用于清洗燃气涡轮机压缩机的系统和方法

用于清洗燃气涡轮机压缩机的系统和方法
【专利摘要】本发明提供一种用于清洗燃气涡轮机中压缩机的方法。所述方法包括：指定压缩机结垢设定点；以及用传感器感测所述压缩机中的结垢水平。将所述结垢水平传达到控制子系统，所述控制子系统基于所述结垢水平和所述压缩机结垢设定点确定清洗发起指令。所述清洗发起指令以使用流体发起清洗的方式来执行。本发明还公开一种系统，所述系统包括压缩机、联接到所述压缩机的在线清洗系统以及感测压缩机结垢水平的压缩机结垢传感器。所述系统提供清洗流体源，并且提供控制子系统，所述控制子系统基于压缩机结垢水平使用来自所述清洗流体源的清洗流体来发起清洗。
【专利说明】用于清洗燃气涡轮机压缩机的系统和方法
[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请是2012年12月20日提交的共同转让的美国申请序列号13/721，718的部分继续申请。

【技术领域】
[0003]本说明书公开的主题大体涉及燃气涡轮机压缩机清洗，并且更具体地涉及触发燃气涡轮机压缩机清洗的系统和方法。

【背景技术】
[0004]涡轮机系统(包括燃气涡轮机)大体包括压缩机段、一个或多个燃烧器以及涡轮机段。通常，压缩机段对入口空气加压，随后使入口空气转向或逆流到燃烧器，在燃烧器处，所述入口空气用来冷却燃烧器并还为燃烧过程提供空气。在多燃烧器的涡轮机中，燃烧器大体上以环状阵列的形式定位在涡轮机周围，并且过渡管道使得每个燃烧器的出口端与涡轮机段的入口端连接以向涡轮机递送燃烧过程中的热的产物。
[0005]运行期间，涡轮机系统的部件经受结垢所造成的性能损失和损坏。结垢是材料在压缩机部件上的堆积并且是由颗粒、油以及有机蒸汽粘附到翼型和环状表面所导致。导致结垢的颗粒通常小于2 4 ！！！至104 ！11。结垢可以导致修改的空气动力学轮廓进而降低了压缩机效率。结垢还会显著影响涡轮机系统的性能和热耗。
[0006]为了有效维持压缩机运行，工业涡轮机系统的操作人员执行各种维护动作，通常包括在线水洗、离线检查、离线水洗以及过滤器维护。结垢可以通过离线检查和离线水洗来去除并且通过在线水洗来缓减。在线水洗提供的优点是，在不使涡轮机系统停机的情况下，清洗压缩机。当运行时间表不允许具有停机时间以执行更有效的离线清洗时，在线清洗方法恢复了涡轮机系统效率。所述系统的水喷嘴可以位于压缩机喇叭口壳体入口上游或直接在入口处的合适位置。这些喷嘴形成水滴喷雾，并且在运行时，使所述喷雾通过旋转式压缩机产生的负压穿过喇叭口吸入压缩机入口中。
[0007]可理解地，如果这些任务过于频繁地或不频繁地执行，则存在着缺点。例如，过度的在线清洗可能促进侵蚀，而不充足的在线清洗导致结垢剂在压缩机叶片上的堆积增加。不可避免地，必须执行离线检查，从而要求引起涡轮机的停机和拆卸。虽然离线检查是成本很高的事件，但无法及时执行这些检查可能导致涡轮机损坏，例如由于点腐蚀造成的压缩机叶片松脱所导致的损坏。因此，涡轮机系统的操作人员依靠仔细安排离线检查来监测压缩机性能，并且执行修复以便避免破坏性事件。


【发明内容】

[0008]本发明的系统和方法改进了燃气涡轮机压缩机在线清洗的效力，由此改进随时间的性能退化速率并且减少对频繁的压缩机离线水洗的需要。
[0009]根据一个示例性但非限制性的实施例，本发明涉及一种用于清洗燃气涡轮机中压缩机的方法。所述方法包括:指定压缩机结垢设定点；以及用传感器感测所述压缩机中的结垢水平。将所述结垢水平传达到控制子系统，在所述控制子系统处，基于所述结垢水平和所述压缩机结垢设定点确定清洗发起指令。所述方法包括:在确定所述清洗发起指令后，用流体发起清洗。
[0010]在另一实施例中，提供一种具有压缩机和联接到所述压缩机的在线清洗系统的系统。所述系统包括:感测压缩机结垢水平的压缩机结垢传感器；以及清洗流体源。所述系统还包括控制子系统，所述控制子系统基于压缩机结垢水平用来自所述清洗流体源的清洗流体发起清洗。
[0011]在另一实施例中，提供一种用于维修具有压缩机的燃气涡轮机的方法。所述方法包括:指定结垢水平设定点；用结垢传感器感测所述压缩机中的结垢水平；以及如果所述结垢水平超过所述结垢水平设定点，对所述压缩机进行清洗。

【专利附图】

【附图说明】
[0012]通过结合附图阅读以下对优选实施例的更详细描述，将清楚地了解本发明的其他特征和优势，所述附图以示例方式示出本发明特定方面的原理。
[0013]图1是结垢传感器的实施例的示意图。
[0014]图2是结垢传感器的实施例的俯视图。
[0015]图3是结垢传感器的等效电路图。
[0016]图4是结垢传感器的替代实施例。
[0017]图5是来自图4的标记为8的区域的详细视图。
[0018]图6是沿图5中的线八-八截得的结垢传感器的替代实施例的截面图。
[0019]图7是结垢测量系统的实施例的示意图。
[0020]图8是压缩机清洗系统的实施例的示意图。
[0021]图9是一种用于清洗压缩机的方法的实施例的流程图。

【具体实施方式】
[0022]在图1和图2中示出结垢测量系统120的实施例。结垢测量系统120包括附接到压缩机壳体125的电导率/电阻传感器121。电导率/电阻传感器121是廉价的并且是许多常见系统中使用的类型。电导率/电阻传感器121包括附接部件130，所述附接部件130适于连接到压缩机壳体125。附接部件130还支撑具有第一电极140和第二电极145的平坦非导电衬底135。如图1所不，第一电极140和第二电极145是间隔开的并且仅仅通过平坦非导电衬底135连接。第一电极140和第二电极145连接到信号线，所述信号线进而连接到读出器155和交流源160。
[0023]在图3中示出用于电导率/电阻传感器121的等效测量电路167。等效测量电路167包括电源170和检测器175。电路包括信号接线电阻180(?)、衬底电阻185(1)以及表面电阻190(1？」。表面电阻190随着增加的结垢而减小。总电阻195(?)可以计算如下:
[0024]% = 1^+?，其中
[0025]1？2 =
[0026]结垢测量系统120可以设置在压缩机组件的压缩机入口嘴部127(图4所示)处和/或压缩机级之间的空气流动流中。随着时间的推移，导致了结垢的颗粒沉积在平坦非导电衬底135上，由此降低表面电阻190(1^。因此，总电阻195(?)的变化是压缩机组件中的结垢程度的函数。通过测量平坦非导电衬底135上产生的压降来测量平坦非导电衬底135和沉积在平坦非导电衬底135上的颗粒的电导率。通过使电流从电路部分穿过平坦非导电衬底135和沉积在平坦非导电衬底135上的颗粒来在第一电极140与第二电极145之间测量压降。
[0027]在图4、图5和图6中示出可附接到压缩机壳体125的圆柱形传感器200。图4是圆柱形传感器200的透视图，其中压缩机壳体125部分切开。图6是沿图4中的线八-八截得的圆柱形传感器200的截面。圆柱形传感器200设置在压缩机入口嘴部127中。圆柱形传感器200包括附接部件215、下盖220、高电阻表面导体225以及端盖230。设置在圆柱形传感器200内的是第一电极235和第二电极240。端盖230与高电阻表面导体225之间的接口可为扩展接口 245，用以改进对表面结垢的敏感度(如图5所示通过增加第一电极235与第二电极240之间暴露于高电阻表面导体225上的结垢堆积的相对区域来实现这个增加的敏感度。第一电极235和第二电极240连接到信号线250。圆柱形传感器200的等效电路与电导率/电阻传感器121的等效电路相同，并且结垢程度可与在高电阻表面导体225上测量到的电阻减小相关。
[0028]在运行中，圆柱形传感器200和电导率/电阻传感器121可以设置在压缩机入口嘴部127中或任何后续级中。在电导率/电阻传感器121的情况下，在平坦非导电衬底135上在第一电极140与第二电极145之间提供电流。由读出器155测量电阻。可以通过确定必须穿过圆柱形传感器200和电导率/电阻传感器121以维持穿过所述传感器的压降预定值的电流的值来测量电阻或电导率。随着时间的推移，颗粒沉积在平坦非导电衬底135上，这就导致第一电极140与第二电极145之间的电阻减小。电阻减小与结垢程度相关。在圆柱形传感器200的情况下，在高电阻表面导体225上在第一电极235与第二电极240之间提供电流。当颗粒粘附到高电阻表面导体225时，电路的总电阻减小。
[0029]图7是结垢测量系统251的示意图。结垢测量系统251包括一个或多个电导率传感器255。电导率传感器255向测量电阻模块265提供信号并将所述信号转换成可由处理模块270处理的输出。处理模块270利用基于模型的控制和卡尔曼滤波器来处理测量到的电阻并且向表征模块275提供输入。基于模型的控制得自结垢测量系统251的模型。一种建模方法是使用被称为系统识别的数字过程。系统识别涉及从系统获取数据，并且随后对激励数据和响应数据进行数字分析以评估系统参数。处理模块270可以利用参数识别技术诸如卡尔曼滤波、跟踪滤波、回归映射、神经映射、反向建模技术或其组合来识别数据移位。可以通过改进的卡尔曼滤波器、扩展的卡尔曼滤波器或其他滤波算法执行滤波，或可选地，可通过其他形式的方波(11-输入、11-输出)或非方波(11输入、III输出)调节器执行滤波。表征模块275将结垢表征为测量到的电导率或电阻变化的函数。表征模块275可以接收使得电阻与结垢程度相关的校准输入280。可在生产设施处或现场进行校准。表征模块275还可接收自最后一次离线水洗285起的时间作为输入。可将来自表征模块275的输出提供给显示模块295 (如图形用户界面)。显示模块295的输出300可以是对压缩机清洗的建议或触发。
[0030]结垢测量系统251可整合到较大的控制系统如常规的通用电气公司8^)66(11:1-0111011VI11润轮机系统的控制系统中。5^)66(11^0111(311控制器监测各种传感器和与涡轮机系统相关的其他仪器。除了控制诸如燃料流率的某些涡轮机功能之外，如的虹抓!!。11控制器从其涡轮机传感器生成数据并且呈现所述数据以用于显示给涡轮机操作人员。可以使用生成数据图表和其他数据表示的软件显示数据，所述软件诸如通用电气公司以卹1丨。“/1腿I软件产品。
[0031]31)66(1廿如化11控制系统是计算机系统，它包括使用传感器输入和来自人类操作人员的指令执行程序以控制涡轮机系统运行的微处理器。控制系统包括逻辑单元，诸如采样与保持单元、求和单元以及差单元，所述单元可在软件中或通过硬线逻辑电路实现。控制系统处理器生成的命令导致涡轮机系统上的致动器例如进行以下操作:调整将燃料供应到燃烧室的燃料控制系统；设定压缩机的入口导叶；以及调整涡轮机系统上的其他控制设定。
[0032]控制器可包括计算机处理器和数据存储装置，它们使用由处理器执行的各种算法将传感器读数转换成数据。算法所生成的数据指明涡轮机系统的各种运行条件。数据可呈现在电联接到操作人员显示器的操作人员显示器(如计算机工作站)上。显示器和/或控制器可以使用软件(如通用电气公司以即丨化丨忭11数据监测和控制软件应用程序)生成数据显示和数据打印输出。
[0033]在图8中示出用于与燃气涡轮机515 —起使用的压缩机清洗系统510的实施例。燃气涡轮机515包括空气入口系统519、压缩机520、燃烧器525以及涡轮机530。燃气涡轮机515可以用于驱动电载荷或机械载荷如发电机535。压缩机520可以设有压缩机结垢传感器540。压缩机结垢传感器540可为电导率/电阻传感器121(如图1所示〉、或圆柱形传感器^(^(如图彳所示)。压缩机清洗系统510可以包括含有清洗流体的储罐545。清洗流体可为溶剂，如醇或者去离子水与醇的混合物。优选地，醇是甲醇或乙醇。在一个实施例中，醇与去离子水的混合物是50-50混合的去离子水与醇。储罐545可以设有水平传感器546并且通过导管550联接到一对冗余供应泵555和560。供应泵555和560通过设置在清洗流体导管566中的清洗流体调制阀565连接到在线清洗系统561。在线清洗系统561包括多个喷嘴567，所述多个喷嘴567将清洗流体引导到压缩机520。压力传感器570和流量传感器575可设置在清洗流体导管566上以提供控制清洗流体流动到在线清洗系统561的必要数据。压缩机清洗系统510还可包括联接到水导管的去离子水源580，所述水导管可以通过去离子水调制阀585联接到清洗流体导管566。流量传感器590可以设置在水导管上。
[0034]压缩机清洗系统510还包括控制子系统595。控制子系统595接收输入600，诸如自最后一次清洗以来的时间；最后一次清洗持续时间；压缩机520的结垢水平；储罐545的水平；穿过供应泵555的流率；供应泵555的状态；溶剂到压缩机520的流率；以及去离子水的流率等等。对控制子系统595的输入600可以包括压缩机520中溶剂混合物的计算出的百分比爆炸下限6X1)1081^6 16^61) 0此值可以用作在溶剂混合物的组合物超过[￡1的情况下阻止清洗的许可。因此，如果溶剂混合物的组合物超过…匕清洗指令或清洗可中断。对控制系统的另一输入可以改变压缩机排放温度￠10)，所述压缩机排放温度也可用作在010超过预定阈值的情况下对清洗致动的许可。控制子系统595提供输出605，诸如对清洗流体调制阀565、去离子水调制阀585的指令，以及对供应泵555和560的指令等等。控制系统可为独立式控制系统或可集成到上述邰一乂作如化11控制器中。
[0035]压缩机清洗系统510通过将在线清洗的触发关联到压缩机520的测量到的结垢程度来提供，避免压缩机520的不必要的在线清洗。可以指定结垢的预定阈值，并且当测量到的结垢程度超过所述预定水平时，可以触发在线清洗。另外，在确定清洗时长以及清洗中使用的水与溶剂掺合比的过程中可以考虑其他参数，诸如自最后一次清洗以来的时间、最后一次清洗的持续时间以及水与溶剂的掺合比。清洗的发起可能依据以下许可，诸如清洗流体的以及010的改变。
[0036]在图9中示出一种用于清洗燃气涡轮机515的压缩机520的方法700。
[0037]在步骤705，方法700指定预定的压缩机结垢设定点。
[0038]在步骤710，方法700使用压缩机结垢传感器540周期性地监测压缩机520的结垢水平。
[0039]在步骤715，将代表结垢水平的值周期性地提供到控制子系统595。
[0040]在步骤720，当达到结垢设定点时，控制子系统595提供清洗发起指令。
[0041]在步骤725，方法700用流体发起清洗。流体可为诸如甲醇或乙醇的溶剂，所述溶剂可与去离子水以预定的比混合。
[0042]虽然在步骤710，结垢水平监测被描述为周期性的，但也预期的是，监测可以是连续的。类似地，可将代表结垢水平的值连续提供到控制子系统595。另外，清洗发起可以是自动的。
[0043]在另一实施例中，方法700可以包括步骤730，在步骤730，确定自最后一次清洗以来的时间。
[0044]方法700还可包括步骤735，在步骤735，确定最后一次清洗的持续时间。
[0045]在步骤740中，方法700可以基于结垢水平、结垢设定点、自最后一次清洗以来的时间以及最后一次清洗的持续时间来确定清洗发起指令。
[0046]在步骤745，方法700可以用流体发起清洗。流体可为去离子水与溶剂以预定的掺合比的掺合物。清洗可以依据基于清洗流体的[￡1的许可。例如，如果清洗流体组合物超过121，可以中断清洗(阻止清洗发起，或者停止当前清洗另外，清洗发起可以依据基于^10的变化(例如，(:10是否低于阈值水平)的许可。例如，如果(:10低于阈值水平，可以中断清洗(阻止清洗发起，或者停止当前清洗)。
[0047]在另一实施例中，方法700可以确定最后一次清洗的持续时间和最后一次清洗的水与溶剂的掺合比。随后，方法700可以基于最后一次清洗的持续时间和最后一次清洗的掺合比来确定清洗的持续时间和掺合比并发起清洗。
[0048]除非另外指明，否则如果术语定义偏离术语常用定义，则 申请人:意图使用本说明书中提供的定义。
[0049]本说明书中使用的术语仅仅用于描述特定的实施例，并非意图对本发明进行限制。除非另外指明，否则如果术语定义偏离术语的常用定义，则 申请人:意图使用本说明书中提供的定义。除非上下文中另外清楚指明，否则单数形式“一种”、“一个”以及“所述”意图同时包括复数形式。应了解，尽管术语“第一”、“第二”等可用于描述多个元件，但是这些元件不受这些术语限制。这些术语仅仅用于区分不同元件。术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。短语“联接到”和“与……联接”是指直接或间接的联接。
[0050]本说明书使用各个实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并可包含所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果它们包括等效的结构要素，那么此类实例也应在权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种用于清洗燃气涡轮机中压缩机的方法，所述方法包括: 指定压缩机结垢设定点； 用传感器感测所述压缩机中的结垢水平； 将所述结垢水平传达到控制子系统； 基于所述结垢水平和所述压缩机结垢设定点确定清洗发起指令；以及 用流体发起清洗。
2.如权利要求1所述的方法，其中感测结垢水平包括用电导率/电阻传感器感测结垢水平。
3.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括: 确定自最后一次清洗以来的时间；以及 确定所述最后一次清洗的持续时间；以及 其中确定清洗发起指令包括基于所述结垢水平、所述压缩机结垢设定点、所述自最后一次清洗以来的时间以及所述最后一次清洗的持续时间确定清洗发起指令。
4.如权利要求1所述的方法，其中发起清洗包括使用以预定掺合比掺合的水与溶剂掺合物发起清洗。
5.如权利要求4所述的方法，所述方法包括基于最后一次清洗的持续时间和所述最后一次清洗的所述预定掺合比计算清洗持续时间和清洗掺合比。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述溶剂是醇。
7.如权利要求6所述的方法，所述方法进一步包括:如果所述预定掺合比高于爆炸下限，中断所述清洗。
8.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括:如果压缩机排放温度低于预定阈值，中断所述清洗。
9.一种系统，所述系统包括: 压缩机； 联接到所述压缩机的在线清洗系统； 感测压缩机结垢水平的压缩机结垢传感器； 清洗流体源；以及 控制子系统，所述控制子系统基于压缩机结垢水平使用来自所述清洗流体源的清洗流体发起清洗。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述清洗流体源包括: 水源； 溶剂源；以及 混合子系统，所述混合子系统适于使得来自所述水源的水与来自所述溶剂源的溶剂混口 ο
11.如权利要求10所述的系统，其中所述混合子系统适于基于所述压缩机结垢水平将所述水与溶剂按比例混合。
12.如权利要求10所述的系统，其中所述混合子系统适于基于最后一次清洗的持续时间将所述水与溶剂按比例混合。
13.如权利要求10所述的系统，其中所述混合子系统适于基于自最后一次清洗以来的时间将所述水与溶剂按比例混合。
14.如权利要求10所述的系统，其中所述混合子系统包括: 用于所述溶剂的泵； 调制阀；以及 流量传感器。
15.如权利要求9所述的系统，所述系统进一步包括燃烧系统和涡轮机。
16.如权利要求15所述的系统，所述系统进一步包括:联接到所述涡轮机的载荷；联接到所述压缩机的空气入口系统；以及分布式控制系统。
17.一种用于维修具有压缩机的燃气涡轮机的方法，所述方法包括: 指定结垢水平设定点； 用结垢传感器感测所述压缩机的结垢水平；以及 如果所述结垢水平超过所述结垢水平设定点，对所述压缩机进行清洗。
18.如权利要求17所述的方法，所述方法进一步包括: 确定自最后一次清洗以来的时间； 确定所述最后一次清洗的持续时间；以及 基于自所述最后一次清洗以来的时间和所述最后一次清洗的持续时间确定清洗的持续时间。
19.如权利要求17所述的方法，其中对所述压缩机进行清洗包括使用水与溶剂的掺合物对所述压缩机进行清洗。
20.如权利要求19所述的方法，所述方法进一步包括: 确定最后一次清洗使用的水与溶剂的掺合比；以及 其中使用水与溶剂的掺合物对所述压缩机进行清洗包括以一定的水与溶剂的掺合比掺合水与溶剂而形成的掺合物对所述压缩机进行清洗，所述水与溶剂的掺合比基于所述最后一次清洗使用的水与溶剂的所述掺合比。
【文档编号】B08B3/02GK104324903SQ201410352914
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】S.埃卡纳亚克, A.I.西皮奥, T.E.维克特, D.F.比迪 申请人:通用电气公司