Ремонт лопаток газовых турбин

Центр восстановления деталей горячего тракта газовых турбин ЗТСР вышел на полную мощность. Корреспондент Neftegaz.RU посмотрел, как восстанавливают лопатки ГТУ

В 2018 г. ЗТСР завершила трасфер технологий Sulzer по восстановлению лопаток газовых турбин и полностью локализовала производство на своей площадке в г. Екатеринбург.

Екатеринбург, 14 окт — ИА Neftegaz.RU. Центр восстановления деталей горячего тракта газовых турбин Зульцер Турбо Сервисес Рус (ЗТСР) в г. Екатеринбург в 2019 г. вышел на полную мощность. На данный момент завершен трансфер технологий и локализация необходимых компетенций.

Корреспондент Neftegaz.RU отправился в г. Екатеринбург, чтобы своими глазами увидеть всю технологическую цепочку восстановления лопаток газовых турбин.
По прилете в г. Екатеринбург мы заселились в отель.
Погода в столице Урала была пасмурная и прохладная, радовало, что отель, в который мы заселились, находился рядом с аэропортом Кольцово.
Уже через час после заселения в ресторане отеля мы поужинали и в неформальной обстановке пообщались с руководством ЗТСР.
Пока я уплетал филе утки с тыквенным пюре, гендиректор ЗТСР О. Шевченко, руководитель отдела маркетинга А. Рузавин и руководитель Центра восстановления деталей горячего тракта газовых турбин А. Кушманов рассказали подробнее о компании, ее перспективах и ситуации на рынке.

ЗТСР, дочка швейцарской Sulzer, осуществляет сервисное обслуживание газовых турбин основных типов, основных производителей, таких как Siemens и General Electric (GE).
Компания выполняет весь спектр обслуживания: полевые работы, восстановление деталей, производство и поставку новых частей и материалов.
Несмотря на небольшой штат сотрудников, который на сегодня насчитывает всего 120 человек, выручка компании составляет порядка 2,5 млрд руб./год.

Центр по восстановлению деталей горячего тракта газовых турбин в г. Екатеринбург является первым и единственным в России.
Он был открыт в 2016 г., до этого момента все оборудование для ремонта находилось за границей.
В 2018 г. ЗТСР завершила трасфер технологий Sulzer по восстановлению лопаток газовых турбин, а в 2019 г. предприятие вышло на полную мощность.
Преимущество ЗТСР в том, что обслуживание газовых турбин на екатеринбургской площадке позволяет существенно сократить время, а самое главное — стоимость ремонта — до 70%.

На данный момент ЗТСР обслуживает 19 ТЭС и 38 газотурбинных установок (ГТУ), что составляет порядка 25% рынка.
В 2018 г. компания отремонтировала 1644 лопатки для ГТУ Siemens V94.2 (SGT5−2000E).
В портфель заказов ЗТСР входит сервис газовых турбин, эксплуатируемых крупнейшими энергокомпаниями РФ, такими как Интер РАО, Газпром энергохолдинг (ГЭХ), Сибирская Генерирующая Компания (СГК) и Т Плюс.
В настоящее время компания сформировала портфель заказов до 2032 г. объемом порядка 20 млрд руб.
На сегодня мощности предприятия загружены не полностью, так же есть потенциал для расширения производства.

Довольно узкая и редкая специализация предусматривает обучение специалистов ЗТСР в т.ч. на зарубежных площадках Sulzer.

После плотного ужина я отправился спать в номер в предвкушении завтрашней экскурсии на завод ЗСТР, так и не поднявшись на 9 этаж отеля, с которого, как сказали на респешн, открывается красивая панорама.

На следующий день белый микроавтобус Mercedes с кожаным салоном с комфортом доставил нас к Уральскому турбинному заводу (УТЗ), именно на его территории находится Центр восстановления деталей горячего тракта газовых турбин ЗТСР.

После презентации и небольшого инструктажа по технике безопасности мы отправились непосредственно в цех, где нам показали весь технологический цикл.

Перед этим, как и полагается, нам выдали спецодежду и защитные очки.

В создание Центра восстановления деталей горячего тракта газовых турбин ЗТСР инвестировала порядка 10-12 млн евро.
Основной объем работ уже выполнен, но программой развития также предусмотрены дальнейшие инвестиции, продолжаются закупки оборудования.
Так, до конца 2019 г. запланированы инвестиции в размере 35 млн руб.

Помимо коммерческой выгоды для создания цеха на территории России существовал ряд других предпосылок, среди которых политика властей РФ по локализации, а также обеспечение энергобезопасности страны в контексте антироссийских санкций.
Помимо ремонта деталей газовых турбин, ЗТСР также в перспективе готова к организации литейного производства на своих мощностях, что приведет к 100%-ной локализации производства деталей ГТУ.

На данный момент Sulzer заказывает литье у европейских поставщиков.
Однако для того, чтобы организовать в РФ литейное производство необходима господдержка в виде субсидирования, и готовность заказчиков закупать это оборудование, а также инструменты, гарантирующие генерирующим компаниям возврат инвестиций (ДПМ-3).
Примерный объем инвестиций в создание литейного дома в РФ ЗТСР оценивает в 60-70 млн евро.

Как рассказал гендиректор ЗТСР О. Шевченко, в СССР было предприятие по литью деталей газовых турбин на мощностях действующего сейчас Завода турбинных лопаток Силовых машин.
Это был современный завод по прежним меркам, который вполне справлялся со своей задачей.
Но технологии с тех времен шагнули далеко вперед, а в те года не производились многокристаллические лопатки и лопатки с направленным ростом кристаллизации.
Газовые турбины в СССР не изготавливались с 1980х гг., и на данный момент этого производства не существует.

Площадь цеха небольшая, все оборудование расположено довольно компактно в определенном порядке, чтобы не нарушать технологическую цепочку, на территории размером, примерно, с футбольное поле, или чуть меньше.

На входе в цех висит емкость с берушами, как я потом понял, они действительно могут пригодиться.

В глаза сразу бросается, что все производственные помещения очень чистые и хорошо освещены.

Лопатки газовых турбин проходят входной контроль, после чего начинается подготовка к ремонту.
Она включает в себя абразивную чистку, после чего лопатки отправляются на термообработку.

Первая атмосферная печь, температура в которой достигает 1000 C° нагревает лопатки, что приводит к окислению, а поверхность металла окрашивается в синий цвет.
В том случае, если покрытие еще осталось — в золотой цвет.

Затем лопатки отправляются в вакуумную печь для того, чтобы восстановить структуру материала в исходное состояние.
Как нам доступно объяснил специалист ЗТСР, это необходимо потому что при эксплуатации в газовой турбине лопатки претерпевают структурные превращения, что негативно влияет на их характеристики, такие как длительная прочность, сопротивление ползучести и т.д.

На следующем технологическом участке лопатки очищают и погружают в пенетрант токсичного зеленого цвета с хорошей проникающей способностью.
Он попадает во всех поры и микротрещины от 1 до 10 микрон.

Лопатка промывается, высушивается, после чего наносится проявитель.
Все эти манипуляции позволяют в темноте при ультрафиолетовом излучении увидеть дефекты лопатки.

Далее в лаборатории установка рентгеновского контроля позволяет увидеть дефекты охлаждающих каналов в виде полостей внутри лопатки.

Также здесь проводится металлография — инженер заливает пробу полимером, после чего проводится осмотр на световом микроскопе, который дает 1000-кратное увеличение.

С помощью 3D-сканера из лопатки получают полигональную модель, на нее накладывается математическая модель, проводится толщинометрия.

Сварка проводится вольфрамовыми электродами в среде инертного газа.
В случае жаропрочных сплавов на основе никеля сварка выполняется в аргоновой среде в вакуумной камере.

Окончательный этап технологического процесса по восстановлению лопаток газовых турбин — это нанесение защитного покрытия роботизированной установкой с реактивным двигателем.
В ходе высокоскоростного газоплазменного напыления топливо и кислород сжимаются в камере сгорания в непрерывный поток, который несет струю продуктов сгорания с огромной скоростью.
Поток из него может достигать 9 скоростей звука, но обычно используется 2-3.
Частицы порошка, которые попадают в этот поток, значительно ускоряются и прилипают на деталь.

На фото можно наглядно оценить разницу между поступившей в цех лопаткой и восстановленной лопаткой.

Центр восстановления деталей горячего тракта газовых турбин ЗТСР производит впечатление образцового предприятия, где каждый квадратный метр пространства используется рационально, и каждый сотрудник относится к своему делу с душой.
Здесь, на Урале, по западным технологиям и русскими руками оказывают уникальные для энергетики РФ услуги по ремонту газовых турбин.
Хочется верить, что дальнейшее развитие Центра сможет сделать Россию более энергонезависимой и устойчивой к внешним вызовам.

Источник

Сервисное обслуживание

На фото: Средний ремонт. Оршанская ТЭЦ. (инспекция горячего тракта)

На данный момент, в условиях ограниченности и высокой стоимости энергоносителей необходимо постоянно модернизировать и реконструировать существующие генерирующие мощности. Правильность внедрения газотурбинных технологий ни у кого не вызывает сомнений, т.к. экономичность энергоблоков при внедрении газотурбинных установок (ГТУ) существенно увеличивается.

После ввода ГТУ в эксплуатацию перед собственником оборудования встает вопрос обслуживания и ремонта газовых турбин. Компании-производители предъявляют жесткие требования к эксплуатирующей организации по соблюдению регламента обслуживания газовых турбин и ГТУ.

Это делается для того, чтобы гарантировать надежную работу. Несмотря на то, что сегодня в энергосистеме Российской Федерации эксплуатируются энергетические ГТУ различных производителей (General Electric, Alstom, Mitsubishi, Siemens, Ansaldo); различных поколений, классов, с различными конструкциями камер сгорания, горелок, систем защиты ротора и статора турбин от перегрева – средний срок между чередующимися инспекциями равен 8000-12000 EOH (эквивалентных часов эксплуатации).

Таким образом, при нормальной эксплуатации ГТУ один раз в год-полтора для любой модели ГТУ должна проводится инспекция.

Диагностика ГТУ по периодичности

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

A-Инспекция

Рис. 1. Осмотр бороскопом горелочной камеры GT13E2

A инспекция — инспекция частей камеры сгорания (CI – Inspection). Включает оценку общего состояния частей камеры сгорания, тракта горячих газов, входа компрессора и лопаток компрессора без разборки турбины с применением специальной техоснастки – бороскопа (в связи с этим инспекция А в инструкциях называется бороскопическая (BI – Boroscope Inspection).

Необходима для определения фактического объема работ для последующей В или С-инспекции. Включает проведение минимальных рекалибровок и регулировок при необходимости.

Итог: получение отчета о состоянии двигателя, который включает в себя рекомендации по дальнейшей эксплуатации и обслуживанию.

При бороскопической инспекции нет необходимости в разборке блока (возможно только вскрытие части камеры сгорания (CI+TP removal), (TP – Transition Piece).

Визуальный доступ к лопаточному аппарату осуществляется через люки для бороскопа в корпусе турбины, а для лопаток впускного направляющего аппарата и последних ступеней турбины доступ осуществляется обычно через лазы в корпусе воздухозаборника и выхлопного диффузора соответственно.

В-инспекция

Рис. 2. Измерение зазоров 1-й ступени компрессора через ВНА. Alstom GT13E2

В-инспекция — инспекция тракта горячих газов и камеры сгорания (HGP – Hot Gas Path Inspection) – 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, согласно регламенту, может 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

Рис. 3. Установка ротора ГТУ Alstom GT13E2

С-инспекция – главная инспекция (MI – Major Inspection) – полная разборка и ревизия турбины, включая компрессор. Включает в себя проверки всех внутренних компонентов, защитного и контрольного оборудования, оборудования для мониторинга газотурбинного блока.

Основные части после разборки проходят визуальный, и, при необходимости, контроль неразрушающими методами. Проводятся запланированные работы по замене и восстановлению комплектующих (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.

Стоит обратить внимание, 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).

Поэтому, 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 при согласии владельца.

На большинстве ГТУ, эксплуатируемых в Российской Федерации, 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.

В интересах эксплуатирующих организаций не быть сильно зависимыми от заводов-изготовителей в столь важном вопросе, как обслуживание и ремонт основного оборудования. В связи с этим рекомендуется на правах покупателей потребовать от поставщиков ГТУ обеспечение всем необходимым комплектом документации и специальной оснастки.

Это даст возможность самостоятельного выбора обслуживающей компании. На сегодняшний день у большинства собственников ГТУ этот выбор существенно ограничен.

Ремонт и обслуживание ГТУ от DM Energy

Основная задача DM Energy – предоставить организации, эксплуатирующей ГТУ, возможность самостоятельного принятия решения, как обслуживать и проводить ремонт оборудования.

Поставки комплектующих, запасных частей, расходных материалов, необходимого инструмента, и, самое главное, предоставление высококвалифицированного персонала для проведения сервиса – перечень возможностей, которые получает эксплуатирующая организация для реализации текущих сервисных задач.

Компания DM Energy проводит обслуживание и ремонт газовых турбин в строгом соответствии с регламентом завода — изготовителя. DM Energy предоставляет как полный комплекс работ по долгосрочному обслуживанию и ремонту газовых турбин и ГТУ, так и отдельные его части: предоставление шеф-инженеров, полевого персонала, инструментов, расходных материалов, запасных частей и т.д.

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 обслуживанию и ремонту, 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 обслуживании и ремонте, а также перечни з/ч, рекомендуемых к постоянному наличию при эксплуатации.

Ремонт повреждений частей газотурбинной установки

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, несоблюдение требований по топливоподготовке.

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:

Ремонт трещины в сопловом направляющем аппарате турбины

Рис. 4. Трещина в сопловом направляющем аппарате турбины

Трещина в сопловом направляющем аппарате турбины (рис. 4) — 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;

Ремонт выходной кромки лопатки компрессора

Рис. 5. Повреждения выходной кромки лопатки компрессора

Повреждения выходной кромки лопатки компрессора (рис. 5) — 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;

Ремонт лопаток 1-й ступени газовой турбины

Рис. 6. Повреждение лопаток 1-й ступени турбины (эрозионный износ входной кромки)

Повреждение лопаток 1-й ступени турбины (рис. 6) — 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;

Ремонт жаровых труб

Рис. 7. Повреждения жаровых труб. Износ и деформации

Повреждения жаровых труб (рис. 7) — приведенные повреждения (оплавление, деформация) патрубков жаровых труб в зоне соединения с трубками перекрестного розжига свидетельствуют о превышении допустимых температур выхлопных 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;

Ремонт горелочных устройств

Рис. 8. Загрязнение и эрозия топливораздающих отверстий горелочных устройств

Загрязнение и эрозия горелочных устройств (рис. 8) — состояние на снимке характерно для большинства горелочных устройств ГТУ, отработавших до очередной B — инспекции. Загрязнение топливораздающих отверстий связано с некачественной подготовкой топливного газа.

Загрязнение приводит к неравномерности температурного поля на выходе из турбины, и как следствие, повреждениям лопаток турбины.

Загрязнение и эрозия лопаток 1-ой ступени компрессора

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

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-инспекции.

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

Обслуживание и ремонт газотурбинных установок сегодня

Сегодня энергосистема несет существенные валютные затраты из-за обслуживания и ремонта газовых турбин и ГТУ с использованием услуг зарубежных компаний. Так стоимость услуг специалистов заводов-изготовителей и крупных зарубежных сервисных компаний составляет крупную сумму в долларах США за день работы.

Вместе с тем, необходимо отметить, что затраты на ремонтное обслуживание газовых турбин и газотурбинного оборудования состоят из двух основных составляющих: затрат на приобретение запасных частей, 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 обслуживания и ремонта газовых турбин и ГТУ является отсутствие в отрасли единой политики, направленной на достижение озвученной выше общей цели. Нет единой позиции в отношении вопроса организации обслуживания и ремонта ГТУ. Каждый владелец оборудования решает вопрос обслуживания и ремонта самостоятельно, порой способами, позволяющими выполнить только краткосрочные задачи в ущерб долгосрочной выгоде.

Для любой организации, эксплуатирующей ГТУ, важнейшее значение имеет выбор компании, которая будет проводить ремонт. Опыт проведенных работ и отзывы заказчиков показывают, что DM Energy – правильный выбор!

«Статья написана при участии господина Лабковича Д., технического персонала компании DM Energy и специалистов Mechanical Field Support B.V. (Голландия)

Ремонт насосного оборудования и запчастей ГТУ

Обслуживание и ремонт газовых турбин состоит из целого комплекса мероприятий, необходимых для обеспечения слаженной и …

Источник