燃氣輪機氣路故障診斷技術探討

徐東磊

（大唐佛山熱電有限責任公司，廣東 佛山 528500）

燃氣輪機具有體積小、開啟速度快、運行穩(wěn)定性強及效率高等顯著優(yōu)點，同時其運行過程還不會對社會大眾的居住環(huán)境產生太大影響，因此，在我國的工業(yè)、交通運輸業(yè)、船舶動力和天然氣等領域和行業(yè)中都得到了廣泛應用。然而，燃氣輪機在運行過程中還是會受到很多外界因素的干擾，并且設備又長期處于高壓和高溫的環(huán)境中，一點點的風險隱患和因素都可能導致氣路故障問題的出現(xiàn)，并直接影響設備的整體運行效率，那么相關人員就必須及時且有效地檢查燃氣輪機的汽輪故障，盡早發(fā)現(xiàn)并采取有針對性的預防和診斷技術，將故障問題快速解決，保證燃氣輪機的穩(wěn)定、高效運行。

1 燃氣輪機技術概述

燃氣輪機在我國的發(fā)展已有多年歷史，設備整體運行過程具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，同時能夠產生較大的熱效率，在其生產實踐中只會產生少量的廢氣污染物，對社會大眾的工作生活環(huán)境不會產生太大影響，這些顯著的應用優(yōu)勢便使其成為我國能源產業(yè)和電力產業(yè)相關部門的核心電力設備，如果燃氣輪機在運行中出現(xiàn)了故障問題，那么整個系統(tǒng)甚至是整個企業(yè)就都可能無法正常運行，企業(yè)的運行效率和生產效益都會受到影響。針對燃氣輪機生產運行中易出現(xiàn)的氣路故障，相關行業(yè)和企業(yè)現(xiàn)階段也加大了研發(fā)力度，旨在研發(fā)出一種更具創(chuàng)新性的故障預防和診斷技術，及時發(fā)現(xiàn)并有效解決燃氣輪機的故障隱患，動態(tài)地監(jiān)控燃氣輪機運行的全過程，保證其實際的運行效果和安全系數，也能夠進一步降低燃氣輪機的整體維修和養(yǎng)護成本，對整個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產生積極作用。

由于燃氣輪機通常都是在高溫和高壓環(huán)境下運轉的，在此過程中如果還要承受較大的負荷，那么要想保證燃氣輪機在運行質量和使用性能方面長時間維持原來的狀態(tài)根本就是不可能的，其運行過程中也不可避免會出現(xiàn)一些安全隱患和故障問題，并體現(xiàn)在葉片和燃燒室等結構中。從現(xiàn)階段的實際情況來看，工作人員可以采用多種技術診斷燃氣輪機的氣路故障，隨著我國科學技術的不斷進步和發(fā)展，氣路故障的診斷技術也正向著系統(tǒng)化和智能化的方向發(fā)展，因此，負責維修工作的人員就應全面了解各類先進技術并將其科學運用。一旦燃氣輪機發(fā)生了運行故障，其運行狀態(tài)下的各類參數指標就一定會發(fā)生變化，雖然不同氣路故障的具體表現(xiàn)有所區(qū)別，但結果卻都是導致燃氣輪機的性能參數發(fā)生變化。在對此類問題進行深入的分析和研究后，筆者認為外界環(huán)境和燃料類型等因素都會影響燃氣輪機熱通路的運行狀態(tài)，并導致相關氣路部件無法正常使用。燃氣輪機可能在陸地上工作，也可能在水中的船舶里使用，陸地上的燃氣輪機易出現(xiàn)結垢問題，而水中的燃氣輪機在油煙、海水鹽分和水霧等因素的影響下則會出現(xiàn)熱通路部件的冷熱兩端同時出現(xiàn)腐蝕損壞的問題。

2 燃氣輪機的常見氣路故障

外界很多因素都會影響燃氣輪機的正常運轉，對這些風險因素稍有處理不當就可能導致燃氣輪機出現(xiàn)氣路故障問題，不但會影響設備的使用性能，還會給企業(yè)帶來一定的經濟損失，因此，企業(yè)應指派專業(yè)的維修養(yǎng)護人員負責監(jiān)督和管控燃氣輪機的運行狀態(tài)，發(fā)生故障時應對其立即進行診斷并采取有效的整改措施，將損失降到最低。

2.1 壓氣機葉片積垢

在燃氣輪機的實際運行過程中，其最容易出現(xiàn)的一類氣路故障便是葉片積垢問題，通過對燃氣輪機的具體運行原理進行分析可知，每千瓦燃氣輪機如果要保證24 h穩(wěn)定運行就必須吸入大概0.5 t左右的空氣，并會有一些微粒雜質隨著空氣進入燃氣輪機中，即使企業(yè)會針對這種情況采取相應的處理措施，也無法將微粒雜質完全隔離出去，微粒雜質進入燃氣輪機的內部后通常都會附著在葉片的表面，當這些微粒雜質積聚一段時間后便會在葉片表面形成較大面積的沉積物，如果沒有及時清理這些沉積物便會出現(xiàn)積垢，隨著燃氣輪機的持續(xù)運行，積垢會不斷增多，并直接影響燃氣輪機的實際運行性能。

2.2 壓氣機葉片磨損和腐蝕

當燃氣輪機運行時，如果有固體顆?；蚴躯}分存在于空氣中，那么這些物質就可能磨損甚至是腐蝕燃氣輪機葉片的表面，不但會在葉片表面形成劃痕，還會進一步增加葉片表面的粗糙程度。如果沒有及時處理這一問題，會對葉片表面的整體氣動性能產生不利影響，加大其阻力系數，一旦壓氣機葉片出現(xiàn)了磨損和腐蝕等問題后，通流的面積和流量都會越來越大。

2.3 壓氣機葉片機械損傷和噴嘴腐蝕

隨著燃氣輪機的不斷運行，其流道內表面一定會受到燃氣輪機自身出現(xiàn)脫落現(xiàn)象的部件或是液體燃料中存在的顆粒等物體的不斷撞擊，其中如果是燃氣輪機內部有部件出現(xiàn)了脫落并撞擊了葉片，這屬于自身物件損傷，而如果是液體燃料中的顆粒撞擊了流道內表面，這便是外來物損傷，會直接影響燃氣輪機的實際運行情況。在其運行過程中，隨著燃油的不斷燃燒一定會釋放出硫化氫等具有一定腐蝕性的氣體，而機組內部又有著較高溫度，這些腐蝕性氣體在進入到渦輪內部后還會發(fā)生相應的化學反應，腐蝕渦輪的噴嘴，并增加了渦輪的流道面積和流量，從而導致氣路故障問題的出現(xiàn)。那么企業(yè)就應安排專業(yè)的維修人員及時處理這類故障問題，否則問題便會進一步擴大，不但會影響燃氣輪機的使用性能，還降低其使用壽命。

3 燃氣輪機氣路故障的診斷思路及預防

3.1 燃氣輪機氣路故障的診斷思路

針對燃氣輪機運行過程中易出現(xiàn)的幾種典型氣路故障，企業(yè)應安排專業(yè)的維修人員對其進行診斷和維修，根據設備運行的實際情況確定相應的診斷思路，從而順利地完成診斷任務。應全面考慮到燃氣輪機可能出現(xiàn)的各種工作狀態(tài)，將故障狀態(tài)和正常狀態(tài)全部納入其中，并以此為基礎構建出相應的狀態(tài)空間，在這一空間中所有的特征參數便組成了一個特征空間。燃氣輪機運行狀態(tài)下到達某一個運行狀態(tài)后便能夠確定其狀態(tài)特征。如果兩者存在著一對一的映射關系，那么便可以以特征征兆為基礎確定系統(tǒng)的運行狀態(tài)。診斷燃氣輪機氣路故障的具體思路為在充分考慮到燃氣設備各類可測量參數具體變化情況的基礎上對系統(tǒng)進行合理判斷，明確系統(tǒng)的實際運行情況，找到其映射條件。在設備的運行過程中，存在的某一個物理問題實際上就是特征狀態(tài)空間中的一個具體狀態(tài)，而其對應的具體特征則是實際可測量參數的變化情況。

3.2 燃氣輪機氣路故障的預防

為保證燃氣輪機的高效、穩(wěn)定運行，對其運行中出現(xiàn)的氣路故障問題進行有效診斷和解決是十分重要的，同樣還應做好其預防工作。企業(yè)針對燃氣輪機的運行狀態(tài)應制定科學的維修養(yǎng)護計劃，每隔一段時間就應主動檢查燃氣輪機的運行狀況，在全面把握燃氣輪機使用功能和性質特點的基礎上總結出每一種氣路故障的具體表現(xiàn)，并結合以往的工作經驗落實好維護養(yǎng)護制度中的相關內容。同時操作人員在運轉燃氣輪機時還應嚴格遵循相應的規(guī)范制度和操作流程，設備運行時應合理設置其操作流程，明確設備的運行和維修標準，制定完善的燃氣輪機等設備的使用規(guī)范，根據不同的故障問題制定相應的檢查維修方法，為其安全、穩(wěn)定的運行提供重要的技術保證，盡可能降低燃氣輪機發(fā)生氣路故障問題的概率。另外，企業(yè)還應及時總結燃氣輪機的運行規(guī)律，根據其具體的流程內容進行使用，平時工作狀態(tài)下對其進行動態(tài)的監(jiān)督和管理，定期或不定期地檢查設備的使用性能，發(fā)現(xiàn)異常情況時應停止設備運行并進行及時處理，從源頭上預防氣路故障問題。

4 燃氣輪機氣路故障的常用診斷技術

要想有效解決燃氣輪機運行過程中常常出現(xiàn)的幾種氣路故障，切實提升燃氣輪機運行的可靠性和穩(wěn)定性，那么企業(yè)就應對燃氣輪機進行及時的維修和養(yǎng)護，結合實際發(fā)生的氣路故障問題深入地查找其出現(xiàn)原因，并采取科學合理的故障診斷技術，盡可能將氣路故障問題帶來的不利影響降到最低，降低企業(yè)的不必要經濟損失，通常可以采用以下4種氣路故障診斷技術。

4.1 神經網絡診斷技術

為了更好地解決燃氣輪機常出現(xiàn)的汽輪故障問題，并從根源上提升其運行性能，那么便可以科學合理地運用神經網絡診斷技術，保證燃氣輪機運行的安全性和穩(wěn)定性。使用該診斷技術時應先從映射的層面上深入研究和分析當前階段燃氣輪機的運行狀況，明確目前機組內部是否存在著故障問題。判斷時應重點映射導致汽輪故障問題出現(xiàn)的各類風險因素和源頭，提升神經網絡診斷系統(tǒng)的記憶和聯(lián)想能力，保證對氣路故障的實際診斷效果。當然神經網絡診斷技術也是存在著一些漏洞問題的，如對燃氣輪機氣路故障進行診斷時，采用神經網絡診斷技術并不能準確發(fā)現(xiàn)機組內部的潛在風險隱患，也無法對故障問題進行完整描述，以黑箱子的形式來診斷燃氣輪機的氣路故障，雖也能取得不錯的診斷效果，但整體效率還是偏低的。另外，采用神經網絡診斷技術時對操作人員還有著較高的技術要求，由于企業(yè)內部這方面的專業(yè)技術人員并不多，那么就應對相關人員進行及時有效的培訓，有針對性地提升其診斷能力和綜合技術水平，并要求能夠熟練地使用神經網絡診斷技術。目前，那些未參加培訓的故障診斷人員大多是憑借以往的經驗進行診斷，不能夠合理運用這一診斷技術，實際的診斷結果也容易出現(xiàn)錯誤。因此，企業(yè)要想采用神經網絡診斷技術改善并解決燃氣輪機易出現(xiàn)的汽輪故障問題，那么就必須加大投入培養(yǎng)更多的專業(yè)人員，從而穩(wěn)定開展相應的診斷活動。

4.2 專家系統(tǒng)診斷技術

初期對燃氣輪機出現(xiàn)的氣路故障問題進行診斷時還可以合理運用專家系統(tǒng)診斷技術，從而大幅度地提升實際的診斷效率。采用專家系統(tǒng)診斷技術時應嚴格遵循相應的技術規(guī)則和流程規(guī)范，在具體的診斷活動中專家系統(tǒng)應能夠深入研究并科學總結燃氣輪機的氣路故障情況，得到相應的規(guī)則，明確氣路故障的征兆與故障問題之間的密切關系。診斷機組的氣路故障時，如果能夠科學、高效地運用專家系統(tǒng)診斷技術，整個操作過程將會變得更為簡單，且能夠將氣路故障問題更加形象地展示出來，利用現(xiàn)有的知識體系便能夠讓操作人員快速理解該技術的作用原理，當實際處理氣路故障問題時便能夠結合其形成原因制定有針對性的解決措施，專家系統(tǒng)診斷技術并不需要太大的數據儲存空間，編程過程也相對容易。同樣使用這一方法時也有著一些缺點，利用專家系統(tǒng)中的理論知識并不能完整解釋燃氣輪機可能出現(xiàn)的所有汽輪故障問題，而專業(yè)人員要想準確地判斷各類氣路故障，其也必須具備完善的知識體系作為支撐和保障。采用該方法診斷氣路故障時并不能明確故障發(fā)生的具體位置，特別是面對新出現(xiàn)的氣路故障問題，由于缺乏以往的診斷經驗，在知識庫中也沒有儲備與該故障問題相匹配的技術規(guī)則，即使診斷人員具備較強的專業(yè)能力和豐富的診斷經驗，通常也不能迅速地確定故障發(fā)生的具體位置，實際工作中易出現(xiàn)診斷錯誤或是偏差的情況，并且很難及時恢復設備的使用狀態(tài)。

4.3 紅外診斷技術

當燃氣輪機出現(xiàn)葉片積垢、葉片磨損和腐蝕等氣路故障問題時，其便會大幅度提升燃氣輪機內部的工作溫度，并會降低燃氣輪機的整體運行效率，為有效診斷并改善這類氣路故障問題還可以采用紅外測溫診斷技術。其技術原理為在溫度不斷變化的情況下對其進行動態(tài)的實時傳送，那么工作人員就能夠全面掌握燃氣輪機的具體運行情況，了解燃氣輪機內部都有哪些部位的溫度發(fā)生了較大變化，從而準確地診斷出氣路故障發(fā)生的具體位置，保證工作人員能夠迅速、有效地解決故障問題并將設備的運行性能恢復到最佳狀態(tài)。

4.4 無損耗故障診斷技術

無損耗故障診斷技術在燃氣輪機氣路故障診斷和改善中的應用十分普遍，其能夠幫助企業(yè)維修人員準確、高效地開展相關診斷工作，采用該技術時不會對燃氣輪機的內部設備產生損壞，借助先進的檢測設備和技術能夠及時發(fā)現(xiàn)設備表面是否存在問題和缺陷，一旦發(fā)現(xiàn)問題和缺陷便能夠快速反應并進行有效診斷。目前行業(yè)中常用的無損耗故障診斷技術主要有外滲透檢測技術、超聲波檢測技術和磁粉深入檢測技術等幾種，其在專業(yè)檢測設備的支持下能夠及時發(fā)現(xiàn)燃氣輪機內外部的問題和缺陷，同時還能夠與微波檢測方法、射線檢測方法和中子檢測方法等技術方法結合使用，從而更加精準地找到設備內部的實際缺陷情況。無損耗故障診斷技術的應用性較強，在燃氣輪機的故障診斷工作中有著良好的應用價值，設備運行過程中面對著復雜多變的工作環(huán)境，并且會產生各種類型的運行故障，該技術能夠在深入分析故障類型的基礎上制定有針對性的改善對策。另外，無損耗故障診斷技術還具有較高的工作效率，幫助企業(yè)維修人員在短時間內找到氣路故障的發(fā)生位置及可能帶來的不利影響，面對不同類型的故障問題也能夠及時查明其出現(xiàn)的原因，借助專業(yè)的診斷技術快速、有效地完成故障診斷工作。

5 結束語

通過以上的論述，本文對燃氣輪機技術概述、燃氣輪機的常見氣路故障現(xiàn)象、燃氣輪機氣路故障的診斷思路及預防燃氣輪機氣路故障的常用診斷技術4個方面內容進行了詳細的分析和探討。燃氣輪機在我國的工業(yè)、交通運輸業(yè)和天然氣等眾多領域和行業(yè)中都是一種常見的動力設備，發(fā)揮著重要作用，因此，面對其運行過程中易出現(xiàn)的幾種典型氣路故障，應安排專業(yè)人員采取有效的故障診斷技術，對故障與問題全面排查、深入分析并迅速解決，對設備進行及時的維修和養(yǎng)護，保證燃氣輪機運行的穩(wěn)定性和可靠性，提升企業(yè)的整體生產效益。