侯大立,周書仲（中國石油西氣東輸管道公司,上海　200122）

壓氣站燃氣輪機驅(qū)動機組滑油系統(tǒng)維護策略研究

侯大立,周書仲
（中國石油西氣東輸管道公司,上海200122）

摘要：燃氣輪機驅(qū)動壓縮機組是西氣東輸管線的關(guān)鍵設(shè)備，燃氣輪機是一種葉輪高速旋轉(zhuǎn)的動力機械，各種軸承、傳動裝置及其附屬設(shè)備離不開潤滑油的作用，其滑油系統(tǒng)對機組的可靠性有著至關(guān)重要的影響。分析研究歷史故障數(shù)據(jù)對設(shè)備的更換與維護有著重要的參考指導(dǎo)意義。本文對某壓氣站燃氣輪機滑油系統(tǒng)2009-2011三年的備件使用情況進行了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)過濾器濾芯的損壞與折舊是滑油系統(tǒng)的主要故障模式。基于濾芯被更換時的使用時間，并根據(jù)Weibull分布開發(fā)了濾芯壽命模型，最終為滑油系統(tǒng)的維護策略制定提供依據(jù)，從而優(yōu)化滑油系統(tǒng)維護策略，降低了維護成本和工作量。

關(guān)鍵詞：燃氣輪機；滑油系統(tǒng)；濾芯；壽命模型；Weibull分布

1　引言

西氣東輸項目西起塔里木盆地的輪南，東至上海，是目前我國距離最長、口徑最大、壓力最高、輸量最大、投資最高的輸氣管道，供氣范圍覆蓋中原、華東、長江三角洲地區(qū)。輸運過程中長輸管道中的天然氣壓力會持續(xù)下降，因此長距離輸氣管道普遍采用壓縮機增壓輸送。燃氣輪機驅(qū)動壓縮機組是西氣東輸壓氣站重要的增壓方式之一。

燃氣輪機是一種葉輪高速旋轉(zhuǎn)的動力機械，各種軸承、傳動裝置及其附屬設(shè)備離不開潤滑油的作用，滑油系統(tǒng)的功能是：為燃氣輪機和發(fā)電機的軸承、透平輔助齒輪箱提供數(shù)量充足、溫度和壓力適當、清潔的潤滑油，以減少摩擦磨損。通過對2009-2011三年備件使用情況的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)行的維護工作中，滑油系統(tǒng)維護的工作量占很大的比重，“檢修不足”和“檢修過?！钡那闆r時有發(fā)生，探索滑油系統(tǒng)合理的維護策略，減少維修成本與工作量十分重要。

經(jīng)過統(tǒng)計滑油系統(tǒng)的故障庫，發(fā)現(xiàn)合成油與礦物油濾芯的更換占據(jù)了備件使用情況的60%以上。于是針對現(xiàn)有的濾芯故障壽命數(shù)據(jù)，基于Weibull分布建立了濾芯剩余壽命模型。以計算結(jié)果為依據(jù)，對濾芯更換提出了相關(guān)維護建議。

2　滑油系統(tǒng)的組成及歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2.1滑油系統(tǒng)簡介

燃氣輪機驅(qū)動壓縮機組的滑油系統(tǒng)由兩部分組成：其一是用于潤滑燃氣發(fā)生器的合成油系統(tǒng)。其二是用于潤滑高速大功率渦輪和壓縮機的礦物油系統(tǒng)。

合成潤滑油系統(tǒng)用于潤滑和冷卻氣體發(fā)生器轉(zhuǎn)子軸承，機油箱和附屬齒輪箱。一部分潤滑油用于變量幾何執(zhí)行機構(gòu)。合成油控制臺安在燃氣輪機底座上?？刂婆_主要組成如下：雙重過濾器(FL1-1;FL1-2)安裝在氣體發(fā)生器潤滑油供應(yīng)裝置上；雙重過濾器(FL2-1;FL2-2)安裝在通往油箱的管線上；溫度控制閥(TCV)安裝在通往油箱的管線上；減壓閥(PSV)安裝在泵回油輸送管線上；電加熱器(23QT-1)；多個壓力傳送器。礦物潤滑油系統(tǒng)與合成潤滑油系統(tǒng)的組成相似。

2.2滑油系統(tǒng)的歷史故障數(shù)據(jù)

滑油系統(tǒng)中的固體微粒主要來源于：（1）礦物油、合成油的分解后的產(chǎn)物；（2）外部進入的污染物；（3）來自系統(tǒng)內(nèi)部。油路系統(tǒng)中的油管線內(nèi)壁、主油泵等部件處都會產(chǎn)生鐵屑雜質(zhì)，這些雜質(zhì)隨著潤滑油的循環(huán)。

以上固體顆粒流通到上油線的過濾網(wǎng)處時，較大的雜質(zhì)顆粒就會被過濾網(wǎng)攔截下，附著于過濾網(wǎng)上，使得過濾網(wǎng)的流通面積逐漸減小，對潤滑油起到了截流作用，導(dǎo)致潤滑系統(tǒng)上油量不足。隨著雜質(zhì)在濾網(wǎng)上的積累，濾芯前后的壓差不斷增加，當濾芯前后累積壓差達到一定值，這時需要對濾芯進行清理或更換?；拖到y(tǒng)最主要的故障來自過濾器濾芯的損壞與折舊。

2.3濾芯的備件使用情況

參照近三年來滑油系統(tǒng)的備品備件使用情況，發(fā)現(xiàn)滑油系統(tǒng)的故障主要集中在過濾器濾芯的破損與折舊。濾芯的更換時間對預(yù)測濾芯壽命有重要意義，通過Weibull分布的分析，基于歷史數(shù)據(jù)可以找到濾芯一系列的壽命參數(shù)。三年的時間內(nèi)，可以預(yù)知的合成油濾芯的使用時間。

3　滑油系統(tǒng)過濾器濾芯壽命分析模型

3.1剩余壽命模型

（1）Weibull分布簡介。Weibull分布是由瑞典科學家Waloddi Weibull所提出，現(xiàn)已成為可靠性系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的連續(xù)性分布之一。許多工程技術(shù)上的相關(guān)問題可以依據(jù)基于Weibull分布的的計算來解決。然而，Weibull分布的運用有一定的難度，不同于正態(tài)分布等常見分布，它是一類比較復(fù)雜的分布，是指數(shù)分布的推廣，但相比于指數(shù)分布，Weibull分布有著更為廣闊的應(yīng)用，主要應(yīng)用于電子元件、金屬材料的疲勞壽命的研究。

3.2模型計算結(jié)果

針對合成油系統(tǒng)濾芯的計算，由合成油濾芯故障庫可推斷的累計工作時間為別為2275、3836、3887、3841小時,共4個。此外，參考2009-2011年備件使用情況，濾芯在這三年中有5次在4K保養(yǎng)中使用的記錄，25次在8K保養(yǎng)中使用的記錄，設(shè)定以上運行的數(shù)據(jù)分別為4000小時、8000小時，以上歷史運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來預(yù)測濾芯的壽命參數(shù)。

通過濾芯剩余壽命數(shù)學模型的運算，可以發(fā)現(xiàn)合成油濾芯的可靠性隨時間的變化趨勢：濾芯前4000小時可以平穩(wěn)運行，性能可靠；5500小時左右時間開始可靠性出現(xiàn)明顯下降；6500小時左右故障率出現(xiàn)明顯上升。

現(xiàn)按照現(xiàn)行的維護手段，4000小時或者8000小時的維修策略顯然不太合適，因此建議設(shè)定適當?shù)膱缶颠M行基于狀態(tài)的維修，根據(jù)運行經(jīng)驗建議將合成油濾芯壓差警戒值定為138kpa。

4　結(jié)論

西氣東輸長輸管道至今已運行多年，累計的故障歷史數(shù)據(jù)也不斷增加。從而為基于歷史數(shù)據(jù)的研究提供了好的基礎(chǔ)。本文針對燃氣輪機滑油系統(tǒng)的歷史運行數(shù)據(jù)，進行了深入的統(tǒng)計與研究，并最終得出如下結(jié)論。

（1）從大量的故障數(shù)據(jù)中歸納總結(jié)出滑油系統(tǒng)的主要故障模式為濾芯的破損與折舊；

（2）基于歷史數(shù)據(jù)，通過Weibull分布計算剩余壽命，獲得濾芯可靠性與累計故障的關(guān)系；

（3）根據(jù)歷史運行數(shù)據(jù)進行趨勢分析和預(yù)測，隨著工作時間累積延長，濾芯壓差的變大，會出現(xiàn)一個更換濾芯的壓差警戒值。因此建議根據(jù)合理的壓差警戒值，將濾芯由傳統(tǒng)的定期維護策略改為視情維修。