燃气轮机运行维护基础知识手册

燃气轮机运行维护基础知识手册前言燃气轮机作为一种高效、紧凑、启动迅速的动力机械，已广泛应用于电力generation、石油化工、舰船动力及工业驱动等多个领域。其安全、稳定、经济运行直接关系到企业的生产效益和社会效益。本手册旨在为从事燃气轮机运行与维护工作的技术人员提供一套系统、实用的基础知识，帮助其更好地理解设备特性，掌握基本操作技能，提升故障判断与处理能力。本手册内容基于当前主流燃气轮机的共性特点编写，注重理论与实践相结合，强调规范性和可操作性。由于不同型号燃气轮机在具体结构和控制策略上存在差异，实际工作中务必以设备制造商提供的技术资料和操作规程为准。第一章燃气轮机概述与基本原理1.1燃气轮机定义与分类燃气轮机是一种以连续流动的气体为工质，将燃料燃烧产生的热能转化为机械能的旋转式动力机械。通常由压气机、燃烧室和透平三大核心部件以及相关的辅助系统构成。根据其用途，可大致分为：发电用燃气轮机：主要用于驱动发电机产生电力，通常追求较高的热效率和功率输出。工业驱动用燃气轮机：用于驱动泵、压缩机、风机等机械设备，对变工况性能和可靠性有较高要求。航改型燃气轮机：由航空发动机衍生而来，具有重量轻、启动快、功率密度高等特点。1.2基本工作原理燃气轮机的工作过程遵循布雷顿循环（BraytonCycle），主要包括以下四个连续的热力学过程：1.压缩过程：外界空气被吸入压气机，在压气机中受到压缩，压力和温度升高。此过程消耗机械能。2.燃烧过程：压缩后的高温高压空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合并燃烧，生成高温高压的燃气。此过程燃料的化学能转化为燃气的热能，燃气温度大幅升高，压力略有变化。3.膨胀过程：高温高压的燃气进入透平，在透平内膨胀做功，推动透平叶轮高速旋转，将燃气的热能和压力能转化为机械能。透平输出的机械能一部分用于驱动压气机，其余部分（净出力）对外输出，用于驱动发电机或其他负载。4.排气过程：做功后的燃气（废气）从透平排出，其温度和压力显著降低。废气中仍含有一定的热能，可通过余热锅炉回收用于产生蒸汽（即燃气-蒸汽联合循环），以提高整体能源利用率。第二章燃气轮机设备结构与核心部件2.1压气机压气机的作用是从大气中吸入空气，并对其进行压缩，为燃烧室提供高压空气。类型：主要有轴流式和离心式两种。轴流式压气机因其流量大、效率高，广泛应用于大功率燃气轮机；离心式压气机则常用于小功率或航改型燃气轮机的高压级。主要部件：由静子（气缸、静叶环）和转子（动叶、轮盘、轴）组成。动叶与静叶交替排列，动叶将机械能传递给空气，使其加速并增压；静叶则将空气的动能转化为压力能，并引导气流进入下一级动叶。2.2燃烧室燃烧室是燃料与空气混合燃烧的场所，其作用是将燃料的化学能高效、稳定地转化为燃气的热能。类型：常见的有分管式、环管式和环形燃烧室。环形燃烧室因结构紧凑、燃烧效率高、出口温度均匀性好等优点，在现代燃气轮机中应用广泛。主要部件：包括燃烧室外壳、火焰筒、燃料喷嘴、点火器、过渡段等。火焰筒是燃烧的核心区域，需承受高温燃气的冲刷和腐蚀。2.3透平透平是燃气轮机的动力输出部件，其作用是将高温高压燃气的能量转化为机械能。结构特点：与压气机类似，透平也由静子（喷嘴环/导叶）和转子（动叶、轮盘、轴）组成，但工质流动方向相反，能量转换方式也不同。透平叶片工作在高温、高压、高转速和高应力状态下，是燃气轮机中工作条件最恶劣的部件之一。主要部件：一级静叶（喷嘴）、一级动叶、二级静叶、二级动叶……以此类推，根据功率和效率要求，透平可设计为多级。2.4燃气轮机整体布置燃气轮机的整体布置形式多样，常见的有单轴、分轴和多轴结构。单轴燃气轮机：压气机、透平和负载（如发电机）共用一根轴。结构简单，但变工况性能相对较差。分轴燃气轮机：由高压转子（压气机和高压透平）和低压转子（低压透平）组成，低压透平驱动负载。其启动性能和变工况性能优于单轴机组。2.5辅助系统燃气轮机的正常运行依赖于一系列辅助系统，主要包括：润滑系统：为各轴承、齿轮箱等转动部件提供润滑油，起润滑、冷却、清洁和防锈作用。冷却系统：为透平高温部件（如叶片、轮盘）、燃烧室等提供冷却介质（空气或蒸汽），确保部件在允许温度下工作。进气系统：过滤、消音、可能包含进气加热或冷却装置，为压气机提供清洁、合适温度的空气。排气系统：收集并排出透平废气，可能包含消音器、余热锅炉接口或排放控制装置。燃料系统：储存、过滤、加压、计量并向燃烧室输送燃料（天然气、液体燃料等）。控制系统：监测机组运行参数，实现启动、停机、负荷调节、保护等功能。第三章运行操作与监控3.1启动前检查与准备启动前的全面检查是确保燃气轮机安全启动的关键环节，主要包括：系统检查：确认燃料、润滑、冷却、进气、排气、控制等各辅助系统均处于正常状态，阀门位置正确，电源供应稳定。设备检查：检查机组本体及周围无杂物，各连接部位无松动、泄漏，保护罩完好，仪表指示正常。参数确认：核对润滑油油位、油温，燃料压力、温度，环境温度、湿度等参数符合启动条件。安全措施：确认消防设施完好，应急停机按钮功能正常，无关人员已撤离。3.2启动过程与控制燃气轮机的启动过程通常由控制系统自动完成，操作人员需密切监控。典型的启动步骤包括：1.辅助系统启动：启动润滑油泵、冷却水泵等辅助设备，建立正常的辅助系统运行参数。2.盘车：启动盘车装置，检查机组转动部分有无卡涩。3.点火启动：启动启动马达（或启动汽轮机）带动转子升速至点火转速，点燃燃烧室。4.暖机升速：在特定转速下进行暖机，避免金属部件因温差过大产生热冲击。之后继续升速至自持转速以上，脱开启动马达。5.并网/带负荷：达到同步转速后（发电用），进行并网操作，然后根据需要逐步增加负荷。启动过程中应重点监控转速、振动、轴承温度、排气温度等参数，确保其在正常范围内。3.3正常运行中的监控与调整正常运行时，操作人员的主要任务是对机组运行参数进行连续监控，并根据运行工况和外界条件的变化进行必要调整：关键参数监控：*转速：维持在额定转速或按负荷需求调整。*温度：包括透平进口温度（或排气温度，作为间接监控）、燃烧室出口温度、轴承温度、润滑油温度等。*压力：包括压气机进口/出口压力、燃烧室压力、透平排气压力、燃料压力、润滑油压力等。*振动：各轴承座及机组本体振动值，是判断机组机械状态的重要指标。*燃料流量/消耗量：监控机组的燃料消耗情况。*排气污染物浓度：如NOx、CO等，确保环保达标。负荷调整：根据电网调度指令或工艺需求，通过调节燃料量来改变机组输出功率。调整过程应平稳，避免负荷波动过大。燃烧调整：在某些情况下，需对燃烧系统进行微调，以保证燃烧稳定性、效率和较低的污染物排放。3.4停机操作与维护停机操作同样需严格按照规程进行，分为正常停机和紧急停机。正常停机：1.逐渐降低负荷至空载。2.解列（发电用）。3.执行停机程序，燃料系统切断，机组转速逐渐下降。4.转速降至一定值后，启动盘车进行冷却。5.待机组充分冷却后，停运辅助系统。紧急停机：当机组出现危及设备安全或人身安全的故障时，应立即按下紧急停机按钮，使机组迅速停机。紧急停机后需查明原因，排除故障后方可重新启动。停机后的检查：检查机组有无异常现象，如泄漏、异响、部件损坏等，并做好记录。第四章常见故障诊断与处理4.1故障诊断基本方法燃气轮机故障诊断应基于对设备结构、原理和运行特性的深刻理解，结合运行参数变化、异常现象观察和必要的测试手段进行。常用的方法包括：参数分析法：通过对比分析机组各项运行参数（温度、压力、振动、流量等）的历史数据和实时数据，判断是否存在异常。症状观察法：留意机组运行时的声音、振动、气味、烟雾、泄漏等异常现象。趋势分析法：对关键参数进行长期跟踪，分析其变化趋势，早期发现潜在故障。解体检查法：对于一些隐蔽性故障，可能需要进行部分或全部解体检查。故障处理应遵循“安全第一、先主后次、先易后难”的原则。4.2典型故障及处理思路4.2.1启动失败可能原因：燃料供应不足或中断、点火系统故障、启动马达功率不足、压气机失速、控制逻辑故障等。处理思路：检查燃料压力、流量；检查点火器、火花塞；检查启动马达及电源；检查压气机进口导叶（IGV）位置；检查控制程序及传感器信号。4.2.2功率不足可能原因：压气机效率下降（叶片结垢、磨损）、燃烧室燃烧不良、透平效率下降（叶片结垢、腐蚀、损坏）、燃料热值降低、进气温度过高、排气背压过高等。处理思路：清洁压气机叶片；检查燃烧状况，调整燃料喷嘴或空燃比；检查透平叶片状况；分析燃料品质；检查进气冷却系统；检查排气系统阻力。4.2.3振动异常增大可能原因：转子不平衡（叶片结垢、损坏、脱落）、轴承磨损或损坏、轴系不对中、动静部件摩擦、地脚螺栓松动等。处理思路：进行振动频谱分析，判断振动源；检查转子动平衡；检查轴承温度、润滑油样；检查轴系对中情况；检查机组各部件间隙；紧固地脚螺栓。4.2.4排气温度异常升高或分布不均可能原因：燃烧室火焰筒损坏、燃料喷嘴堵塞或损坏导致燃烧不均、透平静叶/动叶结垢或损坏、测温元件故障等。处理思路：检查燃烧室部件；清洁或更换燃料喷嘴；检查透平叶片；校准测温元件。4.2.5轴承温度过高可能原因：润滑油供应不足（油压低、油位低）、润滑油质劣化（污染、老化）、轴承间隙不当或损坏、冷却系统故障等。处理思路：检查润滑油系统压力、流量、油位；化验润滑油品质，必要时更换；检查轴承状况；检查冷却系统。第五章维护保养与检修5.1维护保养的目的与分类维护保养是保证燃气轮机长期安全稳定运行、延长使用寿命、降低运行成本的重要措施。其目的在于预防故障发生，及时发现并修复潜在缺陷。按周期划分：可分为日常维护、定期维护（如每日、每周、每月、每季度、每年度）和视情维护。按深度划分：可分为小修、中修和大修。5.2日常维护与定期检查项目5.2.1日常维护检查机组有无异响、泄漏、异常振动。检查各辅助系统运行参数是否正常（油压、油温、水温、燃料压力等）。检查润滑油油位、油质。清洁设备表面及周围环境。记录运行日志和主要参数。5.2.2定期检查（示例，具体参照制造商规定）每周/每月：检查过滤器压差，必要时更换；检查阀门状态；测试安全保护装置；紧固电气连接等。每季度/每半年：检查燃料喷嘴状况；检查进气系统滤芯；检查消防系统；校验关键仪表等。每年：进行性能测试，评估机组效率；检查热通道部件状况；对重要辅机进行解体检查等。5.3主要部件的检修要点压气机：重点检查叶片有无结垢、腐蚀、损伤、变形，叶尖间隙是否在允许范围内，轴承、密封件状况。定期进行水洗或在线水洗。燃烧室：检查火焰筒有无烧蚀、裂纹、变形，燃料喷嘴有无堵塞、磨损，点火器、过渡段状况。透平：检查动叶、静叶有无高温腐蚀、热疲劳裂纹、冲刷磨损、变形，叶根紧固情况，轮盘状况，气封间隙。透平部件是检修的重点和难点。辅助系统：润滑油系统的油箱清洁、油泵检查、油滤更换、油样分析；燃料系统的过滤器更换、阀门校验；冷却系统的管道清洗、水泵检查等。5.4备品备件管理建立合理的备品备件库，确保关键易损件、消耗品的供应，是保障检修工作顺利进行和缩短停机时间的重要前提。备品备件管理应包括计划、采购、验收、储存、领用等环节，并对备件寿命进行跟踪。第六章安全与防护6.1安全操作规程严格遵守安全操作规程是防止人身伤害和设备事故的根本保证。所有操作人员必须经过专业培训，熟悉并严格执行各项安全规定。6.2主要安全风险及防护措施高温危害：燃气轮机运行时，透平排气、燃烧室、高温管道表面温度极高，易造成烫伤。*防护：设置警示标识，人员避免靠近高温区域，必要时穿戴隔热防护服。旋转部件伤害：高速旋转的转子、联轴器等部件具有极大的动能，接触会导致严重伤害。*防护：安装牢固的防护罩，禁止在运行中打开防护罩或进行任何靠近旋转部件的工作。燃料泄漏与火灾爆炸：燃料（天然气、燃油等）泄漏遇火源易引发火灾爆炸。*防护：严格检查燃料系统密封性，设置可燃气体检测报警装置，配备足够的消防器材，动火作业严格执行许可制度。窒息风险：燃气轮机运行区域可能存在缺氧或燃气泄漏导致有毒有害气体浓度超标。*防护：确保通风良好，进入封闭空间前进行气体检测。噪音危害：燃气轮机运行时噪音较大，长期暴露易造成听力损伤。*防护：采取消音措施，操作人员佩戴耳塞或耳罩。电气安全：涉及高低压电气设备，存在触电风险。*防护：严格遵守电气安全规程，进行电气作业时执行上锁挂牌程序。6.3应急处理预案制定完善的应急处理预案，定期进行演练，确保在发生火灾、爆炸、燃料泄漏、人员受伤等突发事件时，能够迅速、有效地进行处置，最大限度减少损失。第七章维护管理与技术文档7.1技术档案管理建立健全燃气轮机技术档案，包括：设备出厂技术资料（说明书、图纸、合格证等）。安装调试记录、验收报告。运行记录（运行日志、参数曲线、故障记录等）。维护保养记录（检修计划、检修报告、更换零部件记录等）。技术改造资料。技术档案应妥善保管，便于查阅和追溯。7.2维护计划的制定与执行根据设备制造商的建议、运行经验、部件寿命预测及相关法规要求，制定合理的维护计划。维护计划应明确维护项目、周期、负责人、所需资