燃機(jī)高溫部件故障及檢修維護(hù)技術(shù)分析

摘要：本文主要分析了燃機(jī)燃燒室及熱通道故障的診斷方法，闡述了高溫部件的損壞機(jī)理，最后探討了燃燒室、擴(kuò)散段高溫?zé)嵬ǖ啦考臋z修維護(hù)技術(shù)?？梢詾橛嘘P(guān)專業(yè)檢修人員提供參考和幫助。

關(guān)鍵詞：燃機(jī);高溫部件;故障;檢修維護(hù)技術(shù)

中圖分類號：TK438 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）09-0162-02

0 ?引言

燃?xì)廨啓C(jī)具有環(huán)境污染小、安全性能高、啟停周期短等特點(diǎn)，在國內(nèi)外許多領(lǐng)域都得到了推廣。作為一種新型的電力能源系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在使用、維護(hù)過程中消耗了大量的人力、財力和物力。其內(nèi)部故障、缺陷的判斷，需要有經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行相關(guān)的檢查、評估。

1 ?燃機(jī)故障的診斷方法

1.1 專家系統(tǒng)故障診斷

根據(jù)燃機(jī)領(lǐng)域?qū)＜乙酝M(jìn)行故障診斷的經(jīng)驗(yàn)，積累形成現(xiàn)有的規(guī)則，專家系統(tǒng)診斷是可操作的。該方法主要根據(jù)與初始失效特征相關(guān)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)再現(xiàn)失效。這種方法適合更多的人。其主要特點(diǎn)是基本原則簡單明了。該方法簡單易懂，故障診斷速度快，但不可避免地存在一定的局限性。設(shè)備工程師記錄燃燒室的故障，分析故障情況和征兆，澄清設(shè)備故障問題。專家系統(tǒng)故障診斷應(yīng)用廣泛，診斷準(zhǔn)確率高。此外，數(shù)據(jù)故障的存儲空間非常小，非常便于程序和系統(tǒng)的運(yùn)行。專家系統(tǒng)的故障診斷方法存在的問題是所有的故障都可以診斷為過去的故障，對于一個新的故障，如果沒有匹配項(xiàng)，匹配的原型會產(chǎn)生導(dǎo)致錯誤的故障診斷結(jié)果，不利于設(shè)備的正常安全運(yùn)行，縮短燃?xì)廨啓C(jī)的壽命。

1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷

故障診斷可以說是從癥狀到實(shí)際障礙的映射。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷屬于人工智能的范疇。然而，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法是有限的。如果樣本中沒有故障，則無法指示某些故障的內(nèi)部通信，也不利于有效診斷。該方法是一種抽象的故障診斷方法。這種方法的原理是將故障的癥狀映射到疾病的根本原因，并顯示兩種缺陷之間的相關(guān)性。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷具有高度的非線性、不完善性和固有的聯(lián)想記憶能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)無記憶功能，診斷能力強(qiáng)。反映缺陷癥狀和缺陷來源之間的關(guān)系，診斷將花費(fèi)更多的精力和時間分析這種關(guān)系。很多情況下，錯誤的診斷結(jié)果甚至?xí)绊懢S修人員的專業(yè)判斷，設(shè)備故障也無法在合理的時間內(nèi)得到有效的處理。

1.3 混合智能故障診斷

燃機(jī)故障種類受制于燃?xì)廨啓C(jī)類型的不同而多樣化，因此認(rèn)為同一診斷方法不能最大程度控制誤診的可能性。在診斷過程中，專家系統(tǒng)診斷將不同的機(jī)組系統(tǒng)參數(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷有機(jī)地結(jié)合起來。

2 ?高溫部件損傷機(jī)理

燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的材料成分主要是鎳基奧氏體合金鋼。葉片內(nèi)壁涂有一層抗高溫、抗氧化能力強(qiáng)的涂層，氧化防腐蝕保護(hù)膜的作用是保護(hù)葉片的母體材料，以防止周圍高溫氣體的腐蝕。利用LPPS（真空等離子噴涂）技術(shù)或VPS（真空等離子噴涂）技術(shù)將這些金屬保護(hù)層涂覆在葉片金屬上。絕熱涂層的作用是降低表面溫度，金屬氧化防腐蝕涂層表面涂有這些陶瓷絕熱涂層（ZrO2+Y2O3），可以使用APS（空氣等離子噴涂）和EB-PVD（電子束物理氣相沉積）技術(shù)進(jìn)行涂裝。用這兩種方法制備的涂層的顯微結(jié)構(gòu)不同，形成的熱障的有效性隨涂層的熱導(dǎo)率和厚度而變化。燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件材料易受熱應(yīng)力和熱疲勞的影響。燃?xì)廨啓C(jī)在正常運(yùn)行期間必須承受高溫上升氣流。由于燃?xì)廨啓C(jī)的狀態(tài)變化迅速、葉片的溫度變化迅速、在基本負(fù)載和高峰負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)下高溫的機(jī)械負(fù)載對于內(nèi)部材料的蠕變損傷、隨燃料及空壓而進(jìn)入高溫路徑中的細(xì)微塵粒、在高溫條件下額外的機(jī)械負(fù)載和由水流注入造成的氧化膜的不穩(wěn)定、由輕微污染的燃料或者嚴(yán)重污染的重油所造成的材料變薄、機(jī)械震動加快的摩擦磨損等因素影響，葉片等高溫部件受到不同程度的損傷。即使燃?xì)廨啓C(jī)零件有涂層，也必須在高溫下長時間暴露。因此，涂層難免要氧化、腐蝕和開裂，并且暴露基底材料以引起基材的氧化、燒蝕和腐蝕。在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行過程中，高溫部件長期暴露在高溫環(huán)境中是不可避免的，上述的損傷破壞需借助技術(shù)手段盡早發(fā)現(xiàn)并處理。

3 ?高溫部件的故障

當(dāng)高溫部件中發(fā)生危險故障時，高溫環(huán)境下僅可正常工作一段時間，在此過程中不會有損壞或破裂，之后這些故障將迅速擴(kuò)展，導(dǎo)致高溫部件斷裂和損壞，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的故障。過渡破壞在初次出現(xiàn)時發(fā)展緩慢，但一旦發(fā)展到一定時期，上述破壞將更加嚴(yán)重，對高溫組件及系統(tǒng)設(shè)備造成不同程度的破壞甚至斷裂。

4 ?燃機(jī)高溫部件的檢修、維護(hù)技術(shù)

4.1 內(nèi)窺鏡檢查

通過內(nèi)窺鏡檢查維護(hù)燃?xì)廨啓C(jī)，檢查高溫組件的可靠性，跟蹤高溫組件狀態(tài)變化的時間。如果出現(xiàn)涂層氧化、腐蝕、開裂等情況，應(yīng)及時提交維修計劃，然后更換上述零件，使材料的采購和更換更加合理，有效地分類維護(hù)。使用本程序進(jìn)行監(jiān)測，可有效地進(jìn)行大修期間的維護(hù)，這是非常重要、有效的，大大降低了燃?xì)廨啓C(jī)的維護(hù)和處置成本。

4.2 定期小修

燃機(jī)燃燒室和燃機(jī)透平葉片之間高溫?zé)煔馔ǖ乐械牟考仨毝ㄆ跈z查。燃機(jī)在火焰筒一端金屬襯板和火焰筒圓柱段內(nèi)的陶瓷內(nèi)襯范圍使用氣膜冷卻，并以相對低的燃燒壓力下運(yùn)行。因此不需要定期更換高溫?zé)煔馔ǖ赖牧慵?，但是對高溫?zé)煔馔ǖ啦考臋z查、尺寸累計磨損的測量記錄尤其重要，通過數(shù)據(jù)記錄、對比，預(yù)判缺陷的發(fā)展趨勢，及早制定檢修計劃。

由于被冷卻后的外缸包圍，火焰筒和透平之間的高溫內(nèi)部零件會相對移動，其滑動接頭由內(nèi)向外缸移動。而通過設(shè)計的手段不可能達(dá)到內(nèi)部部件達(dá)到完全一致的熱膨脹。因此，內(nèi)部部件一定會受到由磨擦力和疲勞引起的磨損。這些檢查旨在定期地記錄這個磨損現(xiàn)象，并通過適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施防止其進(jìn)一步發(fā)展。

與內(nèi)窺鏡檢查或拆卸火焰筒比較，依靠設(shè)計的可快速開啟的人孔這種簡單的方式，可快速地進(jìn)行這種檢查作業(yè)。直接目視檢查所有的燃燒室、高溫?zé)煔馔ǖ赖膬?nèi)壁和第1級透平的動葉和靜葉，測量尺寸間隙。

在進(jìn)入燃燒室之前必須讓燃機(jī)大致冷卻到室溫，冷卻時間取決于環(huán)境條件，可能需要長達(dá)數(shù)十小時。在冷卻階段禁止開啟檢查人孔。

在關(guān)閉人孔之前重點(diǎn)檢查燃機(jī)內(nèi)部的清潔度，主要包含壓氣機(jī)進(jìn)氣風(fēng)道和擋板、壓氣機(jī)進(jìn)氣缸靜葉持環(huán)、燃燒室及火焰筒至透平內(nèi)缸、透平排氣缸和排氣擴(kuò)散段。檢查完畢后，要立即關(guān)閉相關(guān)人孔蓋，并做好記錄。

執(zhí)行目視檢查需要技術(shù)人員的廣泛知識和經(jīng)驗(yàn)，方可形成專項(xiàng)檢查報告。通過對檢查結(jié)果及所記錄的數(shù)據(jù)需進(jìn)行綜合分析對比，結(jié)合制造商意見，得出評估結(jié)論，以供燃?xì)廨啓C(jī)的維護(hù)、檢修參考。

4.3 金屬監(jiān)督

對燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的狀態(tài)監(jiān)測，可以通過運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行診斷，同時可以采用金屬監(jiān)督等方法對燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件進(jìn)行有效監(jiān)測，從而及時處理運(yùn)行中的異常情況，評估和完善維護(hù)計劃，提高維護(hù)效率并定期進(jìn)行維護(hù)。在金屬監(jiān)測中，主要有無損檢測、目測、超聲波、X射線、渦流檢測等。在破壞性監(jiān)測過程中對被測零件進(jìn)行高溫取樣，這是通過金相分析實(shí)現(xiàn)的。無損檢測可以掌握高溫零件缺陷的發(fā)展規(guī)律，分析高溫零件損壞的原因，并通過跟蹤監(jiān)測獲得高溫零件的有效數(shù)據(jù)，為維修工作提供重要依據(jù)。

4.4 燃機(jī)透平軸承座端蓋及擴(kuò)散段內(nèi)襯板無損檢測

燃機(jī)出口擴(kuò)散段內(nèi)襯板及透平軸承座端蓋基材可選用高溫蠕變奧氏體不銹鋼X6CrNiTi18-10，此處高溫?zé)煔鉁囟冗_(dá)500℃以上，機(jī)組啟停過程，擴(kuò)散段內(nèi)襯板及透平軸承座端蓋溫度的急劇變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力及安裝內(nèi)應(yīng)力集中釋放，導(dǎo)致金屬板基材及拼接焊縫處開裂，隨著燃機(jī)有效運(yùn)行小時數(shù)的累積，擴(kuò)散段內(nèi)襯板及透平軸承座裂紋持續(xù)延伸，如未能及時發(fā)現(xiàn)、修補(bǔ)裂縫，會導(dǎo)致金屬板材破口、缺失，隨煙氣高速流動至擴(kuò)散段出口的余熱鍋爐爐膛，嚴(yán)重時造成鍋爐過熱器鰭片管破損、鍋爐運(yùn)行中的爆管事故。因此，在燃機(jī)停機(jī)、檢修計劃中，對擴(kuò)散段內(nèi)襯板及透平軸承座端蓋的PT無損檢測至關(guān)重要，通過對微裂紋、表面裂紋的預(yù)先檢測、清理、補(bǔ)焊（針對基材，焊材推薦BOHLER的ER347或E308L-15），防止機(jī)組啟停時溫度急劇變化造成的裂紋延伸破壞。

4.5 燃機(jī)透平排氣擴(kuò)散段膨脹節(jié)

燃機(jī)透平排氣擴(kuò)散段膨脹節(jié)作為一種能自由伸縮的彈性補(bǔ)償元件，可以有效的削弱因高溫?zé)煔鈳淼膽?yīng)力變形，以滿足在最惡劣工作條件下因排氣溫度而引起的燃機(jī)和余熱鍋爐的全部熱膨脹。膨脹節(jié)的性能影響燃機(jī)透平出口高溫部件摩擦磨損程度，對膨脹節(jié)的定期檢查、維護(hù)至關(guān)重要。長時間的循環(huán)往復(fù)位移，會造成膨脹節(jié)疲勞缺陷及內(nèi)部保溫材料的破損、撕裂，在燃機(jī)停運(yùn)后，燃機(jī)內(nèi)部腔室降低至室溫，對膨脹節(jié)處的內(nèi)部保溫進(jìn)行填充和固定，檢查膨脹節(jié)焊縫、測量膨脹節(jié)四個相位軸向變形量，對于超出產(chǎn)品要求的變形進(jìn)行修復(fù)。

4.6 檢查拆下的舊零件

檢查已拆除的所有舊零件，包括燃燒室零件和渦輪組件（動葉、靜葉）。可能存在的問題：裂紋、涂層氧化、腐蝕、剝落、變形、磨損、金屬缺陷。燃燒室檢查和熱通道檢查包括各檢測儀表、管道和接頭，檢查主要包括異物、異常磨損、裂紋、變形、涂層狀況、氧化、腐蝕、過熱點(diǎn)、燒蝕和零件缺陷，檢查標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)機(jī)器維修手冊確定。

4.7 新零件安裝前檢查

新的備件需要在安裝前進(jìn)行測試。檢查內(nèi)容如下：一致性檢查、外觀是否損壞、零件是否磨損、腐蝕和開裂、密封件是否安裝在預(yù)定位置、涂層漏涂、損壞、剝落和厚度不均勻。除了檢查和驗(yàn)證材料的完整性和外觀外，還需要對新的值班氣體控制閥、預(yù)混合氣體控制閥和擴(kuò)散氣體控制閥進(jìn)行閥位試驗(yàn)和閥位校準(zhǔn)。

5 ?結(jié)束語

由此可見，燃機(jī)燃燒室、熱通道的運(yùn)行狀況決定著機(jī)組能否穩(wěn)定運(yùn)行，也影響著電廠的經(jīng)濟(jì)效益。因此，對燃機(jī)高溫部件故障的檢查、檢修、維護(hù)工作在日常工作中顯得尤為重要。采取預(yù)防性的檢查、維護(hù)、記錄因熱膨脹造成的累計磨損，制定有效的檢修計劃，可以有效地降低故障發(fā)生的概率，保證燃機(jī)的運(yùn)行效率。

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作者簡介：楊瑞杰（1985-），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，機(jī)械工程師，中級職稱，研究方向?yàn)槿細(xì)怆姀S設(shè)備維護(hù)管理。