[发明专利]涡轮维护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来将燃气涡轮的工作状态关联到最佳维护条件的方法和系统。

背景技术

一个计划很好的维护程序能够实现最大的设备利用率以及最小的维护成本。先进的维护计划对于民用、工业以及联产发电厂来说都是必须的，因为只有这样才能将停工的时间降到最低。此外，正确地进行有计划的维护和检修还能够减少人力的支出并提高启动的可靠性，由此反过来又进一步地减少了计划外的维护停工时间。

燃气涡轮中需要非常仔细注意的部件是那些与燃气过程相关的部件以及那些曝露于燃烧系统排出的高温气体所带来的高温的部件。这些部件被称为热气路部件，其包括燃烧内衬、端帽、燃料喷嘴组件、联焰管、过渡部件、涡轮喷嘴、涡轮静止壳以及涡轮斗。

这里有许多因素都会影响到设备的寿命。启动周期、功率设定值、燃料、以及蒸气或喷水的量级在确定所需的维护间期时都是非常关键的因素，因为这些因素都直接影响到燃气涡轮关键部件的寿命。

燃气涡轮通常会以不同的方式被磨损，因此根据机器完成的功能不同，其磨损速率也不同。机械性热疲劳是周期使用机器或高峰使用机器使用寿命的主要限制因素，而断裂、蠕变、氧化以及腐蚀则是连续使用机器或超基础载荷机器使用寿命的主要限制因素。周期使用机器和连续使用机器均受到高周疲劳磨擦和磨损的限制。通常来讲，周期使用或高峰使用机器需要在连续使用或基础载荷机器之前进行长时间的维护和检修，因为周期使用或高峰使用机器所出现的状态更为严竣。

当前，许多制造商都以单独的启动数和小时数作为燃气涡轮维护要求的基础。无论首先达到的是哪一个关键的限制条件，其都能决定维护间期。此外，制造商还将每一次启动循环转换成工作小时的当量数，其检修间期基于当量小时数，其中不考虑负载、周期或者是实际的运动条件。这两种方法均导致维护间期要么是过早，要么是被灾难性地延后。

在磨损的机理中必须考虑到等量性。影响因素如燃料类型和质量、燃烧温度的设定值以及蒸气或喷水的量都被认为是与标准小时数相关。启动速率以及跳闸数均被认为是与标准启动数相关。在这两种情况下，这些影响因素均可发生作用从而错误地影响到维护间期。

燃气涡轮中燃烧的燃料可以是从洁净的天然气到残余的油。所用的燃料会对维护产生影响，然而这一点通常并不需考虑。重烃燃料所带来的维护系数从残余燃料的三至四到原油的二至三。这些燃料通常会产生大量的辐射热，这些辐射热会使燃烧硬件的寿命降低，这些燃料中通常还含有侵蚀性元素如钠、钾、钒和铅，这些元素会加速涡轮喷嘴和涡轮斗的热侵蚀。此外，在这些燃料中还有某些元素有可能会引起沉积，其要么是直接形成要么是通过抑制剂所形成的化合物形成，其中的抑制剂用来防止侵蚀。这些沉积会影响到性能，并且有可能会导致更为频繁的维护。

主要的操作是在峰值负荷处，因为更高的运行温度需要更为频繁的维护以及更为频繁地更换热气路部件。对于GE MS7001EA型涡轮来说，在峰值负载点火温度(+100°F/56℃)下每一个小时的运行，从斗部件寿命的角度来说，都等同于基础负载下6个小时的运行。这类运行的结果就是维护系数为六。更高的点火温度会减少热气路部件的寿命，同时较低的点火温度会提高部件的寿命。这样就提供了一个机会通过部分负载下的周期运行来平衡峰值负载运行的负面效果。在基础负载以下在-100°F/56℃运行六个小时才能补偿基础负载以上在+100°F/56℃运行一个小时。

当前这些涉及维护的方法都不能精确地确定出涡轮的维护和运行状态。这些方法没有考虑影响寿命的主要限制条件，如负载和运行温度。此外，这些方法也没有考虑机器所要实现的使用类型。由于现有技术留下了这些改进的空间，因此本发明必须精确地确定出涡轮维护和运行的要素。

发明内容