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摘要：燃气轮机联合循环机组因为具有高效率和低污染等优点，在我国得到迅速发展，因而燃气轮机等设备的运行可靠性越来越受到关注和重视。结合运行实践，对影响燃气轮机联合循环机组可靠性的因素进行了分析，并着重介绍了提高可靠性的途径与措施，得出结论并提出建议，以提高燃气轮机联合循环机组的运行可靠性，保证其安全可靠运行。
关键词：燃气轮机；联合循环机组；可靠性；影响因素；有害杂质
1机组可靠性影响因素分析
众所周知，設备可靠性是指设备在规定的条件下完成规定功能的能力。对于燃气轮机联合循环机组，其可靠性影响因素除产品设计制造、机组安装调试之外，对已投运的机组，还有以下几点。
1.1燃料中的有害杂质
1.1.1液体
对设有天然气增压站的燃气轮机电厂，若天然气中夹带液体，首先受到损害的是压缩机。天然气中的液滴或水蒸气冲刷压缩机中高速旋转的叶片等部件，使其受到损坏。该厂 1 期 9E 燃气轮机联合循环机组进入带负荷试运阶段，由于天然气管网水压试验后干燥不彻底，致使天然气中含有超量的液体进入压缩机而导致跳机。解体检查尚未发现叶片损伤，但轴端处密封环被液滴冲刷损坏。所幸处于下游的天然气前置模块及 DLN 阀站中的过滤器有效滤除了天然气中的液体，否则一旦液体随气流进入燃气轮机内，将使其燃烧温度、机组负荷快速波动，燃烧室一次燃烧区复燃和预混合火焰逆燃，严重时还会引起高温燃气通道部件损坏。
1.1.2硬质颗粒
增压站压缩机叶片为高速旋转部件且较薄，当天然气中含有硬质颗粒撞击叶片表面时，会使其受到刮伤和切削，强度下降，最终导致叶片产生裂纹，甚至折断。该厂 1 期 9E 燃气轮机联合循环机组在运行 1.6 万 h 后，压缩机振动突然增大到 90 μm，并伴有金属摩擦声，当即紧急停机，随后机组转入大修。在检修中，发现压缩机第 2 级叶轮的叶片折断 2 片，这主要是压缩机上游的粗过滤器及精过滤器过滤效果较差，未能阻隔天然气夹带的超标硬质颗粒进入压缩机内，从而造成叶片磨损、断裂。
1.2环境空气污染
燃气轮机是以空气为工质的热能动力装置。来自经压气机压缩后的高压空气与燃气轮机燃烧室的燃料喷嘴喷入的燃料混合并经等压燃烧，将燃料中的化学能转变为热能而形成高温燃气进入透平膨胀做功。由于机组有效焓降较小，故所需空气流量很大，当环境空气污染，所吸入的空气中含有有害杂质时，会对燃气轮机的安全可靠性产生很大威胁。
1.3大气参数变化
大气参数，即设备周围的环境温度、大气压力和空气湿度等，它们的变化会影响燃气轮机性能，其中以环境温度的变化对其影响最大。当大气温度升高时，压气机比压下降，空气比容增加，使空气质量减少，从而导致机组出力降低。试验表明，大气温度每升高 10 ℃，机组出力下降约 9 %，效率下降约 6 %。该厂地处武汉市城区，夏季大气温度多在 35 ℃以上，在此期间的燃气轮机平均出力仅为额定出力的 80 % 左右，机组效率亦明显恶化。
1.4机组非正常运行
1.4.1机组非正常启停
燃气轮机每次从启动到带负荷运行再到停机的一个完整过程，即为启停循环。此循环过程中燃气初温将迅速变化，因透平动、静叶片进气边比叶型中较厚的部分反应快，故在叶型内形成较大的温度梯度，产生热应力，最终可能会导致裂纹的产生。大多数燃气轮机及其联合循环机组承担电网调峰任务，启停频繁，因而热力机械疲劳是影响机组寿命的重要因素。这就是调峰机组比连续运行和启动次数少的同类型机组寿命要短的原因所在。
1.4.2机组非常规运行方式
尖峰负荷运行，相对于基本负荷运行来说，实质上是一种超温运行模式。对 GE 公司生产的 9E型燃气轮机，其透平进口温度一般比带基本负荷时高 56 ℃，从透平动叶看，尖峰负荷运行 1 h，相当于基本负荷运行 6 h。因此，透平进口温度是影响高温部件寿命的一个关键因素，提高透平进口温度运行存在风险。还有，在满负荷工况下运行的机组突然跳闸甩负荷时，透平的喷嘴和叶片会产生热应力，可能由此而产生裂纹。这种异常运行情况发生1 次，对机组寿命的影响相当于 8 次正常启停。
2提高机组运行可靠性的措施
为保证机组运行的安全可靠性和热经济性，以及使设备处于良好的备用状态，针对影响机组运行可靠性的因素，
2.1加强日常设备运行维护
2.1.1维持过滤装置高效运行
维持燃气轮机进气系统和天然气供应系统中的过滤装置高效运行。燃气轮机进气 （ 空气 ） 系统的自清式过滤器，应能滤除 5—10 μm 直径粉尘颗粒，并根据时间或压差的设定值，轮流进行反吹。经过吹扫压差仍然超过设定值的，应更换滤芯，以保持系统气流畅通，避免因过滤器堵塞而引发机组降出力事件。经过天然气供应系统中的增压站粗、精过滤器，前置模块中的双联过滤器，以及 DLN 阀站中的精过滤器多级滤除，天然气中的杂质含量不得超规定的极限值。当过滤器进出口压差达到报警值时，须及时清理或更新滤芯，使其通过的天然气流量满足机组带负荷的需要。此外，天然气液体含量达到故障限值时，要发出停机信号。
2.1.2燃气轮机清洗
及时对燃气轮机的压气机和透平进行清洗，可减少叶片积垢和腐蚀，恢复机组性能，延长部件寿命。水洗压气机的周期由压气机叶片结垢程度决定。当机组性能指标恶化，出力下降 2 %—5 % 时，就应对压气机进行清洗。清洗主要在停机状态下完成，即离线清洗，而在线清洗 （机组全速带部分负荷清洗） 只能作为离线清洗的补充。在压气机进行几个周期的水洗后，亦应适当对透平进行离线水洗。
2.1.3孔探仪检查
孔探仪 （内窥镜） 检查是燃气轮机预防性维护的一种常用手段。它是在不解体燃气轮机的情况下，打开机组上的检查孔，将孔探仪的探头插入即可对燃气轮机易损的热通道部分、透平喷嘴和动叶片，以及压气机叶片等部位进行窥视检查，以判断机组是否需要修理或更换部分零件，及是否需要对通流部分的积垢进行清洗。这种检查方式简便实用，既可及时发现隐患，防止重大事故的发生；又可避免不必要的解体检修，能在有效降低维护费用的情况下，获得较长的使用寿命和确保机组在良好的状态下安全运行。孔探窥视检查周期：对燃用天然气的燃气轮机每年至少检查 1 次，或根据运行经验适当增加检查次数。
2.2优化机组运行方式
（1）在超过大气温度所对应的出力下运行，会造成超温运行 （即尖峰负荷对应于基本负荷的超温运行），导致寿命缩短，可靠性下降，维修工作量增加，应予以避免。
（2）在低大气温度下超过最大负载限制运行。当大气温度降低时，燃气轮机出力增加，虽然此时未超过透平的额定进口温度，但超过了燃气轮机转子的设计应力，会影响设备寿命。故制造厂设定有一个大气温度的低限，提出了燃气轮机在此温度下负载的极限值。当大气温度下降时，不允许负载超过这一限值，即机组最大负荷限制。
总之，运行人员必须按制造厂的有关规定和运行规程进行操作、调整，并优化运行方式，确保机组长期安全经济运行。
2.3合理确定机组检修周期
机组经过长期运行后，由于设备老化、动静间隙变大以及积垢等原因，出力和效率都会下降，需要通过检修等手段来恢复性能，提高机组运行的安全和经济性。实际上，机组的运行条件不可能是理想的，要根据实际运行情况对所建议的检修周期加以修正，从而得出实际的检修周期。为保证检修质量，修前需编制科学详实的检修计划、工艺要求、质量标准；检修过程中，认真做好质量监督和验收；检修后如实进行质量及工艺评价和总结，做到“应修必修，修必修好”。
3结论
不断提高设备可靠性和健康水平，是使机组处于长期稳定运行状态的重要保证，也是电力企业管理的永恒主题。该厂根据燃气轮机的性能特点和现场实际，在分析影响机组可靠性因素的基础上，制定和实施了改善和提高其可靠性的措施，成效显著，为机组安全经济运行创造了条件。加强机组运行维护，及时发现和处理缺陷、消除隐患，是减少机组降出力事件和非计划停运次数，提高设备等效可用系数的有效手段。
参考文献：
[1]国家能源局.DL/T 793—2012 发电设备可靠性评价规程 [S].北京：中国电力出版社，2012.
关键词：燃气轮机；联合循环机组；可靠性；影响因素；有害杂质
1机组可靠性影响因素分析
众所周知，設备可靠性是指设备在规定的条件下完成规定功能的能力。对于燃气轮机联合循环机组，其可靠性影响因素除产品设计制造、机组安装调试之外，对已投运的机组，还有以下几点。
1.1燃料中的有害杂质
1.1.1液体
对设有天然气增压站的燃气轮机电厂，若天然气中夹带液体，首先受到损害的是压缩机。天然气中的液滴或水蒸气冲刷压缩机中高速旋转的叶片等部件，使其受到损坏。该厂 1 期 9E 燃气轮机联合循环机组进入带负荷试运阶段，由于天然气管网水压试验后干燥不彻底，致使天然气中含有超量的液体进入压缩机而导致跳机。解体检查尚未发现叶片损伤，但轴端处密封环被液滴冲刷损坏。所幸处于下游的天然气前置模块及 DLN 阀站中的过滤器有效滤除了天然气中的液体，否则一旦液体随气流进入燃气轮机内，将使其燃烧温度、机组负荷快速波动，燃烧室一次燃烧区复燃和预混合火焰逆燃，严重时还会引起高温燃气通道部件损坏。
1.1.2硬质颗粒
增压站压缩机叶片为高速旋转部件且较薄，当天然气中含有硬质颗粒撞击叶片表面时，会使其受到刮伤和切削，强度下降，最终导致叶片产生裂纹，甚至折断。该厂 1 期 9E 燃气轮机联合循环机组在运行 1.6 万 h 后，压缩机振动突然增大到 90 μm，并伴有金属摩擦声，当即紧急停机，随后机组转入大修。在检修中，发现压缩机第 2 级叶轮的叶片折断 2 片，这主要是压缩机上游的粗过滤器及精过滤器过滤效果较差，未能阻隔天然气夹带的超标硬质颗粒进入压缩机内，从而造成叶片磨损、断裂。
1.2环境空气污染
燃气轮机是以空气为工质的热能动力装置。来自经压气机压缩后的高压空气与燃气轮机燃烧室的燃料喷嘴喷入的燃料混合并经等压燃烧，将燃料中的化学能转变为热能而形成高温燃气进入透平膨胀做功。由于机组有效焓降较小，故所需空气流量很大，当环境空气污染，所吸入的空气中含有有害杂质时，会对燃气轮机的安全可靠性产生很大威胁。
1.3大气参数变化
大气参数，即设备周围的环境温度、大气压力和空气湿度等，它们的变化会影响燃气轮机性能，其中以环境温度的变化对其影响最大。当大气温度升高时，压气机比压下降，空气比容增加，使空气质量减少，从而导致机组出力降低。试验表明，大气温度每升高 10 ℃，机组出力下降约 9 %，效率下降约 6 %。该厂地处武汉市城区，夏季大气温度多在 35 ℃以上，在此期间的燃气轮机平均出力仅为额定出力的 80 % 左右，机组效率亦明显恶化。
1.4机组非正常运行
1.4.1机组非正常启停
燃气轮机每次从启动到带负荷运行再到停机的一个完整过程，即为启停循环。此循环过程中燃气初温将迅速变化，因透平动、静叶片进气边比叶型中较厚的部分反应快，故在叶型内形成较大的温度梯度，产生热应力，最终可能会导致裂纹的产生。大多数燃气轮机及其联合循环机组承担电网调峰任务，启停频繁，因而热力机械疲劳是影响机组寿命的重要因素。这就是调峰机组比连续运行和启动次数少的同类型机组寿命要短的原因所在。
1.4.2机组非常规运行方式
尖峰负荷运行，相对于基本负荷运行来说，实质上是一种超温运行模式。对 GE 公司生产的 9E型燃气轮机，其透平进口温度一般比带基本负荷时高 56 ℃，从透平动叶看，尖峰负荷运行 1 h，相当于基本负荷运行 6 h。因此，透平进口温度是影响高温部件寿命的一个关键因素，提高透平进口温度运行存在风险。还有，在满负荷工况下运行的机组突然跳闸甩负荷时，透平的喷嘴和叶片会产生热应力，可能由此而产生裂纹。这种异常运行情况发生1 次，对机组寿命的影响相当于 8 次正常启停。
2提高机组运行可靠性的措施
为保证机组运行的安全可靠性和热经济性，以及使设备处于良好的备用状态，针对影响机组运行可靠性的因素，
2.1加强日常设备运行维护
2.1.1维持过滤装置高效运行
维持燃气轮机进气系统和天然气供应系统中的过滤装置高效运行。燃气轮机进气 （ 空气 ） 系统的自清式过滤器，应能滤除 5—10 μm 直径粉尘颗粒，并根据时间或压差的设定值，轮流进行反吹。经过吹扫压差仍然超过设定值的，应更换滤芯，以保持系统气流畅通，避免因过滤器堵塞而引发机组降出力事件。经过天然气供应系统中的增压站粗、精过滤器，前置模块中的双联过滤器，以及 DLN 阀站中的精过滤器多级滤除，天然气中的杂质含量不得超规定的极限值。当过滤器进出口压差达到报警值时，须及时清理或更新滤芯，使其通过的天然气流量满足机组带负荷的需要。此外，天然气液体含量达到故障限值时，要发出停机信号。
2.1.2燃气轮机清洗
及时对燃气轮机的压气机和透平进行清洗，可减少叶片积垢和腐蚀，恢复机组性能，延长部件寿命。水洗压气机的周期由压气机叶片结垢程度决定。当机组性能指标恶化，出力下降 2 %—5 % 时，就应对压气机进行清洗。清洗主要在停机状态下完成，即离线清洗，而在线清洗 （机组全速带部分负荷清洗） 只能作为离线清洗的补充。在压气机进行几个周期的水洗后，亦应适当对透平进行离线水洗。
2.1.3孔探仪检查
孔探仪 （内窥镜） 检查是燃气轮机预防性维护的一种常用手段。它是在不解体燃气轮机的情况下，打开机组上的检查孔，将孔探仪的探头插入即可对燃气轮机易损的热通道部分、透平喷嘴和动叶片，以及压气机叶片等部位进行窥视检查，以判断机组是否需要修理或更换部分零件，及是否需要对通流部分的积垢进行清洗。这种检查方式简便实用，既可及时发现隐患，防止重大事故的发生；又可避免不必要的解体检修，能在有效降低维护费用的情况下，获得较长的使用寿命和确保机组在良好的状态下安全运行。孔探窥视检查周期：对燃用天然气的燃气轮机每年至少检查 1 次，或根据运行经验适当增加检查次数。
2.2优化机组运行方式
（1）在超过大气温度所对应的出力下运行，会造成超温运行 （即尖峰负荷对应于基本负荷的超温运行），导致寿命缩短，可靠性下降，维修工作量增加，应予以避免。
（2）在低大气温度下超过最大负载限制运行。当大气温度降低时，燃气轮机出力增加，虽然此时未超过透平的额定进口温度，但超过了燃气轮机转子的设计应力，会影响设备寿命。故制造厂设定有一个大气温度的低限，提出了燃气轮机在此温度下负载的极限值。当大气温度下降时，不允许负载超过这一限值，即机组最大负荷限制。
总之，运行人员必须按制造厂的有关规定和运行规程进行操作、调整，并优化运行方式，确保机组长期安全经济运行。
2.3合理确定机组检修周期
机组经过长期运行后，由于设备老化、动静间隙变大以及积垢等原因，出力和效率都会下降，需要通过检修等手段来恢复性能，提高机组运行的安全和经济性。实际上，机组的运行条件不可能是理想的，要根据实际运行情况对所建议的检修周期加以修正，从而得出实际的检修周期。为保证检修质量，修前需编制科学详实的检修计划、工艺要求、质量标准；检修过程中，认真做好质量监督和验收；检修后如实进行质量及工艺评价和总结，做到“应修必修，修必修好”。
3结论
不断提高设备可靠性和健康水平，是使机组处于长期稳定运行状态的重要保证，也是电力企业管理的永恒主题。该厂根据燃气轮机的性能特点和现场实际，在分析影响机组可靠性因素的基础上，制定和实施了改善和提高其可靠性的措施，成效显著，为机组安全经济运行创造了条件。加强机组运行维护，及时发现和处理缺陷、消除隐患，是减少机组降出力事件和非计划停运次数，提高设备等效可用系数的有效手段。
参考文献：
[1]国家能源局.DL/T 793—2012 发电设备可靠性评价规程 [S].北京：中国电力出版社，2012.