燃机故障诊断及运行维护技术简析

王立军

摘要：随着我国经济建设的快速发展，逐渐地提出了节能减排的政策号召，主旨是节约能源，减少对环境造成的污染，降低企业运行成本，改进能源的利用。在这种形势下，燃机作为新型的动力设备，在电力行业中已经得到了广泛的应用。热电厂同时肩负着发电和供热两项重任，所以锅炉的容量较大，由此燃机的功能得到了较好的发挥。在日常运行的过程中，燃机会因为受到各种因素的影响而出现故障，影响到热电厂的正常运行，所以需要加强对燃机的故障诊断和维护。

关键词：燃机；故障诊断；运行维护

引言

燃气轮机作为一种新型动力能源设备，因其自身所产生的热效率比较高，且污染小，在实际操作中相对比较安全，因此被人们普遍所关注。随着科学技术的不断创新与发展，燃气轮机被应用于各个行业之中，从高科技的航天航空产业到电力发电部门，以及在交通运输领域中，燃气轮机所发挥的重要作用都将是无可替代的，对国民经济建设发展有着积极的推动作用。但是与此同时，燃气轮机因其构造复杂，不仅仅需要在使用的过程中投入大量的人力、物力、财力，更需要专业的技术人员对其进行操作，这样才能有效避免安全事故的发生。文章主要就燃气轮机高温部件的损伤机理及其故障进行了简要分析，并提出了相应的运行维护技术。

一、高温部件损伤机理及其故障类型

（一）、损伤机理

燃机高温部件的基体材料是镍基或钴基奥氏体合金钢，在火焰筒和过渡段内壁、透平第1级和第2级动叶片与静叶片表面有高温抗氧化和热障涂层（TBC）。燃机高温部件的主要损伤机理是热疲劳、蠕变、氧化和腐蚀。

1.热疲劳

热疲劳主要是指燃机中的部件在受到热应力变化时，对零件材料产生的破坏现象。出现热疲劳主要是和燃机的运行程序有一定的关系，在燃机启动、加速、升负荷、降负荷以及停机的过程中，所产生的温度变化都会对零件产生不同程度的损坏，对于高温部件尤其明显。燃气透平叶片经受高温的重要区域，在点火以及升负荷的过程中，因为在叶片的边缘首先受到进气侧的影响，所以温度上升较快，叶片就会产生压缩应变，而当停机时，进气侧的冷却降温会导致叶片温度骤然下降，所以在叶片边缘会产生拉伸应变，在这种循环状态下，透平叶片就会出现裂纹，长此以往，裂纹面积不断扩大，严重时就会导致叶片断裂。

2.蠕变

燃机高温部件在高温环境中的长期运行使其发生蠕变。部件基体材料长期工作在高温环境下，金相组织逐渐变化，晶界弱化，材料持久强度和抗蠕变性能明显下降，出现塑性变形。

3.氧化和腐蚀

燃机高温部件的涂层在高温环境下氧化、侵蚀、裂纹、剥落，使得基体材料暴露在高温环境下，产生氧化、烧蚀与腐蚀。

（二）、高温部件的故障类型

1.危险性故障

这类故障一旦出现，发展极为迅速，在较短的时间内高温部件就会损坏或断裂而造成严重事故，如透平动叶出气边裂纹、叶身下部横向裂纹等。

2.稳定性故障

这类故障出现后，可以稳定下来，不继续发展，或者缓慢发展；有时可长期存在于高温部件中，不会产生损坏或断裂，如透平静叶的叶身裂纹和出气边裂纹等。

3.过渡性故障

这类故障出现以后，开始发展较为缓慢，但是发展到一定的阶段，在一定的累计运行时间以后，裂纹扩展速度加快，造成高温部件破坏或断裂，如透平动叶的叶身龟裂、火焰筒与过渡段壁上裂纹等。

二、燃机高温部件的运行维护技术

（一）、内窥镜检查

定期对燃机的高温部件进行内窥镜检查，以便跟踪燃机高温部件的状态变化情况，重点检查高温部件有无烧蚀、裂纹、鼓包、翘曲、涂层剥落等异常现象。根据检查结果制订检修计划与零部件更换计划，更有针对性地定购所需的备件，决定检修的类型与范围。有效的内窥镜检查可以在需要检修时才进行检修，需要更换时再进行更换，从而在保障燃机安全性的前提下进一步降低燃机的检修费用。

（二）、在线运行参数监测

在线监测在技术上更加先进，通过在线监测能够及时的掌握燃机的运行状态，从而及时发现燃机的故障。在线监测的运行参数主要包括燃机负荷与对应的排气温度、振动数据、燃料流量和压力、排气温度及其分散度的变化等。在获取监测数据后，建立一个高温部件在正常运行状态下的基准数据，然后在燃机运行的过程中，将采集到的数据与基准数据进行对比，如果与基准数据之间存在较大的偏差，就说明部件的状态出现异常，可以对故障进行快速的排查与诊断。燃机排气温度及其分散度的监测尤为重要，原因在于大部分燃烧系统故障均首先体现在排气温度分散度的变化上。所以应该加强对排气温度场的监测力度，如果对比数据出现较大的变动，则说明燃机的运行状态出现恶化的迹象，需要及时检修。

（三）、金属监督

燃机高温部件的金属监测分为非破坏性监测和破坏性监测，前者主要有目测（窥镜）、萤光、磁粉、超声、X射线（工业 CT）、电涡流等方法，后者则是从受检高温部件取样进行金相分析、材料力学性能试验和热处理性能试验。燃机高温部件的金属监督，需要建立非破坏性监测手段；建立高温部件的技术档案，熟悉所选用材料的性能及长期运行的组织性能变化情况；掌握和熟悉燃机维修手册对高温部件的控制标准。燃机电厂应配置相应的金属监督专业技术人员，全面开展金属监督工作，通过无损检测，掌握高温部件的缺陷发展规律和高温部件材料组织和性能变化规律，分析高温部件损伤原因；并通过跟踪监测，获得高温部件金属监督的监测数据，为实行视情况检修提供决策依据。

结束语

燃机运行的稳定性与安全性对企业的经济效益具有直接的影响，所以应该加强对燃机故障的检测与维修，尽量减少故障的发生，提高燃機运行的效率。

参考文献

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