发展前景.3 第 2 节燃气轮机检修的重要性.3 第 3 节大型燃气轮机检修的特点.3 第第 2 章章燃气轮机检修周期

4、与策略燃气轮机检修周期与策略.3 第 1 节检修计划的制定及检修周期的确定.3 第 2 节影响维修周期的主要运行因素.3 2.1燃料.3 2.2透平进口温度.3 2.3蒸汽或水喷注.3 第 3 节检修的分类.3 3.1停机备用检查.3 3.2运行检查.3 3.3燃烧系统检查(亦称小修).3 3.4热通道检查(亦称中修).3 3.5整机检查(亦称大修).3 3.6孔探仪检查.3 第 4 节燃气轮机检修策略的制定.3 4.1检修等级.3 4.2检修间隔.3 第 5 节燃机检修文件包的编制与使用.3 5.1检修文件包概述.3 5.2检修文件包的内容.3 5.3燃机文件包的使用.3 第第 3 章章9f

5、 级燃气轮机的技术特点与安装级燃气轮机的技术特点与安装 .3 第 1 节pg9351(fa)型燃气轮机简介.3 1.1pg9351(fa)型燃气轮机研制、升级演化过程.3 1.2进、排气系统.3 1.3压气机.3 1.4燃烧室.3 1.5透平.3 1.6轴承和气缸支撑.3 1.7辅助设备.3 第 2 节pg9351fa 型燃气透平技术特点 .3 2.1透平转动部件.3 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 3 页 2.2透平静止部件.3 第 3 节pg9351fa 燃气轮机 dln-2.0+燃烧室.3 3.1燃烧室的结构.3 3.2燃气轮机底盘气体燃料系统构成.3 3.3气体燃料的配送模式

6、.3 3.4气体燃料加热系统.3 第 4 节9f 级燃机发电机氢气及密封油系统 .3 4.1氢气系统的密封.3 4.2氢气系统的辅助设备.3 4.3氢气/二氧化碳系统的常规操作.3 4.4发电机的冷却.3 4.5相关问题探讨.3 第 5 节s109fa 机组危险气体监测系统 .3 5.1系统组成.3 5.2系统安装、校验及监视.3 第 6 节9f 级燃气轮机主要控制系统分析 .3 6.1燃气轮机主控制系统.3 6.2燃气轮机的干式低 nox 燃烧控制系统.3 第 7 节ms9001fa 燃气轮机安装、调试与启动.3 7.1通用电气 ms9001fa 燃气轮机组成.3 7.2安装内容.3 7.3

7、清洗和冲洗及机械检查.3 7.4启动.3 第 8 节ms9001fa 燃气轮机安装、调试与启动.3 8.1pg9351fa 型燃气轮机设备构成.3 8.2pg9351fa 型燃气轮机安装过程.3 8.3安装小结.3 第第 4 章章燃气轮机的常见故障与处理燃气轮机的常见故障与处理.3 第 1 节油系统排油冲冼问题.3 第 2 节燃气轮机热部件的修复.3 2.1燃机热部件的材料及损坏特点.3 2.2燃机热部件的修复工艺.3 2.3各种损坏形式的修复.3 第 3 节压气机进口可转导叶间隙检测和调整.3 第 4 节透平动叶膨胀间隙检测.3 第 5 节动叶状况变化与动叶寿命估算.3 第 6 节安装和大修

8、中的对中问题.3 6.1对中的概念.3 6.2对中前的准备工作.3 6.3对中工艺.3 6.4影响对中的因素.3 6.59fa 燃机联轴器的找中、晃度检查、铰孔及连接.3 第 7 节燃气轮机伺服控制系统的维护及故障处理方法.3 7.1维护要点及注意事项.3 燃气轮机的检修 第 4 页 7.2故障分析处理方法.3 第 8 节9fa 燃气轮机压气机燃烧室气缸的加工.3 8.1结构特点及工艺制定.3 8.2加工工艺规程简介.3 第第 5 章章燃气轮机的检修方法燃气轮机的检修方法.3 第 1 节检修前的准备工作.3 1.1监理单位和检修队伍的确定.3 1.2备品备件的准备.3 1.3专用工具的准备.3

9、 1.4技术准备.3 第 2 节检修过程中应注意的事项.3 2.1检修过程中应注意的关键部位.3 2.2保证检修质量的措施.3 第 3 节检修后的验收.3 第 4 节检修报告的编写.3 第第 6 章章燃气轮机的大修工艺燃气轮机的大修工艺.3 第 1 节拆卸部分.3 1.1拆卸透平间的侧面门板.3 1.2压气机和透平转子的定位检查.3 1.3拆卸前的对中检查.3 1.4压气机进口可转导叶(vigv)检查.3 第 2 节检查部分.3 2.1主机部分.3 2.2辅机系统的拆卸、检查和复装.3 第 3 节复装部分.3 第 4 节后记.3 第第 7 章章附附 录录.3 第 1 节附录 a 缝隙式火焰筒的

10、检查标准.3 第 2 节附录 b 鱼鳞孔型燃烧室头部端盖的检查标准.3 第 3 节附录 c 联焰管和弹性卡板的检查标准.3 第 4 节附录 d 过渡段的检查标准 .3 第 5 节附录 e 导流衬套的检查标准.3 第 6 节附录 f 点火火花塞的检查标准.3 第 7 节附录 g 检查报告范例.3 参参 考考 文文 献献.3 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 5 页 第 1 章概 述 第 1 节 燃气轮机的应用与发展 1.1国际燃气轮机技术发展的趋势 自 1939 年 bbc 公司制成世界上第一台工业燃气轮机以来，经过 60 多年的发展， 燃气轮机已在发电、管线增压动力、舰船动力、坦克和机

11、车动力等领域获得了非常广泛 应用。80 年代以后，燃气轮机及其联合循环技术日臻成熟，由于其热效率高、污染低、 比投资低、建设周期短、占地和用水量少、启停灵活、自动化程度高等优点，逐步成为 继蒸汽轮机后的主要动力装置。为此，美国、西欧、日本等国政府制定了扶持燃机产业 的政策和发展计划，投入大量研究资金，燃气轮机技术得到了更快的发展。80 年代末 到 90 年代中期，重型燃机普遍借用了航空发动机的先进技术，发展了一批大功率高效 率的燃机，透平进口温度达 1300，简单循环发电效率达 36%38%，其单机功率可达 200mw 以上，一般称为 f 级技术机组。90 年代后期，大型燃气轮机开始应用蒸汽冷

12、却 技术，使燃气初温和循环效率进一步提高，单机功率进一步增大。透平进口温度达 1400，简单循环发电效率达 37%39.5%，其单机功率达 300mw 以上，一般称为 h 级技术机组。 这些大功率高效率的燃机，主要用来组成高效率的燃气-蒸汽联合循环发电机组， 单机联合循环最大功率等级接近 500mw，已与大型汽轮发电机组相当。发电效率达 55%58%，最高 60%，远高于超临界汽轮发电机组的效率(40%45%)，已经成为烧天 然气和石油制品的电厂的主要选择方案。最近几年世界上新增加的发电机组中，燃气轮 机及其联合循环机组在美国和西欧已占大多数，亚洲的平均水平也达 36%，世界市场 上已出现了燃

13、气轮机供不应求的局面。 近 20 余年来，用于发电的煤的清洁燃烧技术已取得重要进展。至今，全世界已投 运了 10 余座各种功率等级的 igcc 电厂，还有一大批 igcc 电厂正在筹建之中。igcc 电厂已开始进入商业化应用阶段。pfbc 电站已投运 4 座，成功地进行了示范运行，正 逐步进入商业化运行阶段。各国目前正在开发和构思的新颖能量系统多是以燃气轮机为 核心的总能系统，如湿空气透平循环(hat、ighat)、卡林那底循环(kalina)、整体煤 气化燃料电池联合循环(igfc-cc)、磁流体发电联合循环(mhd-cc)、化学热回收燃气 轮机系统等。由此可见，“面向二十一世纪，燃气轮机及

14、其总能系统将成为跨世纪的主 要动力”，这一提法绝不是一句妄言。 1.2ge 公司燃气轮机技术的发展道路 ge 公司的前身是 1878 年 10 月 15 日成立的爱迪生电灯公司，经过了一百多年的 发展，ge 公司至今已经成为一个特大型跨国公司，1998 年的营业额达 1005 亿美元。 ge 公司的动力系统集团生产和经营重型燃气轮机、汽轮机、核电设备、输电设备及电 力驱动系统等产品。1998 年以来，经大规模兼并收购，其生产重型燃气轮机的工厂主 燃气轮机的检修 第 6 页 要有格林维尔工厂、欧洲燃气轮机公司(原阿尔斯通燃气轮机部分)、新庇隆工厂，动力 系统集团在全世界范围内生产重型燃气轮机的合

15、作伙伴有日本、东芝、印度的 bhel、 韩国重工、南京汽轮电机(集团)公司等 5 家。19901995 年在世界燃气轮机市场份额中， ge 及其合作伙伴的产品约占 50%。ge 公司当前生产的重型燃气轮机主要用于发电， 组成快装式燃气轮发电机组，其主要性能指标列于表 1-1。 表 1 ge 公司发电用重型燃气轮机的性能 型号首台 年份 iso 额定 功率/kw 热耗率 /(kj/kw h) 压比 流量 /(kg/s) 透平 转速 /(r/min) 透平 前温 / 排气 温度 / 约重/kg尺寸长宽高 /m pg6871(pa) 1987263001265010.2 1225094963487

16、25855035.055.7910.36 pg6561(b)1996 39620 1130012.01405133110453231751037.497.3210.36 pg6101(fa) 1993 70140 1052915.0 1985254 1288597-36.586.1010.36 pg7121(ea)1984 8540010994 12.6 2923600 1104537485340 40.2321.64 9.46 pg7241(fa) 1994171700 9939 15.5 4323600 1300602 74480054.8622.869.46 pg9171(e)19871

17、2340010656 12.3 40430001124538 86182035.0523.4711.89 pg9231(ec)1994169200 10308 14.2 5073000 1204558 771110 41.1516.1513.72 pg9351(fa) 1996255600 9759 1514 62430001300609108862034.147.6215.24 这些燃气轮发电机组都已自行成套为联合循环发电机组，其主要性能指标列于表 1-2(50hz)和表 1-3(60hz)，该公司最近研制成功的蒸汽冷却的 ms9001h 型和 ms7001h 型燃气轮机专门用于组成联合循环

18、发电机组，其性能指标也列于表 1-2 和表 1-3 中。 表 1-2 ge 公司联合循环发电机组的性能(50hz) 型号首台 年份 电厂净 功率/kw 热耗率 kj/kwh 电厂净 效率/% 电频率 hz 燃机功率 kw 汽机功 率/kw 燃机数量和型号备注 s106b 198759800739048.7503830022500 1ms6001b无再热 s206b 1979 121000731049.3 50766046300 2ms6001b 无再热 s406b1979 243100727549.5 50153200 939004ms6001b无再热 s106fa 1991 10740067

19、7553.25069100 40100 1ms6001fa 再热 s206fa 1991 218700665054.1 5013820084000 2ms6001fa 再热 s109e 1979189200593552.0 5012160070400 1ms9001ea无再热 s209e1979 383700684052.7502432001461002ms9001ea无再热 s109ec 1994 259300666054.05016660096600 1ms9001ec 再热 s209ec 1994522600661554.45033200 1976002ms9001ec再热 s109fa

20、1994 390800635056.7 502541001418001ms9001fa再热 s209fa 1994786900630557.150508200289200 2ms9001fa 再热 s109h1979480000600060.050- 1ms9001h 单轴结构有再热 注:所有上述型号都带有三压蒸汽循环和干式低 nox 燃烧系统。 ge 的压气机经历了一个逐步发展的过程。40 年代中期，由 tg180 航空发动机改 型成最早的 5000hp 的 ms3002 重型燃气轮机，其空气流量只有 37kg/s。在很宽的转速 范围内没有碰到喘振问题。因此，不需要进口可调导叶和放气阀。19

21、55 年对压气机进 行了重新设计，采用 naca65 叶型，空气流量增加到 72kg/s，在 4860r/min 时压比为 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 7 页 6.78，效率也有所提高，构成了发电用的 ms5000 燃气轮机，以后又将转速提高到 5100r/min，形成了 ms5001m 的基本设计。 表 1-3 ge 公司联合循环发电机组的性能(60hz) 型号 首台 年份 电厂净 功率/kw 热耗率 kj/kwh 电厂净 效率/% 电频率 hz 燃机功率 kw 汽机功率 kw 燃 机 数量和型号 备 注 s106b198759800739048.7603830022500 1

22、ms6001b 无再热 s206b1979121400728549.4607660046700 2ms6001b无再热 s406b1979243900724549.760 153200 94700 4ms6001b 无再热 s106fa1991107100679553.06068900400001ms6001fa再热 s206fa1991217000670553.760137800 83700 2ms6001fa再热 s107ea1977130200717550.2608350048700 1ms7001ea 无再热 s207ea1979263600707050.960 16700010070

23、02ms7001ea无再热 s107fa1994262600642556.060170850956001ms7001ec再热 s207fa1994529900637556.5603417001958002ms7001ec再热 s107h1979400000600060.060 1ms7001h 再热 注:所有上述型号都带有三压蒸汽循环和干式低 nox 燃烧系统。 在此基础上，通过增加进口级直径、增加空气流量和压比，形成了 ge 重型燃气轮 机系列。之后，ms5001m 的压气机头三级又重新进行了设计，在进口增加了一级，压 比提高到 9.8。进口导叶改变为可调，起动时可调节空气流量，低负荷工况时

24、可维持较 高的透平进气初温，形成了 ms5001n 型。该压气机在麻省的 lynn 航空发动机压气机 试验台上进行了全面试验，建立了流量、压比、效率、起动特性、全速喘振边界和设计 的机械整体性关系。ms5001n 和 p、ms7001a 和 b、ms9001b 型实际上具有相同的气 动设计。5100r/min 的 ms5001n 压气机模化放大为 3600r/min 的 ms7001a 压气机，使 空气流量增加了一倍以上。再重新设计了前 4 级，使流量和压比进一步增加，形成了 ms7001c 和 ms7001e 型压气机。在 ms7001e、ms9001e 和 ms6001 的压气机中，对 1

25、-8 级静叶又作了修改，以改善低频率运行时的性能。ms7001e 型压气机又通过简单增 加外径，使流量和压比增加，形成了 ms7001ea 压气机。 ge 公司在格林维尔厂建立了一座压气机整机试验台，可进行压气机整机试验，测 量流入和流出的空气流量、压力和温度，级间的压力和温度以确定各级的特性，该试验 台可以在很宽的转速和压比范围内进行试验，测得性能曲线、起动特性、应力数据、叶 片动态特性和确定喘振边界。 自 1968 年以后，该公司已做了六套全尺寸的压气机试验，其结果可用于建立计算 机模型，允许在整个运行范围内相当精确地预测压气机的性能，进行改进设计。由于燃 烧现象的复杂性，燃烧室的设计到目

26、前为止仍以经验设计和实验为基础。由于模化试验 结果不能用来预测许多性能，故 ge 公司应用全尺寸试验来发展实际的燃烧室，而 ge 的分管燃烧室结构使这种实验已成为了可能。一般应用一只燃烧室和相应数量的空气和 燃料，在实际的运行参数下试验。由于在工厂内已进行了充分的调试，故在现场不再需 要进行起动调试。对不同型号的燃气轮机，其燃烧室尺寸不进行模化，但燃烧室的个数 与空气流量成正比变化。燃烧室应用火花塞点火、联焰管联焰、火焰监测器监测。为安 燃气轮机的检修 第 8 页 全可靠，应用了两套火花塞和火焰监测器。液体燃料一般用空气雾化喷油嘴雾化，用流 量分配器对通向各喷嘴的燃料进行均等分配。火焰筒早期是

27、应用百页窗式的气冷结构， 现已改为冷却效果更好的缝冷式结构。 燃气轮机发展试验室备有六个试车台，允许进行燃气轮机简单循环或回热循环的全 工况试验。备有注水、注蒸汽或隋性气体以减少污染物排放的设备。可以用气态或液态 的丙烷、甲烷、蒸溜油、调合渣油或重渣油进行试验。备有一套低热值燃料设备，可以 将气体燃料与惰性气体调合，产生 335-4098kj/m3热值的气体燃料进行试验。燃烧室在 试验室进行全工况试验以后，还要在燃气轮机试车台上进行全工况试验，全面测量其性 能参数，包括进入喷嘴前的燃气温度分布；金属温度和振动响应；燃烧室、燃料管道和 雾化空气管道中的压力和压降、熄火、联焰和控制特性、烟雾和粒子

28、的排放等。还进行 了注水和注蒸汽抑制污染排放物的试验，以确定满足排放标准所需要的注水量。这种燃 烧室试验与机组试验相结合，形成了安全可靠的燃烧室系统。 ge 公司燃气透平的发展，一直是围绕着如何提高进气初温 t3而进行的。1961 年投 运的 ms5000 燃气轮机 t3=816，到 80 年代初，投运的 ms6001 和 ms7001 机组，t3 已提高到了 1104。提高透平进气初温的主要措施是改进喷嘴和动叶的材料，完善叶 片冷却技术。目前，ms9001fa 机组的进气初温已达 1300，ms9001g 机组的进气初 温高达 1430。ge 公司于 80 年代中期便投入大量资金进行 f 型

29、燃气轮机的开发研制， 主要是将飞机发动机的先进技术和部件移植到工业和发电用燃气轮机上，从而使其性能 大幅度提高。ge 公司于 1987 年制成了首台 60hz 的 ms7001f 型燃气轮发电机组，后 制成了 50hz 的 ms9001f 型燃气轮发电机组。接着，ge 公司又将其 ms7001fa 燃气轮 机模化缩小，于 1995 年末制成了 70mw 等级的 ms6001fa 燃气轮机，通过齿轮减速， 可用于 50hz 和 60hz 发电。 ms6001f、ms7001f 和 ms9001f 型燃气轮机的结构和性能相类似。该机组为典型 的单轴结构，与传统的 e 型机组相比，省去了一个中间轴承

30、，三支承变成了双支承， 而且功率输出端由透平排气端改变为压气机进气端(冷端输出)。因而，透平改变为轴向 排气，有利于与余热锅炉的连接。而且，其辅机安装在分开的底板上，控制系统和辅机 都有较大的冗余度。 ge 公司将在 21 世纪推出的最新产品是 h 型燃气轮机，有 3600r/min 的 ms7001h 和 3000r/min 的 ms9001h 两种型号。它比 f 型燃气轮机更多地引用了航空发动机的先 进技术，因而性能也更为先进。压气机 18 级，获得了 23:1 的高压比。它除进口导叶可 调外，又增加了 4 级可调静叶，以优化部分负荷工况性能。透平为 4 级，其叶片应用了 航空发动机的叶型

31、，按三元流方法设计而成，前两级叶片应用了蒸汽闭环冷却。第 1 级 动叶和喷嘴为镍基超级合金单晶铸件，消除了晶界，改善了高温疲劳性能，并且涂有氧 化锆稳定的钇陶瓷隔热涂层。后三级动叶应用定向结晶铸件，第 2 级动叶还加了隔热涂 层。24 级静叶应用等轴材料，2、3 级静叶加了隔热涂层。燃烧室为 ge 公司最近研制 成功的干式低 nox 燃烧室，其主要特点是使燃料与空气预混，形成稀相燃烧，因而使 热 nox 的产生量大幅度减少。 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 9 页 h 型燃气轮机主要用于联合循环发电，叶片冷却以后的蒸汽仍回到蒸汽循环中作功， 因而，可使联合循环发电的净效率高达 60%

32、。如果蒸汽冷却的前两级叶片仍应用空气 冷却，则 h 型燃气轮机便变为 g 型，可以简单循环运行，也可作联合循环运行。 1.3燃气轮机的应用现状及发展前景 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 广泛关注，应用范围越来越广。在航天航空领域是独一无二、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 燃气轮机作为动力设备。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

33、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 35%36%；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

34、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

35、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(hat)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。 第 2 节 燃气轮机检修的重要性 随着燃气轮机广泛应用，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 燃气轮机的检修 第

36、10 页 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、重油或者原油，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

37、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。 第 3 节 大型燃气轮机检修的特点 燃气轮机是以连续流动的高温气体作为工质，把热能转换为机械能，再通过发电机 转换为电能的动力机械，主要包括压气机、工质加热设备(如燃烧室)、燃机透平、控制 系统和辅助设备等。 现代大型发电用燃气轮机为轻重结合型结构，设计寿命与理论大修周期都较长。燃 气轮机区别于常规汽轮机的一个重要特征就是高温加热、高温放热，现代燃气轮机透平 初温不断提高，当前 e 级为 11001200，f 级在 1300左右，g

38、 级达 1500左右， 并且在开发设计上，已向 16001800发展。高温部件的制造需镍、铬、钴等高级合金 材料，并采用超级合金单晶与定向凝固铸造等先进工艺、特殊的陶瓷涂层及有效的冷却 方式等。因此，燃气轮机高温热部件维修成为制订燃机检修维护策略的关键考虑因素。 也因为这个原因，燃气轮机检修策略的制定不应等同于往常的计划检修，也应有别于常 规汽轮机的 a、b、c、d 级滚动检修，而应该突出基于高温受热部件的实际情况，根 据检查、监测、诊断和评估的结果，决定检修的等级和时间间隔。 通常热端部件价格昂贵，能否通过有效的检修周期控制来延长使用寿命，直接影响 到燃气轮机电厂的成本和市场竞争力。特别是随

39、着燃气轮机在电网调峰中启停次数的增 加，高温部件占维修费用的百分比将大大提高，甚至达 70%以上。当前，备件的国产 化刚起步，而向原厂家购买备品，价格又太高。据统计，当前国内一套 9e 燃机的热端 部件备品要占整套机组价格的 40%以上，仅一级喷嘴就要上百万美元。有研究表明， 如果运行方式由周启停变成二班制运行，则其热端部件维护费用将增加 1 倍，这是因为 诸如基体材料老化裂纹的扩张速度基本与运行小时数和启动次数成正比。涂层维修现在 主要还是依靠制造厂在国外的定点修理厂完成，因此费用也特别高。 综上所述，燃气轮机的可靠性不仅同燃料、本身材质性能和日常维护有关，还与其 在电网的功能定位和运行方式

40、密切相关。因此，燃气轮机的检修策略制定宜以制造厂提 供的检修周期为参考，根据机组的运行和检查情况，采取以状态检查和诊断为基础、以 可靠性管理为核心的优化检修策略。通常，维护以检查为基础，检修以维护为基础。按 检修范围从局部到整体的排序，通常分为：燃烧部件检查、热通道部件检查和整机检查 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 11 页 大修。检查通常采用工业内窥办法进行，现代燃机在设计时都已考虑具有尽可能高的可 检查性。如有的机组，甚至可以让检修人员进入到燃烧室内部对燃烧部件和第一级喷嘴 进行检查。当然，日常的维护还包括主要根据功率下降情况来判断的在线或离线的水洗 等工作。 燃气轮机的检修 第

41、 12 页 第 2 章燃气轮机检修周期与策略 第 1 节 检修计划的制定及检修周期的确定 首先要说明的是，因为本电厂所使用的燃气轮机是 ge 系列的产品，所以此处是以 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 2-1 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 2-1 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

42、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，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： 检修和大修之间的最长运行周期； 现成在位检查和维修； 使用当地的技术力量进行拆卸、检查和复装。 燃气轮机检修计划的制定和检

43、修周期的确定就是根据图 2-1 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 2-1 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 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 13 页 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 2-2 中列 出了各有关因

44、素的热通道(喷嘴和动叶片)检修系数。 图 2-2 热通道(喷嘴和动叶片)检修系数 图 2-3 上所示曲线为燃料对检修系数影响的 曲线，由于燃料类型不同，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。 ge 所推荐的表 2-1 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、尖峰负荷运行时间、注水/蒸汽的情况、正常负荷起动停

45、 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 2-4 是以运行时数为基准的热通道检修周期，图 2-5 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 2-6 是 以运行时数为基准的转子检修周期，图 2-7 是以起动次数为基准的转子检修周期，跟热 通道检修一样，无论哪一种周期先达到，均应进行转子的检修。 表 2-1 推荐的检修周期 (运行时间/h)/起动次数检测形式 ms6bms7e/eams9e ms6f/7f/9f 燃烧系统12000/12008000/8008000/8008000/400 热通道24

46、000/120024000/120024000/90024000/900 整机48000/240048000/240048000/240048000/2400 转子-144000/5000 转子检修周期不适用于 ms6f 机组。 图 2-3 燃料类型对检修的影响 燃气轮机的检修 第 14 页 图 2-4 以运行时数为基准的热通道检修周期 图 2-5 以起动次数为基准的热通道检修周 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 15 页 图 2-6 以运行时数为基准的转子检修周期 图 2-7 以起动次数为基准的转子检修周期 根据图 2-4图 2-8 就可以确定热通道 和整机(即大修)的检修周期，但燃

47、烧系统的 检修周期没有给出这样的形式，对于燃烧 系统设备的时间、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 2-2)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。 图 2-8 甩负荷跳闸的检修系数 燃气轮

48、机的检修 第 16 页 表 2-2 推荐的 ms7001ea 燃烧系统检修周期 燃料 天然气轻油燃烧室设计 nox 排放 (10-6) 稀释剂 (运行时数/h)/起动次数 干8000/8008000/800 蒸汽-8000/40065 水-6500/300 蒸汽8000/4003000/150 标准燃烧室 42 水6500/3001500/100 蒸汽-6000/300 42 水-6500/300 蒸汽8000/400- 多喷嘴燃烧室 25 水8000/400- 干低 nox25干8000/400- 注：extendor 燃烧系统耐磨件使燃烧检修延至 24000h。 第 2 节 影响维修周期的

49、主要运行因素 这里仅对下列因素作一些简要的讨论。 2.1燃料 燃气轮机的燃料范围可以从洁净的天然气至渣油，各种燃料对维修周期的影响，以 天然气最小。若天然气的加权系数为 1，则轻油为 1.5，原油为 23，渣油为 34。这是 因为重质燃料会产生更多的辐射热，降低燃烧部件寿命。而且重质燃料或多或少会含有 钠、钾、钒、铅等腐蚀元素，会加速透平喷嘴和动叶的腐蚀。此外，这些元素可能直接 或间接(和防腐抑制剂形成的化合物)沉积在叶片上，这不仅影响机组的性能，而且也导 致更频繁的维修。 轻油作为一种精炼油，一般不会含有高水平的腐蚀元素，但是由于从油源地至现场 的运输可能会产生二次污染，因此，根据 ge 公

50、司的经验，轻油对热通道检修周期的影 响，其维修加权系数的变化范围，可以从低至 1 而高至 3。另外，还必须注意液体燃料 中污染物对燃油系统部件如油泵、流量分配器的寿命的影响。 2.2透平进口温度 透平进口温度是影响高温部件寿命的一个关键因素，因此，提高透平进口温度运行 (即尖峰负荷运行)始终会存在风险。尖峰负荷运行时，透平进口温度一般比基本负荷运 行时的高 100(56)。那么，从透平动叶的寿命看，尖峰负荷运行 1h，相当于基本负 荷运行 6h，即尖峰负荷运行小时的加权系数为 6。而且，这种影响并不是线性的。设 100(56)的温差为t0，实际温差为t，a=t/t0。则加权系数 6a，即t=2

51、00， 加权系数为 62=36。 降低透平进口温度运行会增加热通道部件寿命，补偿超负荷运行的影响。但是，应 当注意这种补偿不是一对一的线性关系，六小时的-100(-56)的部分负荷运行，才能 补偿一小时的+100(+112)的尖峰负荷运行。而且部分负荷运行不一定意味着透平进 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 17 页 口温度降低，除非进口可转导叶保持在最大开度(简单循环)或关闭到某一开度后保持不 变(联合循环)。因此，在联合循环运行时，燃气轮机负荷降至 80%以下，才会取得降温 运行的效果。 2.3蒸汽或水喷注 为了控制 nox 的排放或增大功率而进行蒸汽或水的喷注会影响零部件的寿命和

52、降 低维修周期。由于蒸汽或水的喷入，会增加工质(燃气)的导热率和比热，从而增加了其 传热系数，因而增加了对透平喷嘴和动叶等高温部件的热传输，导致了更高的金属温度。 以 ms7001e 为例，在恒定的透平初温下，喷注 3%的蒸汽(nox 控制为 25ppm)，燃气的 传热系数将增加 4%，叶片金属温度会提高 15(8)，寿命下降 33%。 第 3 节 检修的分类 维修检查大致可分为停机备用检查，运行检查和分解检查。分解检查要求局部或全 部打开机组以检查内部的零部件，这类检查包括燃烧检查，热通道检查和整机检查(大 修)。 3.1停机备用检查 所有停机备用的机组都需要定期进行检查，尤其是以起动可靠性

53、作为主要要求的调 峰机组或间断运行的机组。这种检查包括机组各系统日常维护和清洁，更换过滤器、检 查水位和油位，检查和标定各类测量元件和仪表等等。而定期起动机组运行则是这种检 查的关键部分。 3.2运行检查 运行检查的主要内容是全面地连续 地观察机组的运行数据。这种检查以记 录新机或大修后的机组首次运行的数据， 并以这些数据为参考基准开始，此后通 过对运行数据的分析比较，可以发现机 组是否恶化的各种迹象。基准数据应包 括机组正常起动参数及稳态运行参数。 所谓稳态运行，是指在 15min 内，机组 轮间温度的变化不超过 5(3)。此后， 应定期观察和记录机组的这些数据，以 便评估机组的性能和所需的

54、维修程度随 时间的变化。运行检查记录的主要数据列于表 2-3。 其中一些数据最好能绘制成曲线，如起动参数(转速、排气温度、振动)随时间的变 化曲线，负荷随排气温度的变化曲线，振动随负荷的变化曲线等等。 表 2-3运行检查主要数据 燃气轮机的检修 第 18 页 参数异常必然和机组的内部零部损坏或系统故障相联系，因此运行检查是判断机组 性能和状态的最有力措施，也是判断机组能否按预定的周期作分解检查的关键。 3.3燃烧系统检查(亦称小修) 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

55、组安全运行的因素。根据机组型号的不同，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 2-1。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 2-9。 图 2-9 各种检修的工作范围 燃烧系统是燃气轮机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 式燃烧系统，如图 2-10图 2-12 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

56、燃气轮 机有 14 个分管式燃烧室。 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 图 2-10 ms6001 系列燃气轮机上采用的分管型燃烧室的总成图 珠江 9f 级 lng 联合循环电厂 第 19 页 图 2-11 6fa 燃气轮机的示意图 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 一压气机后缸；11-压气机排气缸；12-进口

57、可转导叶； 13-压气机静叶片；14-压气机转子；15-1#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-支承环；24-透平一级喷咀；25-透平二级 喷咀；26-透平三级喷咀；27-透平喷咀；28-2#轴承；29-3#轴承；30-排气框架；31-排气室；32-负荷 联轴器；33-排气室底盘；34-透平底盘；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-燃油截止阀；42-辅助液压阀；43-主液 压泵；44-辅助滑油泵；45-事故(应

58、急)滑油泵；46-负荷驱动间；47-液压模件；48-起动装置座；49- 仪表盘；50-2#轴承排汽管；51-密封油泵 图 2-12 9e 型燃气轮机的结构图 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室，如图 2-13 是双立式的圆筒形燃烧室，图 2-14 是双卧式的圆筒形燃烧室，图 2-15 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 2-16 是立 式的单圆筒形燃烧室。 (a) (b) 图 2-13 双立式圆筒形燃烧室的结构 燃气轮机的检修 第 20 页 图 2-14 双卧式圆筒形燃烧室的结构 图 2-15 环形燃烧室

59、的结构 图 2-17 是二次燃烧的环形燃烧室，这种结构形式虽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 no、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。 目前，我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

60、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。 图 2-16 单立式圆形燃烧室的结构 图 2-17 二次燃烧的环形燃烧室的结构 一般地说，这些零部件在维修中往往需要首先更换或修理，保持这些零部件的良好 状态，是对下游零部件如透平喷嘴和动叶的寿命的保障。 具体检查内容如下： 检查每一个联焰管、持环和火焰筒 检查燃烧室内部是否有碎金属片或外物