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燃气轮机运维的关键技术挑战与思考

燃气轮机发电在我国能源结构中占据重要地位，尤其在经济发达、人口稠密的沿海地区。与传统火电相比，燃气发电具有占地面积小、建设周期短、运行灵活、启停迅速等优势，对节能减排、提高供电安全性、促进经济可持续发展等方面具有显著贡献。然而，燃气轮机在实际运行中面临诸多挑战，如设备维护管理不到位、高频率重启、超负荷运行等问题，严重影响机组的安全经济运行，带来运行和维护的新挑战。

一、燃气轮机运维的主要问题

1.检修人员专业技能不足：燃气轮机发电设备多由国外进口，国内技术人员虽熟悉发电设备，但对国外燃气轮机技术应用背景了解不足，导致设备日常维护管理不到位，设备损耗严重。

2.设备高频率重启：发电厂为提升工作效率，采用倒班制，导致设备频繁关停和重启，对燃气轮机的叶轮和内部电路设备造成损耗，长期积累可能导致设备提前报废。

3.维修耗材费用较高：燃气轮机设备零部件需要进口，维修管理不及时，导致发电厂设备维修速度慢，经济投入大。

4.发电设备超负荷运行：燃气轮机发电设备需要持续稳定运行以保证电力供应，但超负荷运行会导致设备老化和寿命缩短，增加故障发生率。

5.备件供应与检修周期：由于燃气轮机备件制造水平和检修技术相对薄弱，备件供应和检修周期成为制约运维效率的重要因素。制造商主导的检修模式也限制了发电厂在检修周期和范围方面的自主权。

二、燃气轮机检修特点与周期

燃气轮机的检修主要分为小修、中修和大修，检修周期根据制造商规定的等效运行时间（EOH）或启动次数确定。

表1各种燃气轮机的检修周期对比

目前，燃气轮机检修多采用计划性检修模式，围绕热通道部件的状态进行。然而，这种检修模式存在一定局限性，燃机电厂在检修周期和检修范围方面自主权有限。因此，众多燃机电厂开始采取状态监控、视情维修和定期维修相结合的综合性维护方式。

表2燃机状态检修管理的具体收益

影响燃气轮机机组检修周期的关键因素包括运行方式、燃烧温度、燃料类型、运行时间、启动次数及空气质量等。对于调峰负荷运行的机组，热力机械疲劳是影响机组寿命的主要因素。因此，在制定检修策略时，需要综合考虑这些因素对机组性能的影响。

表3GE公司9FA燃机检修周期

二、燃气轮机运维关键技术

1.远程监测与故障诊断：通过采集燃气轮机运行过程中的实时数据，进行传输、存储和管理，再利用监测及诊断系统对数据进行挖掘，预测机组性能衰退及未来运行状况。这种基于状态的维护方式被认为是未来燃气轮机维护技术的发展方向。

图1燃气轮机远程监测与故障诊断整体架构

●神经网络诊断技术：通过溯源诊断法，结合机器故障征兆追溯故障源头。具有关联记忆和容错性强的特点，但诊断时间较长且对存储故障无能为力。

●专家系统诊断技术：总结历史故障经验并形成解决方案。简单易用但缺乏对新问题的处理能力。

●混合智能故障诊断：结合神经网络和专家系统的优势，同时考虑历史经验、故障源头和机组参数进行查询调整。适用于特殊参数的燃气轮机。

2.应用情况：各大燃机公司推出了许多与燃气发电远程监测与故障诊断相关的技术平台或系统，如Solar公司的Insight系统、SKF公司的LM系统、以及Bently公司的SYSTEM1系统等。GE公司结合互联网也推出了实时远程辅助决策服务，将分布于世界各地的燃气轮机运行数据传输至远程控制中心，这些系统和手段为燃气轮机的安全经济运行提供了技术保障。

三、燃气轮机的常见故障（热部件）

按一个大修周期计算，一台９ＦＡ燃机的年运行与检修费用在３５００万元左右，其中热部件的维修费用约占检修成本的８０％。燃机的高温部件包括燃烧系统部件和热通道部件：燃烧系统部件包括火焰筒、过渡段、燃料喷嘴、联焰管等；热通道部件包括透平静叶片、动叶片、护环等。因此，燃机电厂设备管理的重点是燃机，而燃机设备管理的重点是高温部件。

1.燃机部件的热疲劳

热疲劳是燃气轮机部件常见的故障之一。由于燃气轮机在运行过程中会经历频繁的启动、加速、加载和停机等阶段，这些阶段会导致燃气温度和部件温度发生快速变化，从而在部件中产生热应力。长时间的热应力作用会导致部件出现裂纹、变形等损伤，严重影响燃气轮机的安全运行。

此外，燃气轮机叶片等高温部件在点火启动和加载过程中，由于温度迅速上升，叶片各部分会产生热应力，导致叶片收缩过快并造成损伤。在停机过程中，由于热应力的作用，叶片等部件也会受到损伤，从而导致涡轮叶片开裂等问题。

2.燃机部件的蠕变

蠕变是燃气轮机高温部件在长期高温环境下发生的一种塑性变形现象。由于高温和应力的共同作用，部件材料会逐渐发生蠕变，导致部件形状和尺寸发生变化，进而影响燃气轮机的性能和安全运行。蠕变现象的发生与材料的性质、温度、应力等因素有关，因此需要在材料选择和结构设计等方面进行充分考虑。

3.燃机部件的氧化和腐蚀

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