吳玉進(jìn)

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第二工程有限公司，安徽 合肥 230000）

近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，我國(guó)對(duì)能源方面的需求也越來(lái)越大，由于我國(guó)石油、煤炭資源匱乏，在這種情況下，開始大力開發(fā)利用天然氣作為能源。而在使用天然氣方面，火力發(fā)電是一種非常經(jīng)濟(jì)、高效的發(fā)電方式。它以煤炭等燃燒過程中所釋放出來(lái)的熱能作為主要的動(dòng)力來(lái)源。燃機(jī)以其具有較高效率和安全性等優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用于火電廠中。在火電廠中，燃機(jī)機(jī)組是一個(gè)非常重要的組成部分，因?yàn)槿紮C(jī)機(jī)組設(shè)備由于長(zhǎng)期暴露在外界環(huán)境下很容易產(chǎn)生一些故障或問題。為了能夠?qū)θ紮C(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控與了解，需要采取一些措施對(duì)燃機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析，以此確定其運(yùn)行狀態(tài)是否正常。

1 火電廠燃機(jī)高溫部件的故障原因

1.1 燃機(jī)部件的熱疲勞

燃機(jī)部件的熱疲勞是指在運(yùn)行的過程中，燃機(jī)在不斷運(yùn)行，但是其內(nèi)部的高溫部件并沒有發(fā)生變化，隨著時(shí)間的推移，部件也會(huì)產(chǎn)生熱疲勞。如果部件中的某一部分發(fā)生了熱疲勞，該部位就會(huì)出現(xiàn)故障。燃機(jī)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，它涉及很多個(gè)零部件，所以在運(yùn)行過程中可能會(huì)產(chǎn)生故障。如果每個(gè)零部件都存在故障現(xiàn)象的話，那么整體系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)問題。從燃機(jī)的結(jié)構(gòu)上來(lái)講，它主要由燃料、空氣、燃?xì)獾冉M成，這和普通機(jī)械結(jié)構(gòu)有著很大的不同，因此在運(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)故障。燃機(jī)部件的熱疲勞主要與內(nèi)燃機(jī)工作過程相關(guān)，但其熱疲勞是無(wú)法避免的。燃?xì)鉁u輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要經(jīng)過起動(dòng)、加速、加載、停止等幾個(gè)階段。在此過程中，由于溫度的改變，會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)各部分造成不同程度的損傷，尤其是對(duì)高溫零件的使用，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)程序，以使其緩慢加熱或冷卻，以保護(hù)高溫零件。比如，燃?xì)廨啓C(jī)葉片也屬于高溫部件，因此在點(diǎn)火起動(dòng)和加載時(shí)，特別要注意到溫度的變化，由于葉緣受到進(jìn)口端的影響，使葉片的溫度迅速上升，而葉片的其他部分則會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，使葉片其他部分收縮，過快會(huì)造成葉片的損傷，而且在停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于熱應(yīng)力的作用，會(huì)造成葉片部件的損傷，從而使渦輪葉片開裂。

1.2 燃機(jī)部件的蠕變

蠕變是指在應(yīng)力的作用下，材料或構(gòu)件發(fā)生的塑性變形和斷裂，也稱為微觀應(yīng)變。在熱應(yīng)力作用下，材料的蠕變現(xiàn)象主要表現(xiàn)為疲勞、蠕變斷裂等，而在機(jī)械應(yīng)力作用下，材料的蠕變主要表現(xiàn)為塑性變形。當(dāng)金屬材料經(jīng)過一定時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象，也就是所說的蠕變，這種現(xiàn)象屬于一個(gè)逐漸積累過程。而在內(nèi)燃機(jī)高溫部件長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的過程中，高溫部件會(huì)緩慢地產(chǎn)生基體蠕動(dòng)。而且長(zhǎng)期在高溫下工作，會(huì)使基體組織的晶界變得更加脆弱，從而使其抗蠕變能力不斷減弱，最終產(chǎn)生塑性變形，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能造成嚴(yán)重的影響。

1.3 燃機(jī)部件的氧化和腐蝕

燃機(jī)高溫部件長(zhǎng)期運(yùn)行在高溫環(huán)境下，會(huì)對(duì)燃機(jī)高溫部件造成一定的氧化和腐蝕，導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)高溫部件的性能下降，產(chǎn)生故障，威脅火電廠的安全運(yùn)行。例如，在燃?xì)馊紵倪^程中，燃燒產(chǎn)生了大量的CO2,它在高壓下與空氣發(fā)生反應(yīng)生成了CO2氣體和水蒸氣等物質(zhì)。這些物質(zhì)都會(huì)對(duì)燃?xì)庹羝麢C(jī)組造成一定的影響。燃機(jī)內(nèi)部溫度一般都比較高，在這種環(huán)境下污染物很容易被氧化和腐蝕。并且燃機(jī)內(nèi)部是封閉的結(jié)構(gòu)，氧化和腐蝕會(huì)加速燃燒反應(yīng)進(jìn)程，使燃機(jī)無(wú)法正常工作，造成嚴(yán)重?fù)p失；另外，如果環(huán)境濕度過大、溫度過高等情況下也會(huì)產(chǎn)生氧化膜，進(jìn)一步對(duì)燃機(jī)高溫部件造成嚴(yán)重?fù)p傷。

2 火電廠燃機(jī)故障診斷方法

2.1 專家系統(tǒng)的診斷方法

在專家系統(tǒng)中，故障診斷主要是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)以及理論基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行，然后根據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行診斷。在這種情況下，專家系統(tǒng)要對(duì)實(shí)際操作過程中的設(shè)備的故障類型和原因進(jìn)行分析，然后根據(jù)收集的具體資料，確定具體的診斷方式。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)這種復(fù)雜的系統(tǒng)，其中涉及多種元件和多種現(xiàn)象，因此這種情況下專家系統(tǒng)必須要有良好的知識(shí)結(jié)構(gòu)，這樣才能在故障診斷時(shí)做出正確的判斷。在燃機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資料都是經(jīng)過專家系統(tǒng)處理后所得到的數(shù)據(jù)資料，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)資料來(lái)判斷是否存在相應(yīng)的問題以及可以采取哪些有效措施來(lái)解決該問題。

通常專家系統(tǒng)是由知識(shí)、模型、推理機(jī)制等部分組成的，同時(shí)在結(jié)構(gòu)方面還包括知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)。在專家系統(tǒng)中，有一項(xiàng)重要的技術(shù)就是推理機(jī)制，知識(shí)、模型和推理機(jī)制都是相互聯(lián)系的，其中知識(shí)可以分為兩種：一種是顯性知識(shí)，另一種則是隱性知識(shí)。在進(jìn)行故障診斷時(shí)通常會(huì)利用隱性知識(shí)和顯性知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)故障診斷。

根據(jù)不同的故障類型以及故障原因所表現(xiàn)出的不同癥狀來(lái)進(jìn)行分類，一般情況下，會(huì)把常見故障分為2大類：設(shè)備不能正常運(yùn)行、設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常現(xiàn)象。利用這三大類來(lái)進(jìn)行維修，同時(shí)還可以用大量的數(shù)據(jù)來(lái)判斷故障發(fā)生的原因。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法是一種黑箱方法，這種方法是用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行故障診斷，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要是由遺傳算法、模擬退火算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等這些方法組成的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法的特點(diǎn)可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：（1）網(wǎng)絡(luò)具有記憶功能，即網(wǎng)絡(luò)可以記憶一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生過的故障征兆；（2）通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，網(wǎng)絡(luò)具有良好的容錯(cuò)能力；（3）根據(jù)某一故障征兆是否發(fā)生來(lái)決定是否啟動(dòng)故障診斷程序；（4）在進(jìn)行故障診斷時(shí)，不需要復(fù)雜計(jì)算，只要給出該故障征兆與故障源之間的關(guān)系，然后根據(jù)其關(guān)系來(lái)確定具體的診斷方式和步驟；（5）可以對(duì)多種類型及程度和參數(shù)范圍進(jìn)行有效識(shí)別。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法具有學(xué)習(xí)能力，能夠自動(dòng)地從大量數(shù)據(jù)中獲取知識(shí)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力，即可以從已經(jīng)獲得的信息中提取有用的知識(shí)，而且還能夠自行訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)。在應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷時(shí)，根據(jù)燃機(jī)實(shí)際情況選取合適的參數(shù)作為輸入樣本，然后訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)從而獲得良好的效果。

在實(shí)際應(yīng)用中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，這一特點(diǎn)是它獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。并且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法還具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)能力以及聯(lián)想能力等優(yōu)點(diǎn)，其中聯(lián)想能力是它最大的特點(diǎn)。因此，它可以將提取的知識(shí)進(jìn)行有效利用，為故障診斷提供有利條件。

2.3 混合智能故障診斷方法

混合智能故障診斷方法是以上兩種方法的結(jié)合，是由上述兩種方法結(jié)合而成的一種新的故障診斷技術(shù)。這種診斷方法能夠?qū)＜医?jīng)驗(yàn)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，從而彌補(bǔ)了以上兩種方法各自存在的不足之處，同時(shí)還能充分利用專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合而得到的智能判斷，因此在判斷精度上也要比前兩種診斷技術(shù)更高。在實(shí)際工作中，火電廠燃機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，其故障特征與專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)相結(jié)合對(duì)故障進(jìn)行分析。這種方式不需要先了解故障發(fā)生前產(chǎn)生的情況，而是將已有的專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)合理利用到判斷過程中，通過綜合判斷來(lái)得出結(jié)論。

燃機(jī)故障的特點(diǎn)是具有復(fù)雜性、多樣性和不確定性等，這就要求診斷人員不僅要掌握大量的專業(yè)知識(shí)，還要具備較強(qiáng)的邏輯思維能力和創(chuàng)新思維。同時(shí)，由于診斷過程中具有一定的主觀性和不規(guī)范性，這就要求診斷人員必須對(duì)各種因素進(jìn)行綜合分析，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，并將分析結(jié)果用來(lái)指導(dǎo)燃機(jī)故障診斷工作。通過這種方式，可以有效減少人為因素干擾對(duì)診斷結(jié)果的影響，提高故障診斷的準(zhǔn)確性。例如，某火電廠燃機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，工作人員首先要對(duì)設(shè)備狀況進(jìn)行深入了解和掌握。隨后要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況制定出解決措施，并在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證是否有效。

3 燃機(jī)高溫部件的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)

3.1 內(nèi)窺鏡檢查

內(nèi)窺鏡是一種利用攝像頭進(jìn)行觀察的儀器，能夠直接觀察到內(nèi)部物體，并且通過對(duì)不同角度的光線進(jìn)行反射來(lái)觀察物體。內(nèi)窺鏡具有安全性能高、檢查速度快、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn)，因此在實(shí)際工作中得到了廣泛的應(yīng)用。通過使用內(nèi)窺鏡檢測(cè)燃機(jī)高溫部件，能夠準(zhǔn)確地判斷出高溫部件的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也能夠查看出高溫部件是否出現(xiàn)了磨損、裂紋等情況，從而有利于燃機(jī)工作效率的提高。內(nèi)窺鏡主要用于對(duì)燃機(jī)葉片及汽輪機(jī)進(jìn)行檢查以及維護(hù)中，其原理是將特殊設(shè)計(jì)的攝像鏡頭對(duì)葉片和汽輪機(jī)內(nèi)部進(jìn)行觀察，通過處理后輸出圖像并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，而后再依據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果，制定科學(xué)合理的檢修方案，并有針對(duì)性地進(jìn)行維修或更換新的設(shè)備。該方法可為燃機(jī)的檢測(cè)提供良好的基礎(chǔ)，并可減少檢驗(yàn)費(fèi)用。

3.2 在線運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)

燃機(jī)高溫部件的在線檢測(cè)主要是通過分析燃?xì)庵蟹稚⒍?、溫度以及振?dòng)等數(shù)據(jù)，從而了解部件的運(yùn)行情況。通過這種方式，能夠發(fā)現(xiàn)高溫部件的狀態(tài)是否存在問題。通過測(cè)量分散度能夠了解燃?xì)馐欠窬鶆虻厝紵?，并且?duì)火焰溫度以及燃?xì)馊紵臍怏w流量進(jìn)行測(cè)量，從而得知燃?xì)馐欠翊嬖诓痪鶆虻默F(xiàn)象，從而幫助我們更好地判斷燃?xì)馐欠翊嬖趩栴}。除此之外，對(duì)燃機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)燃料和燃燒室的位置關(guān)系，并且能夠了解整個(gè)燃機(jī)系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。通過這些方式可以發(fā)現(xiàn)高溫部件存在的問題，并且針對(duì)問題進(jìn)行維修或者是更換。

在檢測(cè)后，還需要對(duì)燃機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，從而判斷高溫部件是否存在問題。在線監(jiān)測(cè)設(shè)備主要是指在設(shè)備運(yùn)行的過程中，通過對(duì)高溫部件進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)，并且將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)上。在主機(jī)中對(duì)其進(jìn)行相關(guān)處理，這樣就可以進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，并且能夠保證數(shù)據(jù)都處于正常的狀態(tài)下。在檢測(cè)過程中需要對(duì)兩個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，首先，是要對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過這種方式可以了解燃?xì)馐欠袢紵浞?，如果沒有將燃?xì)馊紵耆蜁?huì)造成能源浪費(fèi)。另外則是要對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀況作出相應(yīng)的分析，這其中需要注意收集高溫部件和燃?xì)庀嚓P(guān)數(shù)據(jù)以及燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 金屬監(jiān)督

燃機(jī)高溫部件的金屬質(zhì)量監(jiān)測(cè)分為破壞性監(jiān)測(cè)及非破壞性監(jiān)測(cè)，破壞性監(jiān)測(cè)是指用肉眼或者紅外熱成像儀器進(jìn)行檢查，一般發(fā)生在高溫部件的表面缺陷及裂紋。根據(jù)金屬質(zhì)量監(jiān)測(cè)的部位及程度來(lái)確定其監(jiān)測(cè)的范圍，并且對(duì)需要進(jìn)行檢驗(yàn)的部位采取相應(yīng)的檢測(cè)手段，是保證檢驗(yàn)質(zhì)量和精度的必要手段。在一般情況下，對(duì)燃機(jī)部件表面缺陷和裂紋采用無(wú)損檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)有超聲波探傷、磁粉探傷、滲透熱處理等。無(wú)損檢測(cè)可以提高設(shè)備工作的可靠性和減少故障停機(jī)時(shí)間，滿足機(jī)組長(zhǎng)周期運(yùn)行和安全可靠運(yùn)行要求。其將能夠在產(chǎn)品缺陷的基礎(chǔ)上分析缺陷產(chǎn)生的原因，并且根據(jù)原因提出整改意見，使產(chǎn)品更加安全可靠。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)葉片的檢測(cè)方法有超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透熱處理等。超聲波檢測(cè)方法主要包括兩種：一種是穿透法，適用于缺陷不超過1mm 的零件；另一種是表面聲波技術(shù)，適用于缺陷較深的零件。磁粉探傷主要用于觀察局部腐蝕和夾雜等缺陷。滲透熱處理主要用于長(zhǎng)裂紋、內(nèi)部夾雜、表面裂紋及材料性能不均勻等情況的檢測(cè)。

燃?xì)廨啓C(jī)故障診斷系統(tǒng)是一套系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)燃機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，得出故障發(fā)生的原因和規(guī)律。燃?xì)廨啓C(jī)故障診斷系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它涉及各種學(xué)科技術(shù)知識(shí)，例如，信號(hào)采集和處理、統(tǒng)計(jì)分析及決策理論等。燃?xì)廨啓C(jī)故障診斷系統(tǒng)由許多傳感器、信號(hào)檢測(cè)、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。它為燃機(jī)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)為專家診斷系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)功能。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，火電廠燃機(jī)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到火電廠發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)效益的提高。由此可見，將有必要在了解燃機(jī)運(yùn)行過程中可能發(fā)生的故障原因和規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，對(duì)燃機(jī)機(jī)組運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。只有這樣，才能從根本上保障火電廠安全、高效地運(yùn)行。未來(lái)還需要進(jìn)一步完善燃機(jī)故障診斷技術(shù)以及對(duì)燃機(jī)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)的研究，從而為燃機(jī)在火電廠中得到更好的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。