張 錦

（中海石油（中國(guó)）有限公司 海南分公司陵-崖城作業(yè)公司，海南海口 570311）

某平臺(tái)的4臺(tái)索拉燃?xì)廨啓C(jī)，在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)20 000 h以后，經(jīng)常出現(xiàn)進(jìn)氣導(dǎo)葉卡死情況。進(jìn)氣導(dǎo)葉卡死需要及時(shí)有效處理，否則可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。該平臺(tái)索拉燃?xì)廨啓C(jī)曾出現(xiàn)過進(jìn)氣導(dǎo)葉卡死導(dǎo)致的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)故障，由于缺少相關(guān)檢修程序和專用工具，不得不從美國(guó)廠家請(qǐng)來服務(wù)工程師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)大修，承擔(dān)了高昂的修理服務(wù)費(fèi)用。相關(guān)技術(shù)人員基于燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和對(duì)廠家保養(yǎng)資料的研究和分析，設(shè)計(jì)了一套切實(shí)可行的檢修程序和工具，并應(yīng)用在了進(jìn)氣導(dǎo)葉卡死故障的檢修中，取得了良好的應(yīng)用效果，避免了類似的情況發(fā)生。

1 燃?xì)廨啓C(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死原因分析

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死和進(jìn)氣空氣質(zhì)量有著直接的關(guān)聯(lián)［1］。對(duì)該平臺(tái)周圍環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行24 h無(wú)間斷的靜態(tài)專用設(shè)備測(cè)量，得到1 m3空氣中不同尺寸顆粒的個(gè)數(shù)和總質(zhì)量數(shù)據(jù)，見表1。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)繪制進(jìn)氣空氣中不同粒徑微粒的質(zhì)量分布曲線，見圖1。

圖1 1 m3進(jìn)氣空氣中不同粒徑微粒質(zhì)量數(shù)分布曲線

表1 1m3燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣空氣微粒測(cè)量數(shù)據(jù)

從圖1可以看出，微粒直徑大于10 μm的顆粒占大多數(shù)，這種尺寸的顆粒對(duì)設(shè)備影響最大。在平臺(tái)建設(shè)初期，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，還發(fā)現(xiàn)在75%的污染物中含有氯離子和硫離子，而目前的平臺(tái)過濾器還無(wú)法去除氯離子和硫離子。據(jù)此初步推斷，導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)卡死的直接原因是微粒直徑大于10μm的顆粒，海洋空氣環(huán)境中存在的氯離子、硫離子以及水汽聚集引起導(dǎo)葉根部和旋轉(zhuǎn)孔銹蝕。

對(duì)初步推斷的幾個(gè)原因進(jìn)行驗(yàn)證。目前平臺(tái)上使用的過濾器還不具備去除氯離子、硫離子和空氣中的水蒸氣的技術(shù)能力，因此可以肯定這些離子和水汽都進(jìn)入了燃?xì)廨啓C(jī)。此外，應(yīng)用熱成像技術(shù)對(duì)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉進(jìn)行檢測(cè)，得到的影像也進(jìn)一步驗(yàn)證了可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)孔生銹（圖2）和葉根異物沉積（圖3）的推斷。

圖2 導(dǎo)葉根部旋轉(zhuǎn)孔生銹情況

圖3 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉根部異物沉積情況

2 燃?xì)廨啓C(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死前期征兆及后果

根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組運(yùn)行累積的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了燃?xì)廨啓C(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死的數(shù)條前兆，包括①機(jī)組啟動(dòng)困難。②機(jī)組加速失敗。③機(jī)組啟動(dòng)過程中出現(xiàn)喘振。④機(jī)組停機(jī)過程中出現(xiàn)喘振。⑤PCD（燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)出口壓力）降低。⑥PCD波動(dòng)。⑦機(jī)組出力降低。⑧機(jī)組振動(dòng)（1號(hào)軸承和2號(hào)軸承的徑向振幅增加）。如果可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死，機(jī)組在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，容易導(dǎo)致葉片斷裂［2］。

燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行過程中，可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死導(dǎo)致的最多故障是機(jī)組不能打開到設(shè)定位置，從而導(dǎo)致機(jī)組性能下降。比較嚴(yán)重的后果是設(shè)備零部件的損傷，海上某平臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死曾導(dǎo)致透平在運(yùn)轉(zhuǎn)期間第0級(jí)底部的一個(gè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉斷裂（圖4）。

圖4 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉葉片斷裂情況

3 廠家可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉保養(yǎng)方法分析［3-8］

在海洋環(huán)境中，燃?xì)廨啓C(jī)的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死是一種常見的設(shè)備故障，因此廠家設(shè)定了專門的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉保養(yǎng)規(guī)范。廠家規(guī)范里面的保養(yǎng)僅僅限于對(duì)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉外部和相關(guān)的連接結(jié)構(gòu)的目視檢查，或者是通過在可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉外部噴射除銹劑（圖5），或者在機(jī)組盤車的情況下從進(jìn)氣蝸殼人孔處向壓氣機(jī)內(nèi)部噴射廠家指定的除銹劑（圖 6）。

圖5 向?qū)~根部噴射除銹劑工作圖

圖6 通過人孔向壓氣機(jī)噴射除銹劑工作圖

向壓氣機(jī)里面噴射除銹劑或從外部向可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉根部噴射除銹劑，對(duì)于新機(jī)組來說效果是比較明顯的，但是對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間數(shù)超過20 000 h的機(jī)組來說效果明顯降低很多。目視檢查可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的連接機(jī)構(gòu)，如果發(fā)現(xiàn)彎曲（圖7）或者斷裂（圖8），則說明該導(dǎo)葉已經(jīng)存在卡死現(xiàn)象。如果按照廠家規(guī)范的話，現(xiàn)場(chǎng)將無(wú)法對(duì)卡死變形的導(dǎo)葉進(jìn)行修復(fù)，只能等廠家工程師到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行大修，這將耗費(fèi)大量人力和物力［9］。

圖7 導(dǎo)葉移動(dòng)圈變形

圖8 導(dǎo)葉不銹鋼銹鋼連接片斷裂

4 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉保養(yǎng)方法和專用工具設(shè)計(jì)應(yīng)用及評(píng)價(jià)

4.1 工作原理及故障特點(diǎn)

在燃?xì)廨啓C(jī)裝置中采用可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉作為壓氣機(jī)的防喘措施,是目前廣泛采用的方法［10］。與單純的放氣防喘措施相比,可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉具有能擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)許用功率范圍、提高低工況經(jīng)濟(jì)性、改善發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)加速性能及改善機(jī)組工作條件等優(yōu)點(diǎn)。海上平臺(tái)上使用的燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定性和性能調(diào)節(jié)能力要求尤其高,因此可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)正常工作起著至關(guān)重要的作用［11］。

可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉通過內(nèi)軸套、外軸套分別固定在壓氣機(jī)的外機(jī)殼、內(nèi)機(jī)殼上，通過移動(dòng)鋼圈帶動(dòng)傳動(dòng)鋼片，再帶動(dòng)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)［12］（圖 9）。以往發(fā)生導(dǎo)葉卡死情況時(shí)，卡死的導(dǎo)葉多集中在壓氣機(jī)底部，每級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死的葉片數(shù)大概在1～3個(gè)?？梢酝ㄟ^單獨(dú)脫開傳動(dòng)鋼片和活動(dòng)鋼圈螺栓，再推動(dòng)活動(dòng)鋼圈確定具體卡死葉片［13］。

圖9 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)

4.2 檢查和處理程序

根據(jù)工作原理提出的導(dǎo)葉卡死恢復(fù)方法［14］為，在出現(xiàn)任何一種卡死前兆時(shí)，按照如下步驟檢查并處理發(fā)現(xiàn)的燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死故障，①拆除壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的活動(dòng)板。②檢查每一級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉移動(dòng)圈的機(jī)械連桿是否有彎曲變形，檢查定位油漆是否脫落。③檢查每一級(jí)、每一個(gè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的不銹鋼連接片是否有彎曲變形現(xiàn)象。④檢查不銹鋼連接片和移動(dòng)圈之間的橡膠墊是否脫離了正常位置。⑤檢查每一個(gè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的根部銹蝕情況，對(duì)壓氣機(jī)底部導(dǎo)葉的檢查要格外細(xì)致。⑥如果發(fā)現(xiàn)明顯銹跡，或者有連接片變形情況，需要將可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉移動(dòng)圈的機(jī)械連桿拆開，用手逐一推動(dòng)移動(dòng)圈，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)感覺該級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。⑦如果感覺吃力，就脫開連接片和移動(dòng)鋼圈，繼續(xù)活動(dòng)，確定該級(jí)具體卡死葉片，然后進(jìn)行更進(jìn)一步處理［15］。

4.3 專用工具設(shè)計(jì)及應(yīng)用

壓氣機(jī)的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉各級(jí)之間的安裝是呈魚鱗狀的［16］，除第0級(jí)之外，每級(jí)之間都有重疊現(xiàn)象（圖10）發(fā)生。因此就導(dǎo)致常規(guī)的工具不能抵達(dá)葉片根部對(duì)葉片進(jìn)行活動(dòng)。

圖10 壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉各級(jí)間重疊

通過現(xiàn)場(chǎng)尺寸和角度測(cè)量，根據(jù)每級(jí)葉片的特殊性，設(shè)計(jì)出了專門用來活動(dòng)各級(jí)卡死導(dǎo)葉的專用工具（圖11）。該工具為Z字形，開口部分可以直接卡住葉片的根部，并且手柄部位遠(yuǎn)離可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，工作人員有充分的空間（圖12）來活動(dòng)卡死的葉片，從而徹底解決了由于空間原因?qū)е聼o(wú)法活動(dòng)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的問題。

圖11 活動(dòng)卡死導(dǎo)葉專用工具實(shí)物圖

圖12 使用專用工具工作現(xiàn)場(chǎng)

海上平臺(tái)索拉Mars100機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過20 000 h之后，機(jī)組性能明顯有下降［17］。每次停機(jī)水洗前，對(duì)壓縮機(jī)的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有多級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉存在卡死現(xiàn)象。在使用廠家推薦的保養(yǎng)方法后，卡死現(xiàn)象不能消除，透平性能無(wú)法有效恢復(fù)。在使用優(yōu)化后的保養(yǎng)方法和特制工具后，各級(jí)卡死的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉明顯恢復(fù)到正常狀態(tài)，并且機(jī)組的性能有明顯的提高（圖13）。

圖13 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉常規(guī)保養(yǎng)后和優(yōu)化保養(yǎng)后PCD變化

索拉透平壓氣機(jī)出口壓力PCD變化是衡量機(jī)組效率的關(guān)鍵指標(biāo)［18］，由于燃?xì)廨啓C(jī)的PCD是一個(gè)與眾多因素有關(guān)的參數(shù)，如果將每個(gè)影響的參數(shù)都考慮進(jìn)去，那么將是一個(gè)比較復(fù)雜的工作，但是如果只進(jìn)行一個(gè)定性的分析，那么只要在相同工況下進(jìn)行比較，就可對(duì)PCD變化進(jìn)行直觀上的判斷，例如，在燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)端達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的百分比NGP=100%和燃?xì)廨啓C(jī)輸出端達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的百分比NPT=100%的情況向取得，去除其他因素可近似認(rèn)為兩個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)該機(jī)組的工況是相同的。

通過常規(guī)保養(yǎng)后和優(yōu)化保養(yǎng)后PCD變化比較可以看出，在對(duì)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉進(jìn)行優(yōu)化的保養(yǎng)后，機(jī)組的性能有明顯的提升。在一個(gè)保養(yǎng)周期內(nèi)，隨著機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，PCD有下降趨勢(shì)［19］，但是同樣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間后，可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉優(yōu)化保養(yǎng)后的性能還是要優(yōu)于常規(guī)的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉保養(yǎng)。

4.4 經(jīng)濟(jì)效益

2017年某平臺(tái)的一臺(tái)索拉機(jī)發(fā)現(xiàn)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死，導(dǎo)致機(jī)組性能下降。在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的連接片形變。跟廠家溝通之后，要求現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行大修，對(duì)卡死的葉片進(jìn)行更換。現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉工作原理，設(shè)計(jì)出的該套特有的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死恢復(fù)程序和工具，徹底解決了可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死問題，為公司節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備大修費(fèi)用約65萬(wàn)元。在此期間，另一臺(tái)機(jī)組處于故障不可用狀態(tài)。如果現(xiàn)場(chǎng)大修可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死機(jī)組，則至少需要6 d的維修周期，那么該平臺(tái)將會(huì)有6 d的時(shí)間沒有產(chǎn)量輸出，按當(dāng)時(shí)銷售氣量和氣價(jià)統(tǒng)計(jì)會(huì)產(chǎn)生約2 400萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)損失。由于采用本方法和工具無(wú)需大修，在2017年一年避免生產(chǎn)損失和節(jié)省設(shè)備維修費(fèi)用約2 500萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

索拉燃?xì)廨啓C(jī)卡死的可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉性能恢復(fù)方法和工具，是在對(duì)索拉燃?xì)廨啓C(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的工作原理的充分理解和分析的基礎(chǔ)上提出的，具有一定的科學(xué)性，能徹底解決索拉燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的卡死問題［20］。工具加工簡(jiǎn)單，程序操作簡(jiǎn)單，能很好地在索拉機(jī)組上應(yīng)用。同時(shí)也突破了索拉燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉卡死只能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)大修才能解決的壟斷局面，本方法和工具可操作性強(qiáng)，具有很好的推廣意義，同樣適合其它平臺(tái)的索拉機(jī)組。