一臺高爐煤氣透平發電機組試車振動問題分析與處理

李小川，牛小月（北京明誠技術開發有限公司動力室，北京　100049）

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一臺高爐煤氣透平發電機組試車振動問題分析與處理

李小川，牛小月
（北京明誠技術開發有限公司動力室，北京100049）

【摘要】針對某臺高爐煤氣透平發電機組（TRT）施工完成后進行熱試產生的振動現象，進行了一系列的分析，并提出具體的解決措施，為今后TRT機組管系布置和工廠設計提供一定的參考。

【關鍵詞】TRT、振動、解決措施

1　前言

某鋼廠4#高爐擴容改造,新增一套配套的煤氣透平發電機組--TRT機組，機組主要由透平主機、聯軸器、發電機等組成，TRT是利用高爐冶煉的副產品--高爐爐頂煤氣，其具有的壓力能及熱能，使煤氣通過透平膨脹機做功，將其轉化為機械能，驅動發電機裝置發電的一種二次能源回收裝置。

工程竣工后，在試車過程中，透平機組進氣端和出氣端的軸瓦振動值均超過停機值120滋m，后經多次采取措施、重復試車，最后成功運行投產。本文從設計的角度并結合工程現場實際情況總結了透平機組試車振動超標的原因以及采取的具體措施，并對各種解決措施的關鍵點一一進行分析。

2　振動分析與處理措施

2.1設計綜述

TRT透平機煤氣流向采取下進下出的方式，透平機進、出口均是矩形法蘭接口，連接管道為焊接圓管。因此，在透平機進、出口垂直管道上設置了天方地圓管，底部連接90毅焊制彎頭。以透平進口管道為例，如圖1。彎頭用彎頭托座支撐，底部設置彈簧托座安放在混凝土支墩上。與90毅焊制彎頭相連的是橫向型波紋管補償器，之后便是固定支架管道約束點。

機組運行時，透平機進、出口管道內的煤氣介質溫度較高，透平機本身固定在設備基礎上，與進、出口相連的管道受熱膨脹向下位移。在垂直管道彎頭托座底部設置的相應的彈簧托座，用于吸收管道在垂直方向上的熱位移和機組運行時產生的振動。

由于透平機進、出口管段管件復雜、閥門較多，在靠近透平機進、出口處設置了固定點，并與相應的波紋管補償器相結合，旨在使透平機進、出口的管系簡化，并與外部的管系隔開，從而避免外部管系對透平機產生影響。

2.2試車情況

單機調試完畢后進行聯動試車，試車過程中，隨著溫度的上升，透平機進、出口軸振動檢測數值持續上升，直至達到報警值120滋m被迫停機。根據放置在透平機彎頭托座底部的水平位移測定表，發現水平管道熱態和冷態時的位移相差約4 mm。

隨著溫度的上升，透平機進、出口垂直管道的向下位移量極小，幾乎檢測不到。彈簧托座也未觀察到變形。

在若干次的試車過程中，發現靠近透平機入口的固定鋼支架有向透平機方向彎曲的跡象，實際測量頂部托座偏離約10 mm。

2.3問題分析

（1）TRT透平機進、出口波紋管補償器的設置問題

透平機進、出口管道內介質溫度上升后，管道有熱膨脹位移現象，均往彎頭后部移動。因波紋管補償器另一側為管道的固定點，不能被波紋管吸收軸向位移的水平管道（如彎頭水平段）會使彎頭垂直中心線發生偏移，這樣會對透平機產生了一個側向力作用，造成了機組的振動。

（2）TRT透平機進、出口立管彈簧托座的設置問題

根據設計值，在高爐煤氣工況溫度下，透平進、出口的向下位移量約10~20 mm.，而實際的位移量卻極小。實際檢查彈簧構造發現，彈簧直徑很大，對應的剛度值也很大，經計算大于管道位移向下的力，因而，勢必會給機組一個較大的反力。

（3）TRT透平機進、出口段固定支架施工問題

實際檢查固定支架、滑動托座，發現架面形式由于施工的原因未嚴格按照圖紙施工。另外，其他的滑動托座處本應和底部支架保持滑動摩擦，但實際卻有很多地方被點焊，這樣就影響了管道的正常熱位移。煤氣管道固定支架承受的推力主要有補償器的反彈力、氣體內壓作用于鼓壁及管端（或盲板）的推力、支架的摩擦力等，如下式：

式中，FS--補償器作用于固定支架上的彈性推力；

FN--氣體內壓對固定支架的推力；

Fm--剛性支架的摩擦力。

此次管系中，因管道閥門等附件多而重，摩擦力遠遠大于管道的彈性力。

圖1　透平機進、出口管道立面布置圖

2.4解決措施

（1）調整波紋管補償器，將彎頭的水平段軸向位移吸收，與波紋管生產廠家進行溝通協商后，采取了兩種辦法：一是預緊大拉桿，在管道熱態時擰緊拉桿兩側外螺母；二是在90毅焊制彎頭的垂直中心線上增加受力拉盤，更換四根較長的大拉桿，將新增受力盤和原固定點附近的受力盤用大拉桿固定，彎頭水平段的軸向位移通過原大拉桿內的補償器吸收。以透平進口為例，如圖2。

（2）更換彈簧托座，并將之前較大的彈簧托座分為兩個小型的彈簧托座，以降低彈簧的剛度值。

（3）經重新計算，對管道支架和托座采取措施，一是澆筑混凝土包覆固定支架，以增加固定支架的強度；二是加固固定點處的固定托座；最后使滑動托座與底部的鋼支架間保持滑動。

2.5結果驗證

以上措施實施完畢后，對機組重新進行多次試車和改進。試車過程中，對透平機底部的垂直管道向下的位移量進行檢測，發現管道位移向下明顯，實際測量的位移量與計算位移量接近。軸振動檢測值隨著高爐煤氣工況的變化有不穩定的現象產生。機組的振動較之前有明顯的改善，持續運行數小時后，振動值上升穩定至80~90滋m，已達到報警值，但未達到停機值，之后成功地進行了并網發電。但是當熱負荷提升時，振動的現象又開始劇烈，機組被迫再次停機。

圖2　透平機進口波紋管補償器改造示意圖

3　設置垂直導向筒的處理方案

在上述措施實施后，透平機振動現象有了較大的改善，但因機組振動值超標問題，仍然無法滿負荷運行并網發電。在經過多次與設備廠家及相關技術人員溝通討論后，采取了在透平機進、出口彎頭托座底部放置垂直導向筒的方式，如圖3。

圖3　垂直導向筒示意圖

將套筒的上部與彎頭托座底板焊接牢固，套筒底部與土建支墩焊接牢固，并使套筒的垂直中心線與透平機入口（或出口）的垂直中心線保持重合。從而約束了垂直管道在水平方向上的位移，但在垂直方向上仍可保持滑動。

再次啟車后，從沖轉到最大轉速到并網發電，再到機組滿負荷運轉，機組運行情況始終正常，軸振動各點檢測值均不超過30滋m，TRT發電機組順利投產。

4　總結

從機組第一次聯動試車到最后順利投產，機組的軸振動超標現象一直持續出現。采取了多種措施，包括改造橫向型波紋管補償器、更換彈簧托座、加固固定支架，直到最后設置垂直限位套筒。垂直限位套筒對于改善機組振動作用非常明顯，但是其他措施的影響也不應忽視。類似的設計工作，應重點在以下幾方面考慮：

（1）合理的設置管系固定點和波紋管補償器，應使固定支架和補償器盡量遠離透平機，使透平機附近管道的熱位移及推力向外部傳遞；

（2）在透平機進、出口彎頭托座底部設置垂直導向筒將成為一個成功范例，值得在類似工程中進行推廣。在水平方向上對垂直管道進行約束，而在垂直方向上可以保持滑動，很好的限制了管道水平方向上的熱位移和綜合作用力對透平機產生的影響。但是安裝時，一定要注意套筒的垂直中心線應和透平機殼的出入口中心線保持重合，而非與出入口管道的中心線保持重合。

[參考文獻]

[1]《鋼鐵企業燃氣設計參考資料》編寫組.鋼鐵企業燃氣設計參考資料-煤氣部分[M].北京：冶金工業出版社，1978.

Analysis and Treatment of the Vibration Phenomenon of one TRT

LI Xiaochuan，NIU Xiaoyue
(Beijing Mingcheng Technology Development Co.,Ltd,Beijinng 100049，China)

【Abstract】In view of the Vibration phenomenon of one blast-furnace top gas recovery turbine unit(TRT) in the process of trial operation after the construction,the article carries out a series of analysis and puts forward concrete measures to provide references for TRT piping arrangement and plant design in the future.

【Keywords】TRT；vibration；measures

作者簡介：李小川（1986-），男，2011年畢業于內蒙古科技大學供熱、供燃氣、通風及空調專業，工程師，現從事工業燃氣及熱力設計。

收稿日期：2015-07-13

【中圖分類號】TM31

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764（2015）10-0047-03