基于西门子V94.3A型燃气轮机大修研究

刘 杨，李旭光

(华能河南中原燃气发电有限公司，河南 驻马店 463000)

燃气轮机大修是依据与制造商签订的长期服务协议合同或变更订单，对设备零部件的全面解体检查和修理，主要包括压气机叶片检查、透平叶片更换、转子解体、轴承检查、压气机和透平内缸喷砂、压气机叶片喷涂和燃烧器清洗等工作。修前，结合燃气轮机[1]历次检修与运行状况，提前做好规划和安排，保证大修进度和质量；大修中开展技术升级改造；修后开展冷热态调试、燃烧调整和转子动平衡，改变燃气轮机性能劣化趋势，提高设备可靠性、出力和效率。

1 维护服务模式

燃气轮机维护服务模式主要包括长期维护服务、菜单合约和运维一体化模式。长期维护服务模式(LTP)是维护商负责用户燃气轮机的项目管理，主要包括热通道部件、非全部杂项硬件、在线远程诊断及计划检修服务等，从而保证机组具有更高可用率和可靠性。菜单合约模式(OPSA)是具有排他性的框架式长期服务合同，维护商提供产品和服务项目价格清单，用户自主选择并制定实施燃气轮机检修计划。运维一体化模式(O&M)是维护商全面负责电站的生产工作，保障机组的稳定运行。

目前，我国仍未完全掌握燃气轮机核心技术，西门子燃气轮机维护普遍采用LTP方式。相对OPSA而言，LTP是交付性质的长期服务合同，它具有全程无缝质保的特点和更全面的赔偿条款，同时可避免燃气轮机大修时年度大规模亏损的风险。O&M费用较高，此模式仅有国外部分机组采用。在我国燃气轮机的管理、维护、检修和运行等技术不断发展的基础上，燃气轮机必将实现运维自主化。

2 大修准备与规划

燃气轮机常规大修的整个周期约60天，其中转子解体检修30天，冷态调试3天，燃烧调整5天。依据燃气轮机长期维护服务协议合同，大修一般提前12个月开始规划，包括但不限于检修场地确认、工器具检查、检修人员准备、备品备件清点与申报以及技术改造的选择等[2]。

2.1 检修场地

燃气电站具有占地面积小的特点，而燃气轮机大修时拆卸零部件较多，同时需开展燃烧器超声波清洗、内缸喷砂等工作，检修场地合理布置尤为重要。21世纪初期，我国第2批打捆招标引进西门子F级机组，在电站基建期间未考虑转子解体所需条件，转子检修时需外送解体检查。燃气轮机大修包括转子解体检修场地和厂内检修场地。

燃气轮机转子外送解体场地，行车主钩提升高度应不低于21.8 m、载荷不少于130 t，行车下方3.5 m×3.5 m空地安装转子翻转工具支座。转子解体检修时应竖立，需搭设5 m×5 m×12 m脚手架，同时在脚手架1 m、3 m、5 m和7 m平台开展检修工作。若转子解体检修场地距离厂内检修场地较远，建议轮盘和压气机叶片喷涂安置在转子解体场地，喷涂需在20 m×15 m×4.5 m的封闭空间内进行。

电站主厂房沿气流方向右侧0 m、4.5 m作为零部件主存放场地，但应在厂房门内考虑转子临时存放及运输场地；主厂房左侧4.5 m可作为部分零部件存放场地，同时另一台燃机主厂房同样可作为零部件存放场地。燃气轮机大修，燃烧器清洗可在化学制水车间开展，内缸喷砂需选择有备用电源的空旷场地，拆卸的保温可存放在余热锅炉入口烟道下部地面，检修用4个集装箱可放置在余热锅炉烟囱附近。

2.2 检修工器具

燃气轮机大修时，将用到大部分OEM工具，主要有压气机叶顶间隙测量装置、IGV角度测量器、推力轴承拆卸专用工具、转子配重专用工具、压气机轴承装配装置、中间轴支撑工具、透平轴承装配装置、排气扩压器装配装置、气缸支撑专用工具、转子拆卸装置、转子专用吊装装置、透平轴承缸装配工具和转子支撑装置等。同时，维护商将提供部分专用检修工具，如转子支撑支座、转子翻转装置和轮盘支撑装置等工器具。电站应做好OEM工具的检查、维护和试验，特别是转子专用吊装装置的保养和试验工作。

在大修过程中，转子外送解体场地需准备8 t叉车(带伸长臂)运输转子轮盘，3 t电动叉车运输喷涂叶片，16 t汽车吊装卸集装箱；130 t行车的检验证明和载荷试验报告(有效期2年)；用于喷涂的390 V、180 kW电源和0.8 MPa、10 m3/min移动式空气压缩机。厂内检修场地准备8 t叉车(带伸长臂)运输检修专用工具，3 t叉车运输检修零部件等，16 t汽车吊装卸集装箱；主厂房行车的检验证明和120 t载荷试验报告(有效期2年)。电站应准备货车用于喷涂叶片等零部件的往返运输，同时落实2个检修场地附近的机加工厂，以便于检修部件的机械加工。

2.3 检修人员

燃气轮机大修，涉及到起重、动火、受限空间、搬运和登高等特殊作业，人员的组织和安排对整个大修[3]的圆满完成至关重要。检修人员包括电站人员、燃气轮机本体服务人员和附属系统服务人员。

燃气轮机本体检修60人左右，转子外送解体检修30人左右，大修期间每天两班制作业。建议电站要求维护商明确大修项目唯一负责人，避免因沟通不畅而造成返工；同时电站应明确大修现场技术负责人，以便及时协调，控制整个大修的进度和验收质量。针对燃气轮机转子外送解体的情况，应至少指定2人在转子检修现场负责，以保证转子解体的顺利完成。

2.4 检修备件

燃气轮机大修备件包括电站库存和战略性备件，战略性备件未包含在燃气轮机长期维护服务协议中，电站大修中可能要用到需要额外采购备件，例如推力瓦、燃烧室外壳L型密封环、燃烧室内壳L型密封环、燃烧室内外壳间密封环、透平静叶密封环段、阻尼环、中间环等。大修半年前，电站应清点好库存备件；依据机组运行状况和同类型电站检修情况采购战略性备件，以减少大修时生产费用。厂内检修场地应保证氧气、乙炔和氩气供应；转子解体检修场地应保证氧气、乙炔供应，以免影响检修进度[4]。

2.5 技术改造

大修12个月前，电站可依据燃气轮机运行状况与维护商协商准备相关技术改造，提高机组运行可靠性。例如：A-SMC改造，提高燃烧稳定性；耐热点火电缆改造，减少点火电缆损坏和提高点火成功率；IGV位置变送器改造，提高IGV动作快速性和精确性；透平轴承油管和透平、压气机振动测量线密封改造，减少轴承渗油，防止挡油环结焦等。

3 大修常见问题与措施

燃气轮机大修是对设备部件进行全面的解体检查[5]。依据燃气轮机长期维护服务协议，主要包括转子解体、透平叶片检查和更换、压气机叶片检查以及燃烧室金属瓦块、陶瓷瓦块检查和更换等。

3.1 压气机

燃气轮机大修，主要发现压气机静叶有裂纹或叶片钩磨损，更换存在缺陷的静叶；动叶叶根有裂纹、叶身有缺口或叶片脱落，更换损坏的动叶。压气机轴承推力瓦块磨损或存在裂纹，更换有缺陷推力瓦块。压气机IGV调整环磨损，补焊修复调整环。压气机前四级叶片涂层脱落，重新进行喷涂。

3.2 燃烧室

燃气轮机大修，主要发现燃烧室外壳与内壳上L型密封环及两者间密封板磨损、更换损坏的密封部件。预混燃烧器装配结合面磨损，更换无法修复的预混燃烧器。燃烧器点火电极破损，更换点火电极。燃烧室内部分陶瓷瓦块有裂纹、金属瓦块收缩变形，更换不合格的隔热瓦块。火焰监测器圆形衬套磨损，更换圆形衬套。燃烧器燃料通道阻塞，超声波清洗并做燃烧器通流试验。

3.3 透平

燃气轮机大修，更换透平第1、2、3、4级动叶，以及更换透平第1、2、3级静叶，依据无损检测结果更换第4级静叶。主要发现透平第4级静叶内围带安装槽磨损，对其进行修复。透平轴承箱支撑肋板根部焊缝处有裂纹，对其进行补焊处理。透平排气扩压器和排气扩散段间密封圈磨损，对其进行更换。

4 维护协议不足与建议

西门子燃气轮机大修，依据长期维护服务协议，发现在检修中产生许多变更订单，无形中额外增加设备维护成本。燃气轮机长期维护服务协议采购，建议电站基建初期采用主设备与其打捆招标，可从本质上降低度电成本。

燃气轮机计划检修备件，仅包含典型备件，而不包含所有检修的损耗备件；建议在燃气轮机长期维护服务协议中明确不包含的维护备件。同时，将压气机叶片喷涂、燃烧器清洗等标准项目，以及现场可直接处理的检修发现纳入维护协议中。修后的冷热态调试、燃烧调整以及现场转子动平衡，均属于检修部分，同样不产生变更订单。

燃气轮机第1次大修，转子解体仅发现阻尼环、中间环轻微磨损，若检修条件不充足，可在原始制造商的保证下不开展转子解体。转子设计寿命10万EOH，若第1次大修结合转子解体实施技术改造，建议转子延寿在第2次大修中实施。

燃气轮机大修前12个月，建议电站确定第2个长周期维护服务协议，将控制系统、SEE和SFC技术改造和维护，燃烧器、燃烧室、透平叶片以及其他改造项目纳入第2个长周期维护服务协议，提高燃气轮机性能和可靠性。考虑到燃气轮机运行劣化与长周期服务[6]，电站应在第2个长周期维护服务协议中考虑转子、燃烧器、缸体等部件检修，燃气轮机延寿，辅助系统燃料阀、防喘振放气阀和透平叶片冷却阀等设备维护。

5 结束语

大修是燃气轮机维护的重要环节，可有效改变设备劣化趋势。在长期维护服务协议采购时，应充分考虑燃气轮机检修覆盖范围、责任分工和备品备件状况，以及燃气轮机延寿和冷端部件维护，最大限度降低维护成本。大修前12个月，结合燃气轮机第2个长周期维护服务协议，开始准备和规划第1个大修，明确人员责任、清点工具与备件和查验检修场地等，确保大修质量、进度和成本。