提升海洋平台透平机组运行稳定性的维保技术措施

王宝森，乔亚军

（中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300452）

0 引言

海上固定石油生产平台主要是由透平发电机进行供电，其工作原理为：压气机从外界吸入新鲜空气，经过多级压缩，达到一定的压力和温度，然后进入燃烧室；在燃烧室压缩空气与喷入的燃料相混合并燃烧，形成高温高压的燃气；这种燃气作用到涡轮上，便膨胀做功，推动涡轮旋转带动透平轴转动；透平轴带动压气机和减速齿轮箱旋转运动，经过减速齿轮箱后通过联轴器带动发电机轴转动，发电机发电[1]。因此透平发电机的进气系统、燃料系统、滑油系统等的合理维修保养对设备稳定运行极为关键。本文通过对透平的几个系统进行分析研究，提出了合理的维保建议，供专业技术人员和管理人员参考。

1 透平进排气系统

1.1 进气滤器

透平进气滤器的更换是透平最基本的保养项目。如果对进气系统缺乏维护保养，会直接导致进入压气机的空气质量下降，造成透平工作效率降低。例如：对于一台2983kW的透平来讲，25.4mm的压差降将使透平功率损失0.5%。透平压气机损伤基本是由以下2个原因造成的。

1.1.1 外来物质对压气机造成的损伤

Solar透平发电机组空气进气滤器由一级滤器、二级滤器组成，滤器更换工作全部在橇内完成。如果在更换完成之后，不对橇内进行彻底清洁，那么留在橇内的杂物会随着空气流动进入压气机，进而造成压气机叶片损伤。管路的法兰连接处通常使用胶皮垫、石棉垫等密封，随着时间的推移，以及长期受到海洋环境的腐蚀影响将导致密封材料变质、失效。这些密封材料因硬化或变脆可能破裂，碎片或者异物进入透平进气道，就会对压气机造成损伤。海上平台透平进气系统的管线使用不锈钢材料，也可能因为材料质量或环境因素而造成腐蚀生锈，锈蚀的碎屑进入进气风道进而导致压气机的损伤。

1.1.2 进气质量差对压气机造成的损伤

海上天气变化无常，雨季或者雪季，极容易造成进气滤器高压差，且在运行过程中滤器由于受到雨水的浸泡造成破坏，进而导致长时间在较差的进气工况下工作。未过滤的空气进入压气机，脏空气会首先使压气机的导叶和定子叶片受到损伤，锈蚀叶片及导叶轴通过透平维保时进行的窥镜检查，能直接展示出透平进气系统相关状态，图1为透平静叶片的污渍，图2为透平进气动叶片的污渍。长期积累的污渍将会对压气机造成损伤，直接影响透平压气机工作效率，严重时可能影响到透平正常运行[2]。

图1 透平进气静叶片Fig.1 Turbine inlet stator blades

图2 透平进气动叶片Fig.2 Turbine inlet pneumatic blades

1.2 维修保养建议

透平进气系统每季度应彻底检查一次，尤其雨雪后及时检查滤器状态，有问题及时更换。透平进气滤器按照经验做法建议每4000h进行1次更换，如日常停机检查过程中发现问题必须及时进行更换。滤器的差压报警值和关断值使用透平原值，如遇特殊情况可以临时旁通或提升关断值，事后及时恢复旁通。法兰连接尽量使用钢垫，如有丝扣连接时需使用密封脂。进气管线如出现锈蚀的现象，务必及时更换。

1.3 洗车作业

压气机叶片的清洁度直接影响透平运行工作效率。洗车就是解决压气机叶片清洁度的最好方法。通常在2种情况下进行洗车操作：一是以一定的时间为间隔对透平压气机进行洗车作业；二是当压气机的PCD值下降5%时进行洗车作业。由于压气机叶片的清洁程度直接反映在压气机的PCD值上，PCD数值反映了透平进气做功能力，因此推荐第2种方法[3]。 洗车作业中应当注意的最重要一点就是清洗剂的用量。如果清洗剂的用量不够，就无法将压气机清洗干净，达不到洗车的目的；而如果清洗剂用得过多，可能造成压气机叶片的腐蚀。每次洗车时，以最后一次清洗排放水无污渍、无泡沫液为准。每次洗车作业结束，要对透平进行充分的盘车，以便将所有液体吹扫烘干，如有必要则进行机组启动烘干附着在机组内部的水分，这样可以避免残液遗留在透平内，造成对各级叶片的锈蚀。洗车作业同时应当注意要全方位彻底地清洗压气机，不能只洗一面，否则不仅会影响PCD值的改善，更严重的后果是它将造成转子不平衡从而增大转子振动。

1.4 除冰装置

中海石油（中国）有限公司天津分公司地处北方，冬季寒冷且冰雪较多。我们在实际工作中，经常会遇到雾、雨、雪天气，水气容易附着在防虫网或进气滤器表面，造成透平进气滤器高压差报警。即使透平进气滤器未达到高压差报警，透平在此工况下工作进气量也会受到一定影响，性能也会下降。一旦有冰渣进入压气机，将会对高速运转的压气机叶片造成损伤[4]。因此，除冰装置在雨雪天气工况下对透平正常运转起着关键性作用。除冰装置的使用，可以降低操作人员的劳动强度，及时除去进气滤器表面凝结的水分，清除进气滤器的高压差，避免造成透平机组喘振或进气不足造成的停机，以提升透平的稳定性。

2 双燃料系统

Solar透平发电机为双燃料系统，即柴油系统以及天然气系统，在海上石油平台以天然气系统为主，柴油系统为辅。每次透平维保在对燃料喷嘴拆卸检查时，偶尔发现在喷嘴口附着一些黑碳，如图3所示，这就表明透平使用的气体燃料中存在着液态的碳氢化合物。随着喷嘴内碳的不断积累，势必会造成喷嘴的堵塞，从而造成进入透平天然气压力不均，改变燃烧室内火焰的形状，如图4所示。火焰形状改变将使得透平受热不均，容易造成透平局部的热损伤，严重时会导致T5温度不均衡，造成局部高温停机。柴油系统运行时，由于柴油内所含杂质（如水、石蜡或其他杂质），更容易造成此类情况。

图3 结碳喷嘴Fig.3 Carbon deposition nozzle

图4 燃烧室内部Fig.4 Inside combustion chamber

维修保养建议：在天然气进入透平前配置油气分液罐，以除去天然气内大部分液体；提升天然气的进气温度，减少因天然气温度低而凝析出水分的情况；柴油罐要定期检查，注意防水和其他沉淀杂质，定期进行罐底部污水的排放，同时应当注意柴油温度，防止温度太低柴油结蜡的情况发生；对进入透平柴油日用罐的柴油进行分油机的分离，除去柴油中的水及其他杂质，保障透平燃油的质量；加强日常维保过程中透平喷嘴的拆检，发现结碳情况及时清洗喷嘴。

3 滑油系统

滑油中的杂质容易使透平内部润滑部件受到损 伤。滑油中的杂质一般由以下3种途径混进：①滑油箱内补充滑油；②透平运转过程中，润滑部件相互摩擦产生的金属碎屑；③滑油系统维保时带入的杂质。这些杂质在透平机组运转过程中，会对透平的润滑部件造成较大的伤害，轻则某一润滑部件受到损伤，重则将使整个透平机组损伤，造成透平大修。例如滑油杂质对止推轴承的损伤：在润滑过程中，划伤止推轴承巴氏合金表面，使金属表面产生许多划痕。随着机组的长期运转，划痕将越变越大、越划越深，最终导致滑油从间隙中直接流走，止推轴承得不到良好的润滑将增大摩擦，使滑油系统中混入更多的金属碎屑，造成止推轴承的毁坏。

维修保养建议：①使用滑油光谱分析仪，既能监测滑油系统混入金属碎屑等杂质的多少，同时还能检测滑油黏度、滑油中含水百分比以及滑油的酸碱度；②滑油滤器更换时及时检查滑油滤芯内的杂质，如发现滑油含金属碎屑多，应及时停机对透平检查，更换滤器严格遵守操作规程，避免杂质混入；③定期对滑油箱内滑油进行取样分析检查，与在线光谱分析仪形成互补；④冬季启动透平时，务必检查滑油温度，确保滑油温度符合设备厂家启机要求的相关规定。

4 结论

综上所述，合理的使用、保养、维修透平机组，能尽量减少透平机组的故障性停机，提升透平运行的稳定性。同时，透平经过良好的维修保养，保证了透平核心部件压气机以及动力叶片的完好性，延长透平大修周期，增加透平使用寿命，降低操作费用，为企业高质量发展提供坚实的保障。