Опыт сервисного обслуживания энергетических газотурбинных установок в Республике Беларусь

Д.В. Лабкович — руководитель группы новой техники ПРМ ОАО «Белэнергоремналадка», г. Минск

Журнал «Новости теплоснабжения». 2014. №04 (164)

В современных условиях ограниченности и очень высокой стоимости энергоносителей необходимость модернизации и реконструкции существующих генерирующих мощностей с внедрением газотурбинных технологий ни у кого не вызывает сомнений, т.к. экономичность энергоблоков при внедрении ГТУ существенно увеличивается. По разным причинам в энергосистеме Республики Беларусь и других постсоветских государств массовое внедрение ГТУ началось совсем недавно (приблизительно 5 лет назад), в то время как в странах Европы, в США, Японии развитие газотурбинного направления шло параллельно с паровыми турбинами, и на сегодняшний день в этих странах опыт их эксплуатации и сервисного обслуживания насчитывает 40-50 лет.

После ввода оборудования ГТУ в эксплуатацию перед владельцем оборудования в кратчайшие сроки встает вопрос сервисного обслуживания. Для такого высокотехнологичного оборудования, как современные ГТУ компании-производители предъявляют очень жесткие требования по соблюдению обязательного регламентного обслуживания, чтобы гарантировать его надежную работу. Несмотря на то, что сегодня в энергосистеме Республики эксплуатируются энергетические ГТУ различных производителей (GE, Alstom, Mitsubishi, Siemens, возможно появление других); различных поколений, классов; с различиями в конструкциях камер сгорания, горелок, систем защиты ротора и статора турбин от перегрева — средний срок между чередующимися инспекциями равен 8000-12000 EOH (эквивалентных часов эксплуатации). Т.о. при нормальной эксплуатации ГТУ один раз в год-полтора для любой модели ГТУ проводится инспекция.

По периодичности и объемам работ инспекции (ремонты) делятся на следующие виды.

A-Инспекция — инспекция частей камеры сгорания. Оценка общего состояния частей камеры сгорания, тракта горячих газов, входа компрессора и лопаток компрессора без разборки турбины с применением специальной техоснастки (бороскопа — в связи с эти инспекция А в инструкциях называется бороскопическая). Определение фактического объема работ для последующей В или С-инспекции. Проведение минимальных рекалибровок и регулировок при необходимости. Получение отчета о состоянии двигателя, включающего рекомендации по дальнейшей эксплуатации и обслуживанию.

При бороскопической инспекции нет необходимости в разборке блока (возможно только вскрытие части камеры сгорания). Визуальный доступ к лопаточному аппарату осуществляется через лючки для бороскопа в корпусе, а для лопаток впускного направляющего аппарата и последних ступеней турбины доступ осуществляется обычно через лазы в корпусе воздухозаборника и выхлопного диффузора соответственно.

В-инспекция — (инспекция тракта горячих газов и камеры сгорания) — для разных моделей ГТУ включает разный объем. Может включать такой же тип проверок как и А-инспекция, но в несколько большем объеме (т.е. можно обойтись только бороскопом). Для других моделей может, согласно регламенту, быть запланирована замена некоторых частей горячего тракта и камеры сгорания. В любом случае объем работ и необходимость замены частей уточняется при проведении инспекции.

С-инспекция — (главная инспекция) включает в себя полную разборку и ревизию турбины, включая компрессор. Включает проверки всех внутренних вращающихся и неподвижных компонентов, а также защитного, контрольного и оборудования для мониторинга газотурбинного блока. Основные части после разборки проходят визуальный, при необходимости, контроль неразрушающими методами. Проводятся запланированные работы по замене и восстановлению частей (часть из которых определяется в процессе проведения визуальных инспекций типа А и В, часть по регламенту). Время простоя при проведении инспекции С может оказаться больше планового, но этот риск может быть уменьшен при проведении надлежащего планирования.

Важность качественного и своевременного ремонта все прекрасно понимают. Стоит обратить внимание на тот факт, что для ГТУ упомянутая ранее жесткость требований производителей к соблюдению регламентного обслуживания обусловлена тем, что точный ресурс безаварийной работы самых ответственных узлов (таких как части камер сгорания, лопаточный аппарат турбин ГТУ, части термобарьерных элементов и покрытий) на сегодняшний день не поддается расчету. (Все математические модели, используемые при конструировании данных узлов ГТУ имеют очень большое количество допусков).

Рис. 2. Осмотр бороскопом горелочной камеры GT13E2 (МТЭЦ-3).

Поэтому, например, если производитель требует замену лопатки 1-ой ступени через 40000 часов, то это значит, что она должна быть заменена даже при отсутствии критических дефектов, поскольку развитие в ней имеющихся повреждений и поведение материала при дальнейшей эксплуатации не поддается моделированию и может быть разрешено только на страх и риск владельца.

На всех без исключения ГТУ эксплуатируемых в Республике Беларусь, в разной степени отсутствует достаточный объем технологической документации и специальной оснастки, необходимой для того, чтобы полностью, не обращаясь к заводам-изготовителям, выполнить весь типовой объем работ инспекций ГТУ. Особенно это характерно для объектов, эксплуатирующих ГТУ Siemens, поскольку данная компания-производитель более других стремится монополизировать рынок сервисного обслуживания своего оборудования. В интересах владельцев оборудования не быть настолько сильно зависимыми от заводов-изготовителей в столь важном вопросе, как ремонт основного оборудования. В связи с чем рекомендуется на правах покупателей потребовать от поставщиков ГТУ обеспечить всем необходимым комплектом документации и специальной оснастки, чтобы, при необходимости выполнения ремонтных работ, иметь право выбирать тех, кто будет помогать выполнять эти работы, а при желании выполнить их и самостоятельно, как например при ремонте эксплуатируемых паровых турбин. На сегодняшний день у большинства владельцев ГТУ этот выбор существенно ограничен.

Рис. 3. Измерение зазоров 1-й ступени компрессора через ВНА. Alstrom GT13E2 (МТЭЦ-3).

Полный комплект ремонтной документации на ГТУ должен, кроме прочего, включать:

■   подробное описание технологической последовательности и требований к выполнению необходимых работ при выполнении плановых инспекций, предусмотренных регламентом завода-изготовителя, с указанием инструментов и приспособлений, необходимых для конкретных этапов ремонтных работ и измерений (тех. процесс, ТИ);

■   критерии оценки ресурса всех узлов и деталей ГТУ, а также их состояния и пригодности к эксплуатации (критерии дефектовки, ТУ);

■   поузловые и сборочные чертежи узлов и частей ГТУ, а также сложных сборных приспособлений для ремонта;

■   полный комплект формуляров измерений, которые должны производиться при плановых регламентных инспекциях ГТУ (А, В, С и проч.) с описанием всех технических требований завода-изготовителя к измеряемым параметрам;

■   перечни необходимых инструментов, приспособлений, расходных материалов, необходимых для выполнения работ по плановому сервисному обслуживанию, которые должны быть подробными (без использования понятия «комплект», либо с подробными описаниями указанных «комплектов»). Они должны содержать информацию, позволяющую однозначно идентифицировать указанные в перечнях позиции (рыночное наименование, краткие технические характеристики, компанию-изготовитель инструмента или материала);

■   перечни узлов и деталей, которые должны быть планово заменены при сервисном обслуживании, а также перечни з/ч, рекомендуемых к постоянному наличию при эксплуатации.

Рис. 4. Установка ротора ГТУ Alstrom GT13E2 (МТЭЦ-2).

Возвращаясь к возможным дефектам частей ГТУ и их устранению, отметим, что основные причины возникновения дефектов в частях ГТУ следующие: высокотемпературная коррозия, разрушения из-за вибрации, термические деформации, механический и эрозионный износ. Характер повреждений, вызываемых указанными причинами, в большинстве случаев позволяет обнаружить их только методами неразрушающего контроля, а устранить — сваркой. Более подробно о некоторых возможных повреждениях частей ГТУ:

■   трещина в направляющем аппарате турбины (рис. 5) — растрескивание вызвано термическими циклами «нагрев-остывание». Размер трещины превышает допустимые пределы, и данный сегмент должен быть заменен в ближайшее время, независимо от сроков плановой инспекции. Данный дефект может быть устранен посредством выборки трещины, последующей сварки, механической и термической обработки и нанесением термобарьерного покрытия на заключительном этапе. В последующем отремонтированный сегмент может быть использован для замены аналогичного поврежденного;

Рис. 5. Трещина в направляющем аппарате турбины.

■   повреждения выходной кромки лопатки компрессора (рис. 6) — часто встречается на рабочих лопатках первых ступеней компрессоров ГТУ. Причиной появления подобных «забоин» является попадание в проточную часть посторонних предметов. Конкретные повреждения не превышают допустимые пределы и могут быть устранены при ближайшей плановой инспекции ручной механической обработкой;

Рис. 6. Повреждения выходной кромки лопатки компрессора.

■   повреждение лопаток 1-й ступени турбины (рис. 7) — состояние рабочих лопаток на снимке характерно для большинства рабочих лопаток 1-ых ступеней тракта горячих газов ГТУ, отработавших до очередной С-инспекции, и подлежащих замене. Данное состояние соответствует нормальному износу и вызвано совокупным воздействием указанных выше причин;

Рис. 7. Повреждение лопаток 1-й ступени турбины (эрозионный износ входной кромки).

■   повреждения жаровых труб (рис. 8) — приведенные повреждения (оплавление, деформация) патрубков жаровых труб в зоне соединения с трубками перекрестного розжига свидетельствуют о превышении допустимых температур дымовых газов в данной зоне. Причины могут быть различные, но при обнаружении подобных дефектов, они должны быть установлены и устранены в ближайшее время. Конкретное повреждение находится в допустимых пределах и может быть устранено;

Рис. 8. Повреждения «жаровых» труб. Износ и деформации.

■  загрязнение и эрозия лопаток 1-ой ступени компрессора (рис. 9) — состояние рабочих лопаток на снимке характерно для большинства рабочих лопаток 1-ых ступеней компрессоров ГТУ отработавших до очередной С,D-инспекции.

Конкретные загрязнения оцениваются как значительные, удаляются при проведении инспекции вручную неабразивным материалом. Подобный уровень загрязнения свидетельствует о неудовлетворительной работе систем КВОУ.

Рис. 9. Загрязнение и эрозия лопаток 1-ой ступени компрессора.

Сегодня энергосистема несет существенные валютные затраты из-за сервисного обслуживания ГТУ с использованием услуг зарубежных компаний. Так стоимость услуг специалистов заводов-изготовителей и крупных зарубежных сервисных компаний составляет в среднем 1500-2000 долл. США за день работы. Вместе с тем, необходимо отметить, что затраты на ремонтное обслуживание газотурбинного оборудования состоят из двух основных составляющих: затрат на приобретение запасных частей и расходных материалов и оплаты услуг ремонтно-технических специалистов. Стоимость запасных частей составляет порядка 80-90% от стоимости всех затрат на ремонтно-эксплуатационное обслуживание. При этом для обеспечения надежной работы высокотехнологичного оборудования, которым является газовая турбина, и гарантированного соответствия всех ее характеристик заявленным заводом-изготовителем при поставке, требуется приобретать только оригинальные запасные части у заводов- изготовителей данного оборудования.

Сдерживающим фактором в развитии сервисного обслуживания газовых турбин является отсутствие в отрасли единой политики, направленной на достижение озвученной выше общей цели. Нет единой позиции в отношении вопроса организации сервисного обслуживания ГТУ. Каждый владелец оборудования решает вопрос его сервисного обслуживания самостоятельно, порой способами, позволяющими выполнить только краткосрочные задачи в ущерб долгосрочной выгоде.