燃气轮机气路故障诊断技术探讨

徐东磊

（大唐佛山热电有限责任公司，广东 佛山 528500）

燃气轮机具有体积小、开启速度快、运行稳定性强及效率高等显著优点，同时其运行过程还不会对社会大众的居住环境产生太大影响，因此，在我国的工业、交通运输业、船舶动力和天然气等领域和行业中都得到了广泛应用。然而，燃气轮机在运行过程中还是会受到很多外界因素的干扰，并且设备又长期处于高压和高温的环境中，一点点的风险隐患和因素都可能导致气路故障问题的出现，并直接影响设备的整体运行效率，那么相关人员就必须及时且有效地检查燃气轮机的汽轮故障，尽早发现并采取有针对性的预防和诊断技术，将故障问题快速解决，保证燃气轮机的稳定、高效运行。

1 燃气轮机技术概述

燃气轮机在我国的发展已有多年历史，设备整体运行过程具有良好的可靠性和稳定性，同时能够产生较大的热效率，在其生产实践中只会产生少量的废气污染物，对社会大众的工作生活环境不会产生太大影响，这些显著的应用优势便使其成为我国能源产业和电力产业相关部门的核心电力设备，如果燃气轮机在运行中出现了故障问题，那么整个系统甚至是整个企业就都可能无法正常运行，企业的运行效率和生产效益都会受到影响。针对燃气轮机生产运行中易出现的气路故障，相关行业和企业现阶段也加大了研发力度，旨在研发出一种更具创新性的故障预防和诊断技术，及时发现并有效解决燃气轮机的故障隐患，动态地监控燃气轮机运行的全过程，保证其实际的运行效果和安全系数，也能够进一步降低燃气轮机的整体维修和养护成本，对整个行业的可持续发展产生积极作用。

由于燃气轮机通常都是在高温和高压环境下运转的，在此过程中如果还要承受较大的负荷，那么要想保证燃气轮机在运行质量和使用性能方面长时间维持原来的状态根本就是不可能的，其运行过程中也不可避免会出现一些安全隐患和故障问题，并体现在叶片和燃烧室等结构中。从现阶段的实际情况来看，工作人员可以采用多种技术诊断燃气轮机的气路故障，随着我国科学技术的不断进步和发展，气路故障的诊断技术也正向着系统化和智能化的方向发展，因此，负责维修工作的人员就应全面了解各类先进技术并将其科学运用。一旦燃气轮机发生了运行故障，其运行状态下的各类参数指标就一定会发生变化，虽然不同气路故障的具体表现有所区别，但结果却都是导致燃气轮机的性能参数发生变化。在对此类问题进行深入的分析和研究后，笔者认为外界环境和燃料类型等因素都会影响燃气轮机热通路的运行状态，并导致相关气路部件无法正常使用。燃气轮机可能在陆地上工作，也可能在水中的船舶里使用，陆地上的燃气轮机易出现结垢问题，而水中的燃气轮机在油烟、海水盐分和水雾等因素的影响下则会出现热通路部件的冷热两端同时出现腐蚀损坏的问题。

2 燃气轮机的常见气路故障

外界很多因素都会影响燃气轮机的正常运转，对这些风险因素稍有处理不当就可能导致燃气轮机出现气路故障问题，不但会影响设备的使用性能，还会给企业带来一定的经济损失，因此，企业应指派专业的维修养护人员负责监督和管控燃气轮机的运行状态，发生故障时应对其立即进行诊断并采取有效的整改措施，将损失降到最低。

2.1 压气机叶片积垢

在燃气轮机的实际运行过程中，其最容易出现的一类气路故障便是叶片积垢问题，通过对燃气轮机的具体运行原理进行分析可知，每千瓦燃气轮机如果要保证24 h稳定运行就必须吸入大概0.5 t左右的空气，并会有一些微粒杂质随着空气进入燃气轮机中，即使企业会针对这种情况采取相应的处理措施，也无法将微粒杂质完全隔离出去，微粒杂质进入燃气轮机的内部后通常都会附着在叶片的表面，当这些微粒杂质积聚一段时间后便会在叶片表面形成较大面积的沉积物，如果没有及时清理这些沉积物便会出现积垢，随着燃气轮机的持续运行，积垢会不断增多，并直接影响燃气轮机的实际运行性能。

2.2 压气机叶片磨损和腐蚀

当燃气轮机运行时，如果有固体颗粒或是盐分存在于空气中，那么这些物质就可能磨损甚至是腐蚀燃气轮机叶片的表面，不但会在叶片表面形成划痕，还会进一步增加叶片表面的粗糙程度。如果没有及时处理这一问题，会对叶片表面的整体气动性能产生不利影响，加大其阻力系数，一旦压气机叶片出现了磨损和腐蚀等问题后，通流的面积和流量都会越来越大。

2.3 压气机叶片机械损伤和喷嘴腐蚀

随着燃气轮机的不断运行，其流道内表面一定会受到燃气轮机自身出现脱落现象的部件或是液体燃料中存在的颗粒等物体的不断撞击，其中如果是燃气轮机内部有部件出现了脱落并撞击了叶片，这属于自身物件损伤，而如果是液体燃料中的颗粒撞击了流道内表面，这便是外来物损伤，会直接影响燃气轮机的实际运行情况。在其运行过程中，随着燃油的不断燃烧一定会释放出硫化氢等具有一定腐蚀性的气体，而机组内部又有着较高温度，这些腐蚀性气体在进入到涡轮内部后还会发生相应的化学反应，腐蚀涡轮的喷嘴，并增加了涡轮的流道面积和流量，从而导致气路故障问题的出现。那么企业就应安排专业的维修人员及时处理这类故障问题，否则问题便会进一步扩大，不但会影响燃气轮机的使用性能，还降低其使用寿命。

3 燃气轮机气路故障的诊断思路及预防

3.1 燃气轮机气路故障的诊断思路

针对燃气轮机运行过程中易出现的几种典型气路故障，企业应安排专业的维修人员对其进行诊断和维修，根据设备运行的实际情况确定相应的诊断思路，从而顺利地完成诊断任务。应全面考虑到燃气轮机可能出现的各种工作状态，将故障状态和正常状态全部纳入其中，并以此为基础构建出相应的状态空间，在这一空间中所有的特征参数便组成了一个特征空间。燃气轮机运行状态下到达某一个运行状态后便能够确定其状态特征。如果两者存在着一对一的映射关系，那么便可以以特征征兆为基础确定系统的运行状态。诊断燃气轮机气路故障的具体思路为在充分考虑到燃气设备各类可测量参数具体变化情况的基础上对系统进行合理判断，明确系统的实际运行情况，找到其映射条件。在设备的运行过程中，存在的某一个物理问题实际上就是特征状态空间中的一个具体状态，而其对应的具体特征则是实际可测量参数的变化情况。

3.2 燃气轮机气路故障的预防

为保证燃气轮机的高效、稳定运行，对其运行中出现的气路故障问题进行有效诊断和解决是十分重要的，同样还应做好其预防工作。企业针对燃气轮机的运行状态应制定科学的维修养护计划，每隔一段时间就应主动检查燃气轮机的运行状况，在全面把握燃气轮机使用功能和性质特点的基础上总结出每一种气路故障的具体表现，并结合以往的工作经验落实好维护养护制度中的相关内容。同时操作人员在运转燃气轮机时还应严格遵循相应的规范制度和操作流程，设备运行时应合理设置其操作流程，明确设备的运行和维修标准，制定完善的燃气轮机等设备的使用规范，根据不同的故障问题制定相应的检查维修方法，为其安全、稳定的运行提供重要的技术保证，尽可能降低燃气轮机发生气路故障问题的概率。另外，企业还应及时总结燃气轮机的运行规律，根据其具体的流程内容进行使用，平时工作状态下对其进行动态的监督和管理，定期或不定期地检查设备的使用性能，发现异常情况时应停止设备运行并进行及时处理，从源头上预防气路故障问题。

4 燃气轮机气路故障的常用诊断技术

要想有效解决燃气轮机运行过程中常常出现的几种气路故障，切实提升燃气轮机运行的可靠性和稳定性，那么企业就应对燃气轮机进行及时的维修和养护，结合实际发生的气路故障问题深入地查找其出现原因，并采取科学合理的故障诊断技术，尽可能将气路故障问题带来的不利影响降到最低，降低企业的不必要经济损失，通常可以采用以下4种气路故障诊断技术。

4.1 神经网络诊断技术

为了更好地解决燃气轮机常出现的汽轮故障问题，并从根源上提升其运行性能，那么便可以科学合理地运用神经网络诊断技术，保证燃气轮机运行的安全性和稳定性。使用该诊断技术时应先从映射的层面上深入研究和分析当前阶段燃气轮机的运行状况，明确目前机组内部是否存在着故障问题。判断时应重点映射导致汽轮故障问题出现的各类风险因素和源头，提升神经网络诊断系统的记忆和联想能力，保证对气路故障的实际诊断效果。当然神经网络诊断技术也是存在着一些漏洞问题的，如对燃气轮机气路故障进行诊断时，采用神经网络诊断技术并不能准确发现机组内部的潜在风险隐患，也无法对故障问题进行完整描述，以黑箱子的形式来诊断燃气轮机的气路故障，虽也能取得不错的诊断效果，但整体效率还是偏低的。另外，采用神经网络诊断技术时对操作人员还有着较高的技术要求，由于企业内部这方面的专业技术人员并不多，那么就应对相关人员进行及时有效的培训，有针对性地提升其诊断能力和综合技术水平，并要求能够熟练地使用神经网络诊断技术。目前，那些未参加培训的故障诊断人员大多是凭借以往的经验进行诊断，不能够合理运用这一诊断技术，实际的诊断结果也容易出现错误。因此，企业要想采用神经网络诊断技术改善并解决燃气轮机易出现的汽轮故障问题，那么就必须加大投入培养更多的专业人员，从而稳定开展相应的诊断活动。

4.2 专家系统诊断技术

初期对燃气轮机出现的气路故障问题进行诊断时还可以合理运用专家系统诊断技术，从而大幅度地提升实际的诊断效率。采用专家系统诊断技术时应严格遵循相应的技术规则和流程规范，在具体的诊断活动中专家系统应能够深入研究并科学总结燃气轮机的气路故障情况，得到相应的规则，明确气路故障的征兆与故障问题之间的密切关系。诊断机组的气路故障时，如果能够科学、高效地运用专家系统诊断技术，整个操作过程将会变得更为简单，且能够将气路故障问题更加形象地展示出来，利用现有的知识体系便能够让操作人员快速理解该技术的作用原理，当实际处理气路故障问题时便能够结合其形成原因制定有针对性的解决措施，专家系统诊断技术并不需要太大的数据储存空间，编程过程也相对容易。同样使用这一方法时也有着一些缺点，利用专家系统中的理论知识并不能完整解释燃气轮机可能出现的所有汽轮故障问题，而专业人员要想准确地判断各类气路故障，其也必须具备完善的知识体系作为支撑和保障。采用该方法诊断气路故障时并不能明确故障发生的具体位置，特别是面对新出现的气路故障问题，由于缺乏以往的诊断经验，在知识库中也没有储备与该故障问题相匹配的技术规则，即使诊断人员具备较强的专业能力和丰富的诊断经验，通常也不能迅速地确定故障发生的具体位置，实际工作中易出现诊断错误或是偏差的情况，并且很难及时恢复设备的使用状态。

4.3 红外诊断技术

当燃气轮机出现叶片积垢、叶片磨损和腐蚀等气路故障问题时，其便会大幅度提升燃气轮机内部的工作温度，并会降低燃气轮机的整体运行效率，为有效诊断并改善这类气路故障问题还可以采用红外测温诊断技术。其技术原理为在温度不断变化的情况下对其进行动态的实时传送，那么工作人员就能够全面掌握燃气轮机的具体运行情况，了解燃气轮机内部都有哪些部位的温度发生了较大变化，从而准确地诊断出气路故障发生的具体位置，保证工作人员能够迅速、有效地解决故障问题并将设备的运行性能恢复到最佳状态。

4.4 无损耗故障诊断技术

无损耗故障诊断技术在燃气轮机气路故障诊断和改善中的应用十分普遍，其能够帮助企业维修人员准确、高效地开展相关诊断工作，采用该技术时不会对燃气轮机的内部设备产生损坏，借助先进的检测设备和技术能够及时发现设备表面是否存在问题和缺陷，一旦发现问题和缺陷便能够快速反应并进行有效诊断。目前行业中常用的无损耗故障诊断技术主要有外渗透检测技术、超声波检测技术和磁粉深入检测技术等几种，其在专业检测设备的支持下能够及时发现燃气轮机内外部的问题和缺陷，同时还能够与微波检测方法、射线检测方法和中子检测方法等技术方法结合使用，从而更加精准地找到设备内部的实际缺陷情况。无损耗故障诊断技术的应用性较强，在燃气轮机的故障诊断工作中有着良好的应用价值，设备运行过程中面对着复杂多变的工作环境，并且会产生各种类型的运行故障，该技术能够在深入分析故障类型的基础上制定有针对性的改善对策。另外，无损耗故障诊断技术还具有较高的工作效率，帮助企业维修人员在短时间内找到气路故障的发生位置及可能带来的不利影响，面对不同类型的故障问题也能够及时查明其出现的原因，借助专业的诊断技术快速、有效地完成故障诊断工作。

5 结束语

通过以上的论述，本文对燃气轮机技术概述、燃气轮机的常见气路故障现象、燃气轮机气路故障的诊断思路及预防燃气轮机气路故障的常用诊断技术4个方面内容进行了详细的分析和探讨。燃气轮机在我国的工业、交通运输业和天然气等众多领域和行业中都是一种常见的动力设备，发挥着重要作用，因此，面对其运行过程中易出现的几种典型气路故障，应安排专业人员采取有效的故障诊断技术，对故障与问题全面排查、深入分析并迅速解决，对设备进行及时的维修和养护，保证燃气轮机运行的稳定性和可靠性，提升企业的整体生产效益。