压气站燃气轮机驱动机组滑油系统维护策略研究

摘 要：燃气轮机驱动压缩机组是西气东输管线的关键设备，燃气轮机是一种叶轮高速旋转的动力机械，各种轴承、传动装置及其附属设备离不开润滑油的作用，其滑油系统对机组的可靠性有着至关重要的影响。分析研究历史故障数据对设备的更换与维护有着重要的参考指导意义。本文对某压气站燃气轮机滑油系统2009-2011三年的备件使用情况进行了统计分析，发现过滤器滤芯的损坏与折旧是滑油系统的主要故障模式。基于滤芯被更换时的使用时间，并根据Weibull分布开发了滤芯寿命模型，最终为滑油系统的维护策略制定提供依据，从而优化滑油系统维护策略，降低了维护成本和工作量。

关键词：燃气轮机；滑油系统；滤芯；寿命模型；Weibull分布

1 引言

西气东输项目西起塔里木盆地的轮南，东至上海，是目前我国距离最长、口径最大、压力最高、输量最大、投资最高的输气管道，供气范围覆盖中原、华东、长江三角洲地区。输运过程中长输管道中的天然气压力会持续下降，因此长距离输气管道普遍采用压缩机增压输送。燃气轮机驱动压缩机组是西气东输压气站重要的增压方式之一。

燃气轮机是一种叶轮高速旋转的动力机械，各种轴承、传动装置及其附属设备离不开润滑油的作用，滑油系统的功能是：为燃气轮机和发电机的轴承、透平辅助齿轮箱提供数量充足、温度和压力适当、清洁的润滑油，以减少摩擦磨损。通过对2009-2011三年备件使用情况的统计，发现在现行的维护工作中，滑油系统维护的工作量占很大的比重，“检修不足”和“检修过剩”的情况时有发生，探索滑油系统合理的维护策略，减少维修成本与工作量十分重要。

经过统计滑油系统的故障库，发现合成油与矿物油滤芯的更换占据了备件使用情况的60%以上。于是针对现有的滤芯故障寿命数据，基于Weibull分布建立了滤芯剩余寿命模型。以计算结果为依据，对滤芯更换提出了相关维护建议。

2 滑油系统的组成及历史数据统计

2.1 滑油系统简介

燃气轮机驱动压缩机组的滑油系统由两部分组成：其一是用于润滑燃气发生器的合成油系统。其二是用于润滑高速大功率涡轮和压缩机的矿物油系统。

合成润滑油系统用于润滑和冷却气体发生器转子轴承，机油箱和附属齿轮箱。一部分润滑油用于变量几何执行机构。合成油控制台安在燃气轮机底座上。控制台主要组成如下：双重过滤器 （FL1-1； FL1-2） 安装在气体发生器润滑油供应装置上；双重过滤器 （FL2-1；FL2-2） 安装在通往油箱的管线上；温度控制阀 （TCV）安装在通往油箱的管线上；减压阀（PSV） 安装在泵回油输送管线上；电加热器 （23QT-1）；多个压力传送器。矿物润滑油系统与合成润滑油系统的组成相似。

2.2 滑油系统的历史故障数据

滑油系统中的固体微粒主要来源于：（1）矿物油、合成油的分解后的产物；（2）外部进入的污染物；（3）来自系统内部。油路系统中的油管线内壁、主油泵等部件处都会产生铁屑杂质，这些杂质随着润滑油的循环。

以上固体颗粒流通到上油线的过滤网处时，较大的杂质颗粒就会被过滤网拦截下，附着于过滤网上，使得过滤网的流通面积逐渐减小，对润滑油起到了截流作用，导致润滑系统上油量不足。随着杂质在滤网上的积累，滤芯前后的压差不断增加，当滤芯前后累积压差达到一定值，这时需要对滤芯进行清理或更换。滑油系统最主要的故障来自过滤器滤芯的损坏与折旧。

2.3 滤芯的备件使用情况

参照近三年来滑油系统的备品备件使用情况，发现滑油系统的故障主要集中在过滤器滤芯的破损与折旧。滤芯的更换时间对预测滤芯寿命有重要意义，通过Weibull分布的分析，基于历史数据可以找到滤芯一系列的寿命参数。三年的时间内，可以预知的合成油滤芯的使用时间。

3 滑油系统过滤器滤芯寿命分析模型

3.1 剩余寿命模型

（1） Weibull分布简介。Weibull分布是由瑞典科学家Waloddi Weibull所提出，现已成为可靠性系统中应用最为广泛的连续性分布之一。许多工程技术上的相关问题可以依据基于Weibull分布的的计算来解决。然而，Weibull分布的运用有一定的难度，不同于正态分布等常见分布，它是一类比较复杂的分布，是指数分布的推广，但相比于指数分布，Weibull 分布有着更为广阔的应用，主要应用于电子元件、金属材料的疲劳寿命的研究。

3.2 模型计算结果

针对合成油系统滤芯的计算，由合成油滤芯故障库可推断的累计工作时间为别为2275、3836、3887、3841小时，共4个。此外，参考2009-2011年备件使用情况，滤芯在这三年中有5次在4K保养中使用的记录，25次在8K保养中使用的记录，设定以上运行的数据分别为4000小时、8000小时，以上历史运行数据为基础来预测滤芯的寿命参数。

通过滤芯剩余寿命数学模型的运算，可以发现合成油滤芯的可靠性随时间的变化趋势：滤芯前4000小时可以平稳运行，性能可靠；5500小时左右时间开始可靠性出现明显下降；6500小时左右故障率出现明显上升。

现按照现行的维护手段，4000小时或者8000小时的维修策略显然不太合适，因此建议设定适当的报警值进行基于状态的维修，根据运行经验建议将合成油滤芯压差警戒值定为138kpa。

4 结论

西气东输长输管道至今已运行多年，累计的故障历史数据也不断增加。从而为基于历史数据的研究提供了好的基础。本文针对燃气轮机滑油系统的历史运行数据，进行了深入的统计与研究，并最终得出如下结论。

（1）从大量的故障数据中归纳总结出滑油系统的主要故障模式为滤芯的破损与折旧；

（2）基于历史数据，通过Weibull分布计算剩余寿命，获得滤芯可靠性与累计故障的关系；

（3）根据历史运行数据进行趋势分析和预测，随着工作时间累积延长，滤芯压差的变大，会出现一个更换滤芯的压差警戒值。因此建议根据合理的压差警戒值，将滤芯由传统的定期维护策略改为视情维修。

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