损是合理的。这些累积的磨损依照当量运行小时数取得。
按照这里对当量运行小时数的计算适用于所有西门子环形燃烧室设计的燃机。 取决于时间的和取决于周期性磨损因数与公式配合来计算当量运行小时数。不同种类的磨损被分配有各自的适合温度范围的加权因数,以便累积的应力可以换算为基本负荷下的当量运行小时。时间和周期性组合磨损因数的不同模型用文字来描述。选择一个易用的模型按照一个基于当量运行小时数的方法来衡量低周疲劳(LCF)。
按照运行温度水平的抗蠕变强度允许按照加权因数b1衡量。燃机首次启机后,需通过测量确定基本负荷水平的燃机出口温度。通过同时测量的压气机进口温度θCI自动修正出口温度θOT来保证基本负荷输出按照压气机进口温度调整,同时维持大致稳定的燃机进口温度。 当量运行小时数的计算:
tEOH =当量运行小时
n1 =开机次数 a1 =10(开机因数)
ti =由快速温度变化产生的当量小时数 n =快速温度变化的次数 t1 =基本负荷的运行小时 b1 =1(基本负荷因数) f =燃料加权因数
f=1.0 对燃料气体和馏出气体,如果符合西门子的规格
f=1.5 对馏出气体,如果对比西门子Na+K或者V污染物规格有轻度超标。 w =注入水的加权因数
如果符合西门子规格,流体燃料使用与燃气相同的燃料加权因数,f=1.0。如果钠和钾总含量超出规定的限度不大于1.0 ppm, 或者燃料的污染物钒不超过1.5ppm,燃料加权因数使用f=1.5(符合燃料规格)。
水(例如水/燃料混合乳液)被用来做NOX控制。在这种情况下热燃气质量流量增加;压比和输出也增加了。一方面由燃机叶轮保持的机械负荷也变高。另一方面,热燃气中的水分增加会增加热传递系数,从而使燃机叶片金属温度升高。
更重要的是与含水量增加的热燃气接触会削弱燃机叶片表面涂层的抗磨损能力。涂层在运行中的保护效果源于其采用抗氧化材料制造,如氧化铝(Al2O3)。水蒸气降低了这些氧化层的稳定性。通过燃烧过程注入水更显著的增加了进口空气的本来的含水量。这三个方面的影响,增加的机械负荷,增加的金属温度和氧化层稳定性降低,会加速保护层的磨损。这些因素同时降低了基础材料的服务寿命。因此需使用一个加权因数反映水注入量的影响。
燃料加权因数f和水加权因数w的影响由电厂运行小时计数器跟踪体现,并使用这些模型计算然后加入。水的和污染液体燃料的加权因数w和f不能直接整合进去,因为它们涉及到不同的化学和机械结构。鉴于这些被污染的燃料一般是专用重油,我们建议这两个因数的加权应与西门子燃机工程部门根据电厂具体情况商议。
对每一次测量到和纪录到的燃气温度明显提高,显示主火焰点燃的开机应表示为Start(n1).自动纪录器(大修计数表)在超过点火速度之上的定义切换速度(约1/3的额定速度)时,则纪录一次开机。启机相应的加权因数是a1=10(启机因数)。运行时间的测量也应基于这一速度切换点。
对于快速温度变化的当量运行小时数,表示为ti, 同样采用与快速负荷变化,或者保护性措施甩负荷和跳机时相同的方法累计。反映快速温度变化的当量运行小时数在大修计数表中表示为动态运行小时数。快速负荷变化经常发生在小型的,岛状的电网中,当为大电力负荷(例如电弧炉)供电或某一大电厂停止供电时。快速负荷变化造成急剧变化的θOTC(校准的出口温度)温度梯度,导致超出标准的自动控制程序中增加和减少负载时的正常值。 决定性的因数是燃机出口温度的变化,不管其表现如何。明显的和快速的温度降低或升高增加了燃气轮机部件的最大压力差值。在10秒钟内超过18K的燃机出口温度变化称为温度台阶。
如有“过度燃烧”的情况,电网编号的要求规定了对额外运行小时的分别计算。 为阐明大修计数表计算程序如何计算源于快速温度变化ti,的当量运行小时数,图3描述了运算法则。相应的小时数变为θOTC的一个函数。
举例:一次快速透平出口的温度变化从540℃变化到230℃或从230℃变化到540℃,Δ?OTC为310℃,因此产生的EOH为:
① 当IGV全开时温度变化,EOH为71h; ② 当IGV半开时温度变化,EOH为29h; ③ 当IGV关闭时温度变化,EOH为8h。
如图4 ,限定了燃机跳机和甩负荷时的透平出口温度变化梯度值Δ?OTC:跳机——150℃;甩负荷——IGV全开时200℃、IGV关闭时275℃。跳机或甩负荷后,一旦相应的限定值达到,Δ?OTC变化会变得缓慢。
发生上述事件(跳机或甩负荷)时,压气机入口0级可调导叶的位置(VLe0)作为参数参与大修计数表动态运行小时的计算。更进一步可以从图3和图4中给出的VLe0设定来计算。
跳机和甩负荷引起的温度突变会对某些热部件猛烈的冲击,如果带入全部流量的冷压缩空气,这种冲击尤为显著。不管是运行人员,还是制造商都应仔细的分析每次跳机或甩负荷的原因,并采取适当的措施以消除引起跳机或甩负荷的根源。
在跳机或甩负荷时,通过全部或部分的关小IGV开度的办法来减小空气的流量,能使透平的冷却速度比IGV全开时减缓,于是透平会受到相对较弱的热冲击。
图4 跳机和甩负荷产生的EOH
举例:透平出口的温度为?OTC=540℃时:
① 当IGV全开时跳机(温度突降)产生的EOH为138h; ② 当IGV全开时甩负荷产生的EOH为90h; ③ 当IGV关闭时跳机产生的EOH为22h。
3.3 维护
运行任何设备和电厂都要支付磨损费用。失去检查和在检修或大修中做必要的磨损修复工作,燃机不可能可靠运行。检修以决定机器的状况,并进行必要的纠正工作或修理。检修的目的是防止非计划停机及因此产生的损坏、减少发电量。 西门子的维护程序并入燃机的设计。在燃机的设计中已经制定了燃机的特性及检修范围及检修工期。因此,西门子燃机连续性表现在简单、耐用的设计和数十年的寿命。在相同的范围,它们需要很少的维护物资,有利于维护的设计,具有在整个运行周期平稳过度的特性: 容易从人孔进入机器进行检查;
从人孔进入燃机可接近一级和未级透平叶片,可直接检查路叶片的外观; 容易更换燃烧室壁元件(陶瓷隔热瓦CHS、金属隔热瓦MHS、燃烧器支撑等); 从内侧、外侧都能很容易的接近燃烧器; 通过检查孔可轻易检查到所有部件; 中分的缸面结构更容易接近全部零件;
上下分半的静叶持环能在不吊转子的情况下拆卸; 在不分解转子下可更换压气机和透平叶片; 在不吊转子的情况下可拆卸压气机和透平轴承;
转子采用叠盘拉杆设计,用气膜冷却的轮盘可减小热应力和材料周期疲劳;
单独的透平静叶片(相对扇两个或更多的叶片组成的段形)可减小热应力和材料周期疲劳; 热通道中无阻尼元件;
由于启动扭矩大,在正常的启动温度下能快速加速,意味着可以快速通过固有频率。 根据检修范围和检修间隔区分有三种检修类型:
小修:只是作简单的检查,进入燃机内部可进入的区域(图5),进行目视检查;装配工作为打开人孔,拆除内人孔门。
图5:环型燃烧室检查
热通道检查(HGPI):本质上是针对热通道部件的大修。也就是打开透平外缸,吊出透平静叶持环的上半部分,滑出透平静叶持环的下半部分,拆下透平动、静叶片,进行修复或更换。习惯上并一打开压气机部分,也不吊出转子。实际上,有时也进行扩大性的热通道检查。 大修:将机器彻底分解,做全面的外观检查和无损检测,根据计划和现场实际情况采取修理措施。分解转子并不一定作为惯例,但是它对检查来说非常必要。
3.4 小修
强烈推荐将压气机清洗作为检修的准备工作。
进行检修时打开进气道人孔、燃烧室人孔、排气扩散段人孔。按检查表进行检查,主要有以下部位。
压气机进口,包括进气结构; 燃烧室,包括隔热瓦和燃烧器; 透平一级和末级叶片; 排气缸内衬和排气部分。
通常主要进行如下工作:外观检查挑选的部件,测量规定的间隔、间隙,检查松动或缺损的零件。这样可以判断出整个机组的状况。 对比其它厂家生产的燃机,这种检修免去了分解燃烧室和大量耗时的内窥镜检查等工作。设计双缸燃烧室的优势就是在检修期间所有热通道部件(如金属隔热瓦、陶瓷隔热瓦)及其使用的附属件(螺栓、隔热瓦固定件)都可以直接目视检查。 原则上说,直接的目视检查比通过内窥镜检查更加可靠。内窥镜检查可能在出现意外情况的时候进行辅助测量时有用,比如外物损伤。直接进入这可以进入的区域,也能达到这个目的。本燃机也设计了内窥镜检查孔。 更换哪个部件,应对检查时发现问题的措施都明确在检查表中,补救措施清册是产品手册的一部分。通常以规定间隔的进行燃烧室检查并不一定要更换热通道部件(如陶瓷隔热瓦、金属隔热瓦及其固定件)。如果在检查时发现有必要更换这些零件,在设计上允许不吊缸更换这些零件。
如前面所述,需检查的部件包括陶瓷隔热瓦,它不象金属隔热瓦那样具有延展性,即使在初始安装时,也能看到其在设计生产过程中出现的细微裂纹,裂纹延伸只是意味着在燃机运行过程中释放了较高的热应力。因此,其检查表规定了以外观检查来判断其表面裂纹。通过相应的补救措施清册和评估模板指示并判断出作为一种预防性措施更换哪一块CHS。如有缺陷的隔热瓦不是与假隔热瓦(安装时的最后一块),应先拆除它与那排假隔热瓦间的所有隔热瓦。根据CHS的位置,需要拆除金属的假隔热瓦或最后的瓦片。燃烧室瓦片的裂纹与每台燃机的运行模式有关,每个电厂的隔热瓦期望更换率有所不同。
一旦检查过程中发现了问题隔热瓦的固定件、燃烧器支撑件、金属隔热瓦及附件也应(由西门子人员)更换。便于维护的优点意味着这些零件的附件可以很快就更换好。这些零件期望更换率也是随运行模式变化。
相应更换件的维修包包括运行到大修前需要的零件(安装金属、陶瓷隔热瓦等),包括检修安装的零件。这个维修包随检修时的发现表逐一更新。
经过适当的培训,运行人员可根据检查表和补救措施清册逐一完成检修工作。此时,应通知制造商发现和补救措施,以便维护商以此信息评估制定下一次检修或大修的计划。 3.5 热通道检查和大修
如上所述,在燃机的维护计划中,热通道部件是最重要的。燃机的热通道部件,特别是透平动叶和静叶,是有限寿命设计。以叶片的蠕变力为基础设计,叶片容许有一定的蠕变损伤。图6中描述了在运行时抗蠕变力的储备和修复。
为了防止几排叶片热侵蚀,并充分的利用抗蠕变力储备,必须一定的保护措施。这种保护系统有一定厚度的涂层,是一层铝化合物。这种保护涂层的作用是牺牲涂层以保护零件,涂层的寿命要比零件低得多,因此必须按一定的间隔更新。这些叶片拆下重新涂层后继续回装使