王華鍇

摘要：目前我國缺乏燃汽輪機熱部件壽命的檢查技術(shù)。針對當前熱部件運行情況，需要合理的對其壽命進行評估。但在現(xiàn)實生活中很難進行實際的運行壽命評估，所以在對燃汽輪機熱部件進行分析時，要根據(jù)影響壽命的主要原因進行情況分析。本文通過對燃汽輪機熱部件的損耗情況，針對相應的計算模型提出計算方法，從而建立專用的熱部件監(jiān)測系統(tǒng)，以此來評估部件的壽命。通過對影響部件壽命的主要因素進行分析，運用常用的分析方法，針對等效運行時間分析法實現(xiàn)對熱部件壽命進行評估。旨在為燃氣輪機運行提供基礎，幫助相關(guān)人員評估工作的展開。

Abstract： Currently there is a lack of inspection technology for the life of gas turbine hot-end components in China. According to the current operating condition of hot parts， it is necessary to evaluate their service life reasonably. However， it is difficult to evaluate the service life in real life， so when analyzing the thermal components of gas turbine， we should analyze the main reasons which affect the service life. In this paper， according to the loss of thermal components of gas turbine， a calculation method is proposed according to the corresponding calculation model， and a special monitoring system for thermal components is established to evaluate the life of components. Based on the analysis of the main factors affecting the life of hot parts， the life of hot parts is evaluated by using the analysis method of equivalent running time. The purpose is to provide a basis for gas turbine operation and help relevant personnel to carry out the evaluation work.

關(guān)鍵詞：燃氣輪機;熱端部件;壽命評估;等效運行時間分析

Key words： gas turbine;hot end components;life assessment;equivalent operation time analysis

中圖分類號：TK477?????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0140-02

0? 引言

當前，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對于現(xiàn)代燃汽輪機技術(shù)來說也需要進行優(yōu)化升級。目前我國越來越重視對其運行的控制，對燃汽輪機在高溫高壓下進行高效的運行是當代的追求方向。對于目前燃氣輪機來說，渦輪的進口溫度不斷提高，同時相應部件的熱負荷也在迅速加大。同時空氣、灰塵等環(huán)境因素的影響導致燃汽輪機經(jīng)常出現(xiàn)變更狀況，甚至會出現(xiàn)超負荷快速的變動，造成熱部件的損壞。因此需要針對當代燃汽輪機的可靠性進行技術(shù)維修，有效對其使用壽命進行評估，保證熱端部件的可靠性。

1? 熱部件研究概況

對于熱部件來說，需要在高溫下進行快速運轉(zhuǎn)，因此對其損傷與破壞需要額外的進行注意，相關(guān)人員需要對其結(jié)構(gòu)材料性能使用壽命等大量研究，通過當前對燃汽輪機熱部件使用壽命方面分析，主要包括疲勞壽命、蠕變壽命以及材料壽命等方面[1]。而在具體的分析過程中，通過對葉片系統(tǒng)的響應分析法和概率引進，幫助評估疲勞壽命，同時通過建立三維坐標可以有效地進行預估，在對高溫蠕變等進行影響分布時，通過采用有限元方法進行預測進行展開，然而目前針對熱壽命的評估方法仍不完善。本文通過對燃汽輪機熱部件的損傷機理進行分析，同時對其的壽命損耗進行相應的計算，建立模型，為熱部件的壽命累計損耗和提高參考。

2? 具體損傷

熱端部件是燃汽輪機的核心部件，對于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)來說需要更多的設計，并且選擇的材料必須耐用，因此價格昂貴。對于其加工工藝來說也流程較多，因此燃汽輪機的可靠性很大程度上取決于熱端部件，在對其進行維修與技術(shù)檢測需要對其壽命進行評估，以延長熱端壽命，實現(xiàn)燃汽輪機長久的運行。對于燃汽輪機部件壽命來說，需要在高溫高壓腐蝕介質(zhì)的殘酷條件下進行運作，因此對其承受的負載工作溫度以及介質(zhì)等因素的影響需要對部件的損傷進行分析，而目前針對高溫部件的損傷來說，主要分為以下三種：

2.1 疲勞損傷? 疲勞損傷是指在運行過程中出現(xiàn)的循環(huán)載荷積累下來的。一般情況下，對于高溫影響引發(fā)的熱疲勞，是熱部件長期地在高溫條件工作在啟停，變負載運行中磨損較多，一般都屬于低周期損傷。對于的周期損傷來說，在覆蓋周期〈105次，高周期則〉105次[2]。

2.2 蠕變損傷? 蠕變損傷是在1400攝氏度的條件下，燃氣熱機的熱部件的彈性性能會受溫度的影響，導致整體的塑變性增強。在整體的機器運作過程中，由于負載的快速轉(zhuǎn)動，導致產(chǎn)生的拉力使熱部件發(fā)生不可回彈的變形，在塑變的過程中超出了材料本身可以承受的形變范圍。因此對于熱部件來說變形是非常嚴重的，屬于巨大的損傷，對于蠕變損傷來說也是判定部件壽命的主要參數(shù)之一。

除此之外如果熱端部件的材料接觸溫度過高出現(xiàn)塑性變形，熱溫度達到一定的情況下，就會導致材料脆弱部位出現(xiàn)裂紋。出現(xiàn)裂紋在部件的運行中是不可避免的，因此對其壽命評估時需要針對裂紋出現(xiàn)的位置以及強度對部件進行分析，根據(jù)裂紋的發(fā)展速度，判斷裂紋是否可以修復，以此來保證熱端部件的使用壽命。這也是在進行燃機熱部件檢查與壽命評估時必備檢查內(nèi)容之一。

2.3 腐蝕損傷? 對于腐蝕損傷來說，主要因為在空氣中由于一定的濕度，以及在燃氣流等影響下，使得在部件進行工作中容易出現(xiàn)腐蝕情況[3]。腐蝕情況分為高溫腐蝕和低溫腐蝕。對于高溫來說，往往是在高溫區(qū)由于熱部件相應的保護層受到損害而影響熱端部件的工作運行，加大了整體的負荷，減少了其使用壽命。這也是在運行過程中常見的損傷方式。

3? 調(diào)整方向

如果熱部件出現(xiàn)異常損傷，會導致啟停，負荷快速變動，甩負荷，緊急停機等情況的發(fā)生[4]。在對其進行分析時，需要針對燃汽輪機每次正常啟動和停機時產(chǎn)生的溫度變化，從而判斷整體的加熱膨脹大冷卻縮減的周期。作為燃汽輪機來說，要經(jīng)常地進行啟動停機，因此需要對其部件的承受能力進行分析[5]。對熱端部件的材料疲勞以及應力集中部位產(chǎn)生的裂紋進行調(diào)查，從而也需要根據(jù)高溫環(huán)境下發(fā)生的材料蠕變進行數(shù)據(jù)分析。在對其發(fā)電模塊負載增大或縮減時，需要觀察負載的變化以及轉(zhuǎn)速的變化。在負載交大過程中需要對渦輪轉(zhuǎn)速進行分析，從而對超速現(xiàn)象進行把控，掌握熱部件的損傷程度[6]。對于溫度不均衡也會出現(xiàn)局部熱應力。在進行輸電的過程中，也需要根據(jù)內(nèi)部的原因?qū)Πl(fā)電機負載進行調(diào)整，以及加強緊急停機的處理。

4? 計算

4.1 計算? 在預熱部件的等效時間選擇需要根據(jù)壓氣機、熱通道、燃燒器以及透平等，針對檢修時間以及工藝進行要求，同時分析在運行狀況下機組的等效時間EOH和啟停次數(shù)。燃汽輪機在預估壽命時需要對運行的小時數(shù)，起停次數(shù)，負荷特點，燃料特性，水和蒸汽的噴射率等進行情況分析[7]。而這些都屬于影響熱部件使用的主要損傷因素，在對其調(diào)整的模式下，需要針對列出的情況對燃汽輪機壽命的極限進行探討。在對其壽命評估時，也需要將其換算成等效的運行時間，通過在正常的運行下對燃汽輪機的各項參數(shù)進行評估，從而給出計算公式[8]。

EOH= 實際運行時間 + 等效起停次數(shù) × 一次起跳等效運行時間

4.2 EOH的影響? 當前對燃料性能相同的情況下，對于燃汽輪機熱部件的評估來說，運作過程中的啟停次數(shù)和復合變化情況是影響EOH的重要因素，因此需要針對相應的啟停狀態(tài)，針對現(xiàn)有電網(wǎng)的任務進行燃汽輪機使用壽命的預估。通過對其負載方式運行進行分析，部件的維修的費用與年起停次數(shù)的關(guān)系成正比[9]。因此在進行熱部件的預估壽命時，需要根據(jù)負載的承受力以及運行方式，按照設計進行燃汽輪機的聯(lián)合循環(huán)。在加強對熱部件的檢測狀態(tài)的同時，也需要構(gòu)建相應的服務檢修體系，以此不斷的完善啟停間隔優(yōu)化，加強間隔的時間延長，有效的降低運行成本。這也是當前在對熱部件的使用壽命來說非常重要的發(fā)展方向[10]。

4.3 案例分析? 本文通過對我國LNG現(xiàn)場F級燃氣機進行案例分析，已分析當前的等效運行小時數(shù)，根據(jù)EOH計算，保證誤差小于5%。利用基礎參數(shù)等進行監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，從而為預估壽命提高可靠準確的方法。

通過對相應的機組參數(shù)集熱部件宿命進行調(diào)查，通過對信號傳感器以及采集模塊，分析模塊等進行評估[11]。通過信號傳感器對機組在整體的運行中的用電負荷等進行參數(shù)監(jiān)測，以此來確保信號的傳遞、轉(zhuǎn)換等。隨后保障數(shù)據(jù)采集單元傳送數(shù)據(jù)到分析系統(tǒng)進行分析。根據(jù)計算公式對其燃氣透平熱端部件的等效運行小時數(shù)進行計算，從而預估出剩余的壽命。具體案例參數(shù)見表1和表2。

5? 結(jié)語

通過對熱部件壽命損傷機理的建造，根據(jù)相應的影響因素以及壽命損耗模型，總結(jié)出了評估方法[12]。在計算系數(shù)的控制下，針對當前構(gòu)件損耗的模型對其監(jiān)測系統(tǒng)進行構(gòu)建，從而分析出監(jiān)測系統(tǒng)以及機組參數(shù)，可以有效的確保各部件的壽命評估。這對壽命監(jiān)測與分析來說是非常方便的，也可以為日后提供更多的參考。

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