[发明专利]用于检测燃气轮机中的点蚀的系统和方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及检测燃气轮机系统中的腐蚀，并且更具体而言，涉及用于对燃气轮机压缩机叶片中的点蚀提供原位检测的设备和方法。

背景

作为具有低CO₂排放的燃料，天然气在世界范围内经历了较大的扩张。当气田和消费者市场之间的距离和地形不允许管道输送时，通过液化可使天然气减小到例如其自由体积的600分之1。液化天然气(LNG)装置使纯天然气在低温热交换器中液化，使得纯液态天然气可在被装载到为在LNG装置和消费者区域之间进行运输而设计的油轮之前存储在罐中。在消费者区域处，LNG产品被卸到LNG接收终端中，被泵送到管道压力，以及重新气化，以供给到买方的天然气管道网中。

响应于这些提高的需要，LNG装置的大小因此在过去几十年里有相当的增长。这继而促成了LNG生产成本的降低，而同时提高了LNG市场的竞争力。例如，在20世纪80年代，一般惯例是每年每个单位(per steam)生产2-3百万吨。目前的单位每年生产4-5百万吨，而工程公司现在(即2009)正计划具有大约每年7-8百万吨的单位容量的装置。

在LNG装置中，一般惯例是使用例如燃气轮机来驱动负责天然气的液化的低温热交换器中使用的制冷压缩机。因此，生产输出可与可靠的装置运行(具体而言，燃气轮机可靠性)密切地相关联。燃气轮机系统的可靠运行可受种种不同的故障原因的妨碍。如在下面的段落中描述的那样，一个这种原因是燃气轮机的涡轮压缩机的入口导叶(IGV)和转子叶片上的腐蚀的不利影响。

LNG装置典型地位于海洋沿海环境中，这里诸如氯化物和硫化物的腐蚀性元素在大气中是普遍的。氯化物是由于靠海而引起的，而硫化物则是由LNG装置的废气燃烧器产生的。燃气轮机的空气过滤系统需要正确的设计和维护两者，尤其是因为它通过净化进入燃气轮机系统的燃烧区段中的空气而提供了整个装置的成功运行和可靠性的关键。尽管试图保持可靠且有效的空气过滤，但是在燃气轮机系统的各种级(例如燃气轮机的轴向压缩机叶片(例如IGV和R1转子叶片))中的诸如氯化物和硫化物的腐蚀性元素是不可避免的。这些元素(即氯化物和硫化物)可例如通过造成点蚀来腐蚀燃气轮机的IGV和第一级(R1)转子叶片的材料结构，如果没有检测到点蚀，点蚀最终会导致裂纹在叶片内产生和传播。这样的裂纹的后果是燃气轮机的IGV和R1转子叶片中的一个或多个破裂，因而，造成最终的燃气轮机停机。

这些停机是代价极高的。通常，存在与LNG装置的生产机器/装备相关联的零冗余。在给定的燃气轮机系中，一个燃气轮机停机可造成整个系停机，或者至少造成LNG生产率大幅降低。因此，LNG装运也可被推迟，从而产生额外的费用和/或利润损失，估计这可在每天$2-$7百万美元的范围内，这取决于具体的装置大小和生产计划。由于这个原因，应当避免诸如点蚀所产生的那些的所有灾难性的故障，因为7-10天时间的停机是使系统恢复回到运行状态的预期时间。

因此，为了避免由于未检测到的故障状况引起的燃气轮机停机情形，在LNG燃气轮机系统内提供原位腐蚀检测而不需要拆卸燃气轮机系统(例如壳体)将是有利的。

发明概述

本发明的各种实施例提供了用于检测涡轮叶片中的点蚀的方法和设备。根据至少一个实施例，一种用于检测燃气轮机系统的一个或多个叶片中的腐蚀的腐蚀检测装置(例如EC探测器装置)包括具有与燃气轮机叶片的圆角(filet)区段的表面几何结构一致的形状的检测头，其中，检测头可操作来沿着圆角区段的轴向长度而运动，以检测点蚀。位于检测头内的至少一个线圈装置在接触该检测头的圆角的区域内引起第一磁场。接收器装置适合于检测对应于接收自暴露于第一磁场的圆角的区域的第二磁场的信号，其中，该第二磁场由第一磁场在该区域中产生的感应电流产生。信号处理装置然后处理检得信号，以使该检得信号的对应的幅度与该区域中的点蚀的存在相关，使得在不对燃气轮机系统进行任何壳体拆卸的情况下确定点蚀的存在。

根据一方面，该至少一个线圈装置包括多个线圈装置，该多个线圈装置位于检测头内，并且可操作来各自在接触检测头的圆角的区域内引起第一磁场，其中，检得信号包括对应于第二磁场的多个信号。信号处理装置可操作来处理该多个检得信号，以使检得信号的对应的幅度与该区域中的点蚀的存在相关，其中，经处理的多个检得信号中的各个均对应于与该多个线圈装置中的相应的一个相关联的信号通道，从而提供点蚀的多通道检测。