摘 要： 结合燃气轮机发展历程及大型燃气轮机在国内的运行状况, 燃气轮机的检修维护质量和成本控制将成为燃机电厂市场竞争的重要因素。文章对我国大型燃气轮机发展路径进行了论述,并给出了对燃气轮机发电研究。
关键词：燃气轮机；热通道部件；检修周期；备品备件
前 言
我国的电力能源结构中，燃煤的火力发电厂占了整个电力能源行业的 75%左右，燃煤的火力发电厂引起的环境污染问题也极其严重。随经济的高速发展以及对环境问题的重视，国家大力提倡发展清洁能源，调整能源结构。而燃气轮机电厂由于具有占地面积少、建设周期短、清洁环保、投资少、启停快速灵活、紧急备用和调峰效果好等性能优势受到广泛关注。按照我国能源发展规划，到2010 年燃气发电机组在电源结构中的比例将达到6.1%，特别是“西气东输”工程全面开工建设和沿海地区液化天然气（LNG）工程的启动，标志着我国能源结构调整已进入了实质性实施阶段。但目前我国燃气轮机的设计、制造技术与国内发达国家相比还相对比较薄弱，大型的 LNG 电厂的燃气轮机机组主要依靠国外进口，特别是维修时的备件备品，因此如何做好燃气轮机的检修策略，对燃气轮机电厂的安全经济运行有着十分重要的意义。
1 大型燃气轮机的检修特点
大型燃气轮机的检修主要分为小修（即燃烧室的检修）、中修（即热通道部件的检修）和大修（即整个燃气轮机的检修）。目前国内大型燃气轮机电厂所使用的燃气轮机多来自于 GE、西门子、三菱重工等大型的国外制造商。而国内大型燃气轮机备件制造水平和检修技术都相对比较薄弱，大型燃气轮机的检修一般还主要是由燃气轮机的制造商来完成。大型燃机检修计划和检修周期都是严格根据制造商在技术合同文件中所规定的条件即等效运行时间（EOH）或启动次数来确定的。由于大型燃机检修多采用热通道部件的轮换方法，即换下来的部件将返回制造厂进行清理→检查→寿命评估→修复→电厂等程序，因此每个大型燃机电厂在检修时必须准备好相应的更换部件。
2 燃气轮机检修周期的确定
虽然每个燃气轮机制造商在技术文件中所提供的检修周期的计算方法不尽相同，但基本都是依据等效运行时间（EOH）或启动次数来确定燃气轮机各检修规模的检修时间间隔的。我国目前大型燃气电厂的运行模式有长期运行的主要承担基荷，也有承担调峰任务的两班制运行模式。对于长期连续运行的燃气轮机来说，它的等效运行时间（EOH）比启动次数先达到检修周期；而对于调峰模式下的燃气轮机，一般来说它的启动次数比等效运行时间先达到检修周期。目前我国运行的几种大型燃气轮机的检修周期见表1。
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影响燃气轮机机组检修周期的因素众多，其中影响检修和设备寿命的关键因素是燃气轮机机组的运行方式、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。
3 燃气轮机的检修策略
目前我国燃气电厂多为调峰电厂，燃气轮机检修也是严格按照燃气轮机制造商提供的技术文件和有关的规范中要求的时间周期来进行检修的，检修成本很高。找到一种适合本电厂的检修模式，延长燃气轮机各零部件的使用寿命，降低检修成本，提高燃机运行的经济性，是每个电厂目前迫切需要解决的问题。主要从以下几方面讨论机组的检修策略。
3.1 日常检查与维护方面
(1) 检查与维护计划、内容的制定。根据制造商所提供的维护手册，结合电厂的实际情况，制定维护计划，确定机组检查和维护内容，进行定期维护和检查，减少机组非电网调度原因而产生的故障跳闸或减负荷。试验发现，在 80%以上负荷跳闸对热通道部件疲劳寿命的影响相当于正常状态下的8倍。
(2) 定期更换进口过滤网。燃气轮机对进气中所含污染物浓度和颗粒物粒径有严格要求。进气滤网是控制进气中所含颗粒大小和含量的关键设备，如果过滤性能达不到要求，造成进气中含有大量尘土或其他污染物，将对燃气轮机压气机叶片、推力轴承、热端部件、转子等的安全运行带来很大影响。分析进气清洁度，找出更换压气机进口过滤网的最佳周期。
(3) 热通道部件的维护。根据机组的性能状况，通过燃气轮机气缸上的窥孔检查孔，对压气机叶片、燃烧室喷嘴及火焰管和透平叶片进行窥视性直观检查，确定这些设备的清洗时间，防止设备严重结垢，导致燃气轮机效率下降，减低设备的使用寿命，缩短检修周期。
3.2 运行方面
3.2.1 运行巡检
每天定期对机组的全系统进行巡视检查，随时跟踪机组运行参数的变化，及时发现问题，对可能出现的故障及时排除。对运行数据进行整体归纳，并进行比较、分析参数的变化规律，有助于准确全面地制定机组的检修计划。
3.2.2 运行条件优化
热通道部件的使用寿命是燃机检修间隔的决定性因素，优化各种运行条件，有利于延长机组使用寿命和检修周期。目前主要由等效运行时间 EOH 或启动次数来决定机组的检修时间间隔，分析影响等效运行时间 EOH 或启动次数的各种因素对优化运行条件至关重要。
(1)尽量避免在满负荷工况下跳闸、甩负荷，特别是甩全负荷。燃气轮机在满负荷工况下跳闸一次，当量启动次数为正常停机的 10 倍左右；甩全负荷一次，当量启动次数为正常停机的 6 倍。对于三菱的 F 级燃气轮机来说，跳闸一次，对第 1 类热通道部件寿命的影响相当于正常运行的200h 的使用寿命；对第 2 类热通道部件寿命的影响相当于正常运行的100 h的使用寿命。
(2) 运行中尽量按照标准的启停曲线进行机组的启停，避免过大的负荷变化率，快速的负荷变化将加大机组的等效运行时间，还将增加叶片危险部位的应力水平，增加叶片的热疲劳寿命损伤，缩短机组的检修周期，因此在运行中应尽量控制负荷波动的速率和幅度。
(3) 尽量延长机组运行时间，减少机组正常启停次数。每次开机后尽可能地多运行一些时间，尽量减少超温和频率的交变热应力对这些高温部件所造成的损害，延长高温部件的使用寿命，提高电厂的经济效益。两班制启停和承担电网调峰任务的燃气轮机使用寿命要远低于按照基本负荷运行方式的燃气轮机，前者每年平均用于热通道部件的维修与更换的费用明显高于后者，表 2 为欧洲某燃机电站的运行维修费用与年启动次数的关系。
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由表分析得知，尽量延长机组运行时间，减少机组正常启停次数，有利于减少燃气轮机的运行维修费用。
(4) 在电网允许的条件下，降低负荷运行，可以减小叶片的蠕变寿命损伤，从而降低机组的返修率，但这样做的同时由于偏离了最佳设计工况也会降低机组经济性。同时，降负荷并不一定意味着永远是降低燃烧温度，在余热利用的情况下产生蒸汽提高总效率时，由于采用关小压气机人口导叶，减少进口空气流量而使燃气轮机出力降低，除非负荷降低到额定出力的80%，否则燃烧温度并不降低。因此如何在延长高温部件寿命、降低机组返修率和提高机组经济性之间找到一个最佳的平衡点，也是一个尚需研究的问题 。
3.3 检修方面
3.3.1 传统检修模式与状态检修模式的结合
我国目前大型燃气轮机的检修模式还是传统检修方式，定期进行机组的大、中、小检修。由于受我国大型燃气轮机设计、制造水平的限制，我国目前大型的 F 级燃气轮机还主要依靠国外进口或采用技术捆绑引进的方法，由于技术垄断，我国大型燃机的检修技术还处于初步阶段，所以燃机的检修还必须依托制造商，严格按照制造商提供的检修间隔中所规定的时间表来进行机组的检修，检修成本很高，严重影响电厂的经济效益，目前多数燃机电厂都在逐步探索延长检修时间间隔的措施，延长机组的检修周期，引入状态检修的模式，通过对机组运行设备的运行状况进行检测与分析，及时处理设备故障，减少突发性事故导致的机组跳闸，大大延长设备的使用寿命，降低检修成本。
3.3.2 备件备品的优化配置
(1) 备件备品采购模式的优化。目前多数燃机电厂采用的合约模式以制造商说了算，作为业主的电站在运行维修方面无自主权，在这种模式下造成电站的检修费用很高。随着我国燃气电厂的大量投入，燃气轮机数量的增加，作为同一集团或同一区域下的同类机型的燃机电厂由于燃机台数相对较多的优势，可以作为一个合作整体与制造商签订长期备件和服务合约，作为业主的电厂有了主动权，可以以相对优惠价格从燃机制造商选购备件、进行部件修理、选择检修指
导人员等 。这样，既保证了备件备品的供应、设备的维修，又大大降低了检修成本。
(2) 备件备品数量的优化。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；而三菱的 F 级燃机的热通道备件大约需要 1.1 亿元人民币左右，因此备件备品数量是影响检修成本的重要因素，优化备件备品的数量有利于大大减少维修费用。目前燃机制造商对于热通道部件的检修采用 Roll-in &Roll-out 程序模式，即要求在检修前准备一套备件，在每次定期检修中都要对相应的热通道部件进行轮换，换下来的部件将返厂进行清理→检查→寿命评估→修复或更换的处理步骤。在电厂自动发电控制（AGC）和经济运行优化模式下，结合每年的用气量，按照制造商技术文件中的热通道设备检修间隔时间的要求，错开各机组检修间隔的运行时间表，这
样就可以实现热通道部件之间的调配，减少备件备品的数量。
3.3.3 自身检修队伍的建设
由于目前国内燃气轮机的检修主要依靠国外技术力量，所以如何真正掌握燃气轮机的检修技术，冲破外方的技术封锁，是燃机工程师不得不面对的挑战。对于电厂来说，可以在国外检修公司检修的时候派遣自己的技术人员全程跟踪学习，引进维修设备和技术，培训和培养一批懂检修技术的本厂人员。在机组出现小故障的时候可以自己完成检修，摆脱对制造商或检修公司的过分依赖。
4 结 论
通过对燃气轮机检修分析，在一定程度上能够反应维护、运行和检修三个方面。可延长机组使用寿命、优化热通道备件备品的配置、降低高昂的检修费用。能够帮助技术人员分析机组各部分的运行状况, 指导机组运行和对检修作出合理的计划。
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