燃氣輪機在能源工業中的應用

多年來，燃氣輪機一直是能源行業的首選產品，在世界各地運行，為各種應用提供按需動力。

18世紀末和19世紀初的工業革命通過更快、更可靠的制造業生產，以及生活水平的提高，刺激了經濟的快速增長。這些社會經濟的進步得益于大量的電力供應，這些電力來自于儲存在化石燃料中的化學能。

在當今社會，人們期望能源持續可用，以維持世界上大部分人口已經習慣的安全、舒適和便捷的生活。燃氣輪機在實現這一期望方面繼續發揮重要作用。在發電應用中，燃氣輪機可以快速響應電網電力需求的變化。盡管這一直是一個重要因素，但在維持電網需求方面，它變得越來越重要，因為能源轉型正在引領世界走向增加可再生能源，這是不規則和不可預測的。這可以從下面的圖表中看到，該圖表顯示了燃氣輪機在 2023 年單日對英國發電量的貢獻水平變化。在石油和天然氣領域，燃氣輪機是提供電力的有吸引力的選擇，因為它具有有利的功率密度，可以提供大量的電力。

2023年3月8日燃氣輪機對英國發電的貢獻

能源可用性帶來的舒適、安全和便利使能源成為一種有價值的商品。設備的可靠性和可用性不僅對于滿足能源需求很重要，而且對于產生收入也很重要。例如，石油平臺上的單個燃氣輪機通常每天可能生產2.5萬桶石油，按目前的油價計算，這相當于200萬英鎊的收入。在發電應用中，大型燃氣輪機通常可能產生300兆瓦的電力，按每兆瓦時200英鎊的批發價計算，相當于每天140萬英鎊的收入。

如果發動機部件或系統發生故障，導致發動機無法使用，操作員不僅要面對設備維修的成本，還要面臨停電期間的收入損失。燃氣輪機性能監測是能夠提供故障早期檢測的幾種工具之一，如果不加以解決，可能會升級為更大的故障，造成更高的維修成本和更高的不可用成本。

以下兩個案例突出了燃氣輪機出現問題以及通過及時維護和解決本可以獲得的好處。

案例 1 – 燃氣輪機在天然氣生產中的運行

燃氣輪機在處理和壓縮天然氣的設施中連續運行。使用一些已經實施的簡單規則對燃氣輪機發電容量進行監測，發電容量趨勢呈現出功率突然下降的趨勢。

對運行數據的進一步調查表明，發動機上的一個排放閥（根據設計只能在低功率或快速減速時打開）未能進入打開位置，導致觀察到的發動機功率降低。這導致壓縮機輸送空氣在相對于設計意圖的更高溫度、壓力和流量下通過排氣閥管道的情況。

在接到排氣閥無法打開的通知后，發動機本可以在大約 8 小時內關閉并更換故障部件，現場有備件。然而，發動機并沒有停止，而是繼續在排氣閥處于打開位置和高于正常排放閥關閉點的功率水平的情況下運行。這種情況持續了幾天，導致鋼管破裂。由于熱壓縮空氣現在泄漏到包內，導致發動機控制系統命令緊急停止，這一破裂導致包溫度超過停機限制。

管道中擴展裂縫的示例，類似于燃氣輪機排氣閥管道故障

該案例發生在一個發電高峰市場競爭的發電站中運行的燃氣輪機上。與上一個案例一樣，燃氣輪機的功率容量正在受到監控，并顯示出功率突然但很小的下降。

進一步的調查表明，除了功率小幅下降外，振動也有所增加，數據分析表明，其中一個渦輪機級的效率有所降低。使用管道鏡在泊位上進行了檢查，由于沒有發現損壞，因此繼續正常運行。盡管內鏡檢測在能夠快速檢測發動機的許多部件方面是一種有用的工具，但存在局限性，并且不是所有重要的發動機區域都可以使用這種方法。

四周后，功率發生了更大的降低，伴隨著振動的顯著增加。再次用管道鏡檢查發動機，這次發現發動機內部嚴重損壞。發動機被停止使用，送回車間進行全面維修。

壓縮機葉片損壞示例。在此示例中，可以通過在首次檢測到時進行干預來避免這種損害

總結

能源行業嚴重依賴燃氣輪機來提供社會已經習慣的按需動力，并且在整個能源轉型過程中，它們將繼續在其應用中保持相關性。

新出現的故障可能會造成破壞，無論是在電力供應方面，還是對運營商的收入。此外，如果任由新出現的故障傳播，維修成本可能會大幅增加。

數據分析可以提供一種識別故障發生情況的有用方法，如果行動足夠迅速，可以減少與故障相關的潛在經濟損失。故障后也可以進行數據分析，以確定發動機行為何時發生變化，發生了什么以及以什么順序發送變化。這不僅有助于了解事故中發生了什么，而且還有助于培訓操作人員，避免在其他裝置上重復發生事故。

文章來源：LEXOLOGY