整机丨中船703所：某型燃气轮机故障分析与可靠性运行维护策略研究
某型燃气轮机在长期的运行过程中，出现过多种类型的故障，如燃气温度测量故障等。运行期间出现的故障往往迫使燃气轮机降负荷，甚至停机。本文对多台燃气轮机长时间运行过程中出现的故障进行统计、分类并分析，对其进行针对性的研究，总结有效的排查方法，当故障发生时可快速有效排除故障，恢复燃气轮机运行。统计分析某型燃气轮机长时间运行期间出现的故障，找出多次造成运行故障的问题部件，通过提高问题部件的可靠性来减少故障的发生，是解决问题的思路。有些故障可以通过日常维护保养来避免发生。本文基于对某型燃气轮机发生故障的统计分析，提出了一些举措，旨在为燃气轮机稳定运行提供建议。
1 运行故障分析
某型燃气轮机在某一稳定工况运行时，控制系统突发“燃气温度故障性偏差”报警，数据如图1所示。ET04燃气温度出现测量波动，其余热电偶数值稳定不变。这表明燃烧可能存在不均匀的情况，随后立即降负荷停机。机组冷却后，对该热电偶进行拆检，发现热电偶端子接线处接线断裂。此次故障迫使机组停机，加上后续处理，耗时近3 h。
图1 ET04燃气温度故障图
某型燃气轮机投运以来，已有1台燃气轮机运行了6 500 h，有20台机组运行了1 000 h，各机组分别出现了不同的故障，基于已运行的故障情况进行分析，如下所述。
1.1 某台燃气轮机故障分析
某台燃气轮机在连续6 500 h运行期间，出现的故障数量如图2所示。运行过程中，出现了燃油雾化空气电磁阀故障、启动油路电磁阀故障等，这些故障迫使机组停机。故障统计如表1所示。
图2 不同时间故障数量分布图
表1 燃气轮机故障统计表
统计显示，该台燃气轮机累计出现过3起转速测量故障、6起各类电磁阀故障，同时还有1起压力开关故障及1起燃气温度测量故障，主要故障分类图如图3所示。以上故障发生时，均迫使机组在运行期间降负荷或停机。
通过图3可看出，在1台燃气轮机长时间运行过程中，基本发生4类故障，且不同种类的故障概率不同。
图3 故障类型分布图
1.2 20台燃气轮机故障分析
以20台燃气轮机为研究对象，发现该型燃气轮机故障发生率符合故障盆骨曲线。以每台机组运行1 000 h为标准，对20台机组运行期间发生的故障进行总和统计及故障影响分析(Failure Mode and Effects Analysis，FMEA)，如表2所示。
表2 20台燃气轮机故障统计
(续表2)
其中故障失效概率等级定义及故障后果等级定义[1]如表3、表4所示。
表3 故障失效概率等级
表4 故障后果等级
如表2所示，20台燃气轮机在运行过程中出现的故障，均为机组外部零部件及附属系统故障，这些故障对燃气轮机的安全稳定运行均产生一定的影响，有些故障会迫使机组降负荷甚至停机。对重复率比较高的单点故障进行研究，可以减少该类故障。同时应制定合理的维护策略，降低故障率以扩大故障发生的间隔时间(Mean Time Between Failure，MTBF)，降低故障失效概率的等级。
2 运行可靠性维护策略研究
从表2中可看出该型燃气轮机故障的发生类别及发生的概率。对某台机组6 500 h及其他20台该型机组前1 000 h出现的故障进行综合分析，分析发生故障的特点及形式，并采取一定的措施进行维护，可保证机组的稳定运行。
应进行故障排除方法研究。对统计结果中发生概率较大的故障，应根据其特点，结合机组运行检查要求，进行针对性的定期预防性维护。对单点故障率较高的部件进行优化改进及改型，加强零部件可靠性研究，可以提高部件可靠性，降低故障率。
2.1 故障排查方法研究
为维护燃气轮机的安全稳定运行，系统设有降负荷、停机等多项保护。燃气轮机各子系统包含的零部件和信号线路较多，任何一个零部件或接线端子出现故障，均会给燃气轮机稳定运行带来影响。
当故障发生时，应快速定位故障，有效排故，减少排故时间，使燃气轮机快速恢复运行。应依据控制原理、运行原理进行故障排查，从不同的故障现象中总结出不同系统不同部件的问题。
当故障发生时，应按照故障各系统设置、控制原理，对故障现象进行详尽的记录，对可能的诱因进行分析，依据典型案例和排故经验，分析故障现象与诱因之间潜在的联系，判断故障点并排除故障。
针对燃气轮机不同的类型的典型故障，文献[2-5]对案例进行了排故分析和详细的阐述，为有效排除故障提出了建设性的方案。
2.2 预防性维护介绍
20台机组运行期间出现的故障分析如表2所示。通过加强检查及有效维护，有些故障是可以避免的，因此以故障统计为基础对机组进行针对性的维护，主要为预防性维护[6-7]。
根据20台机组运行期间出现的易发故障及影响较严重的故障进行针对性维护，综合考虑故障发生的概率及危害性，同时考虑维护的可行性、耗时性、经济性来建立预防性维护体系，定期检查维护。主要采用日维护、月维护、年维护及长期停放时的维护保养等措施。
对维护方便、故障发生概率较高的故障点，结合故障危害性要素进行定期日维护，主要包括：(1)对各信号器与信号线路连接插头、振动线缆、转速传感器接线情况进行状态检查确认；(2)对进气道、排气道、机组本体进行外观检查；(3)对滑油箱液位及滑油系统附属管路系统进行油循环检查，对滑油冷却器冷却水系统进行检查；(4)对燃油系统油路循环漏油情况进行检查；(5)压缩空气系统检查；(6)对低压放气阀阀体动作性能进行检查；(7)对燃气温度、滑油温度进行测量，对滑油温度调节系统进行检查。
对维护耗时、故障发生可能性较小的故障点，结合运行检查要素进行定期月维护，主要包括电气设备及控制系统最重要元件的检查以及燃油调节器检查方面的工作：(1)检查清洗燃油泵油滤、燃油调节器及压力升高限制器内的节流组件；(2)检查清洗启动燃油节流器，防止泄流道阻塞；(3)检查滑油系统金属屑信号器污染情况；(4)对各电磁阀、截止阀进行静态调试，检查工作情况，如有冷却空气截止阀卡滞现象，应每月定期进行润滑处理，对低压放气阀卡滞问题，应每月进行拆检清理；(5)检查清洗机组各轴承滑油系统入口滑油油滤情况；(6)检查外设传动箱里的滑油液位；(7)检查燃气轮机控制系统各部件的紧固情况及信号显示情况；(8)对箱装体进气室清洁度进行检查；(9)当燃气轮机停运一周时，应完成一次慢车工况运行，进行一次养护。
对维护极耗时、故障极少可能发生的故障点，结合大修时间段进行年定期维护工作，包括：(1)化验循环油箱油品质，必要时更换滑油；(2)查看并清洗油路中的滑油油滤，根据运行参数情况对滑油油滤进行更换；(3)清理和清洗滑油分离油箱；(4)检查点火喷油嘴的雾化情况；(5)检查和清洗进口导叶控制系统的空气冷却和净化组件；(6)查看启动电机工作状态，并进行内部电路检查；(7)检查机组点火系统；(8)检查所有接线盒内端子触点和电气设备固定的可靠性；(9)检查机组与底架间的柔性支撑及底架减振器状态；(10)使用孔探仪查看发动机通流部分情况。
严格按照维护规范对各系统进行检查后，完成相应记录，实现可追踪、可追溯。
2.3 针对性的改进及可靠性测试
对图3及表2中出现的单点故障较多的零部件进行针对性的改进，并进行可靠性测试，提高零部件的可靠性。
目前主要改进工作及其效果如下：
1)对内部线路出现断路或感应电势较小问题的转速传感器进行改进，改进后的传感器已在多台机组投运，并累计运行达2万h，未出现故障。
2)对容易被流质颗粒物卡滞的机械式燃油调节系统进行改进，采用数字式燃油调节器，可以实现燃气温度及大气温度对燃油量的补偿，不再需要人为调整燃油。目前多台机组使用数字式燃油调节器，已完成4 000余次启动，未出现故障。
3)进行了控制逻辑方面的相关改进，杜绝了因转速测量故障、温度测量故障等信号测量不准确引起的降负荷及停机故障。
同时开展针对各执行机构、各电磁阀、截止阀工作稳定性情况的可靠性试验，对影响可靠性的部件进行改进，使其稳定运行。
3 结论
本文从某型燃气轮机长期运行情况出发，对该型某台机组6 500 h及其他20台该型机组前1 000 h出现的故障进行了故障影响分析。为降低故障率，减少停机及降负荷，维护燃气轮机的稳定运行，提出了该型机组的可靠性运行维护策略，主要包括3方面：
1)通过故障排查方法研究，可以在故障发生时高效排除故障，快速恢复工作；
2)针对故障特点，对机组进行定期维护，主要包括定期日维护、定期月维护、定期年维护等维护事项；
3)对易出现故障的部件，可采取改进结构、升级控制逻辑等一系列措施，提高运行可靠性，降低故障率。
本文基于运行故障的燃气轮机维护策略研究对燃气轮机的安全稳定运行具有建设性意义。
