一文了解 | 燃气轮机故障后性能监测和早期问题检测能降低故障成本

燃气轮机在能源工业中的应用

多年来，燃气轮机一直是能源行业的首选产品，在世界各地运行，为各种应用提供按需动力。

18世纪末和19世纪初的工业革命通过更快、更可靠的制造业生产，以及生活水平的提高，刺激了经济的快速增长。这些社会经济的进步得益于大量的电力供应，这些电力来自于储存在化石燃料中的化学能。

在当今社会，人们期望能源持续可用，以维持世界上大部分人口已经习惯的安全、舒适和便捷的生活。燃气轮机在实现这一期望方面继续发挥重要作用。在发电应用中，燃气轮机可以快速响应电网电力需求的变化。尽管这一直是一个重要因素，但在维持电网需求方面，它变得越来越重要，因为能源转型正在引领世界走向增加可再生能源，这是不规则和不可预测的。这可以从下面的图表中看到，该图表显示了燃气轮机在 2023 年单日对英国发电量的贡献水平变化。在石油和天然气领域，燃气轮机是提供电力的有吸引力的选择，因为它具有有利的功率密度，可以提供大量的电力。

2023年3月8日燃气轮机对英国发电的贡献

能源可用性带来的舒适、安全和便利使能源成为一种有价值的商品。设备的可靠性和可用性不仅对于满足能源需求很重要，而且对于产生收入也很重要。例如，石油平台上的单个燃气轮机通常每天可能生产2.5万桶石油，按目前的油价计算，这相当于200万英镑的收入。在发电应用中，大型燃气轮机通常可能产生300兆瓦的电力，按每兆瓦时200英镑的批发价计算，相当于每天140万英镑的收入。

如果发动机部件或系统发生故障，导致发动机无法使用，操作员不仅要面对设备维修的成本，还要面临停电期间的收入损失。燃气轮机性能监测是能够提供故障早期检测的几种工具之一，如果不加以解决，可能会升级为更大的故障，造成更高的维修成本和更高的不可用成本。

以下两个案例突出了燃气轮机出现问题以及通过及时维护和解决本可以获得的好处。

案例 1 – 燃气轮机在天然气生产中的运行

燃气轮机在处理和压缩天然气的设施中连续运行。使用一些已经实施的简单规则对燃气轮机发电容量进行监测，发电容量趋势呈现出功率突然下降的趋势。

对运行数据的进一步调查表明，发动机上的一个排放阀（根据设计只能在低功率或快速减速时打开）未能进入打开位置，导致观察到的发动机功率降低。这导致压缩机输送空气在相对于设计意图的更高温度、压力和流量下通过排气阀管道的情况。

在接到排气阀无法打开的通知后，发动机本可以在大约 8 小时内关闭并更换故障部件，现场有备件。然而，发动机并没有停止，而是继续在排气阀处于打开位置和高于正常排放阀关闭点的功率水平的情况下运行。这种情况持续了几天，导致钢管破裂。由于热压缩空气现在泄漏到包内，导致发动机控制系统命令紧急停止，这一破裂导致包温度超过停机限制。

管道中扩展裂缝的示例，类似于燃气轮机排气阀管道故障

该案例发生在一个发电高峰市场竞争的发电站中运行的燃气轮机上。与上一个案例一样，燃气轮机的功率容量正在受到监控，并显示出功率突然但很小的下降。

进一步的调查表明，除了功率小幅下降外，振动也有所增加，数据分析表明，其中一个涡轮机级的效率有所降低。使用管道镜在泊位上进行了检查，由于没有发现损坏，因此继续正常运行。尽管内镜检测在能够快速检测发动机的许多部件方面是一种有用的工具，但存在局限性，并且不是所有重要的发动机区域都可以使用这种方法。

四周后，功率发生了更大的降低，伴随着振动的显着增加。再次用管道镜检查发动机，这次发现发动机内部严重损坏。发动机被停止使用，送回车间进行全面维修。

压缩机叶片损坏示例。在此示例中，可以通过在首次检测到时进行干预来避免这种损害

总结

能源行业严重依赖燃气轮机来提供社会已经习惯的按需动力，并且在整个能源转型过程中，它们将继续在其应用中保持相关性。

新出现的故障可能会造成破坏，无论是在电力供应方面，还是对运营商的收入。此外，如果任由新出现的故障传播，维修成本可能会大幅增加。

数据分析可以提供一种识别故障发生情况的有用方法，如果行动足够迅速，可以减少与故障相关的潜在经济损失。故障后也可以进行数据分析，以确定发动机行为何时发生变化，发生了什么以及以什么顺序发送变化。这不仅有助于了解事故中发生了什么，而且还有助于培训操作人员，避免在其他装置上重复发生事故。

文章来源：LEXOLOGY