TRT透平機(jī)殼變形原因分析與解決方案

連 濤

（包鋼鋼聯(lián)股份有限公司動(dòng)供總廠，內(nèi)蒙古包頭 014010）

1 概述

高爐煤氣余壓發(fā)電裝置(TRT)是將高爐爐頂有壓煤氣的壓力能通過余壓透平裝置回收、并將其轉(zhuǎn)化成電能的裝置，是一項(xiàng)既不消耗燃料、又無污染的環(huán)保型節(jié)能設(shè)施。TRT 工藝原理示意圖如圖1 所示。煤氣余壓回收透平發(fā)電成套設(shè)備由煤氣膨脹透平、發(fā)電機(jī)、潤滑油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)、煤氣進(jìn)出口閥門系統(tǒng)、高低壓發(fā)配電系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)幾大部分組成。

圖1 TRT工藝原理示意圖

TRT透平機(jī)殼變形會(huì)帶來煤氣泄漏、爆炸、中毒等重大危害。本文就TRT 透平機(jī)殼變形的原因進(jìn)行分析，并提出解決方案。

2 TRT透平機(jī)變形的原因

以包鋼稀土鋼板材公司現(xiàn)有35 MW 高爐煤氣余壓發(fā)電機(jī)組為例，對(duì)TRT 透平機(jī)殼變形問題進(jìn)行分析探討。

其TRT主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 TRT主要技術(shù)參數(shù)

(1)TRT透平機(jī)殼生產(chǎn)制造因素

TRT 透平機(jī)殼為焊接制作，出廠時(shí)未經(jīng)過必要的時(shí)效處理，機(jī)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)殘余應(yīng)力未完全釋放，可導(dǎo)致設(shè)備投運(yùn)后應(yīng)力釋放發(fā)生一定的變形。

（2）TRT透平機(jī)檢修因素

TRT 透平機(jī)在檢修后回裝透平機(jī)殼時(shí)，螺栓緊固的順序和方法不恰當(dāng)，透平機(jī)上下機(jī)殼結(jié)合面不能緊密接觸，而發(fā)生機(jī)殼變形。透平機(jī)下機(jī)殼及結(jié)合面如圖2所示。

圖2 透平機(jī)下機(jī)殼及結(jié)合面

透平機(jī)結(jié)合面所有的螺栓在緊固時(shí)，沒有保證螺栓預(yù)緊力矩相同，各螺栓緊固后受力不均勻，機(jī)組在高溫運(yùn)行時(shí)螺栓和透平機(jī)殼膨脹量不同，而導(dǎo)致螺栓松弛和透平機(jī)上下機(jī)殼接觸不緊密，發(fā)生機(jī)殼變形。

（3）煤氣溫度過高因素

透平機(jī)耐溫小于等于250 ℃，當(dāng)透平機(jī)內(nèi)高爐煤氣溫度過高，超出設(shè)計(jì)范圍，結(jié)合透平機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，透平機(jī)殼與靜葉承缸直接接觸，透平機(jī)殼與靜葉承缸發(fā)生擠壓變形，這種狀態(tài)下的變形量較大，通過正確的螺栓緊固順序和方法無法補(bǔ)償透平機(jī)殼與靜葉承缸的變形量，透平機(jī)殼與靜葉承缸的變形導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)葉與承缸靜葉間隙超標(biāo)及轉(zhuǎn)子的振動(dòng)增大，碳環(huán)發(fā)生嚴(yán)重磨損，梳齒密封與碳環(huán)密封的配合密封形式失效，透平機(jī)殼將發(fā)生上下機(jī)殼結(jié)合面及軸向多處漏氣現(xiàn)象。TRT在煤氣溫度過高時(shí)運(yùn)行是一種非常危險(xiǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。所以透平機(jī)殼溫度過高引起的透平機(jī)殼變形，不僅有機(jī)殼的變形的問題，還有承缸與動(dòng)葉、靜葉與轉(zhuǎn)子的間隙問題及軸向密封問題。動(dòng)葉與靜葉承缸、靜葉與轉(zhuǎn)子間隙如圖3所示。

圖3 動(dòng)葉與靜葉承缸、靜葉與轉(zhuǎn)子間隙示意圖

3 TRT透平機(jī)殼變形解決方案

3.1 機(jī)殼生產(chǎn)制造導(dǎo)致機(jī)殼變形的解決方案

時(shí)效處理的目的是消除機(jī)殼的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機(jī)械性能。這種透平機(jī)殼的變形應(yīng)該避免，在設(shè)備制造階段應(yīng)該督促制造廠家保證制造加工精度，并做出相應(yīng)的處理，才能保證設(shè)備安裝調(diào)試的順利進(jìn)行和日后設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 TRT透平機(jī)檢修導(dǎo)致機(jī)殼變形的解決方案

TRT 透平機(jī)在檢修后回裝機(jī)殼，要保證透平機(jī)殼結(jié)合面緊密接觸，應(yīng)先清理結(jié)合面，清除雜物和油漬，再均勻涂抹密封膠，待上機(jī)殼完全落下再緊固螺栓。TRT透平機(jī)殼螺栓的緊固應(yīng)按正確的緊固順序和方法進(jìn)行，應(yīng)從透平機(jī)殼中部與靜葉承缸接觸處螺栓開始，然后在結(jié)合面左右兩側(cè)對(duì)稱地分別向透平機(jī)入口端和出口端進(jìn)行緊固，使透平機(jī)殼結(jié)合面上有足夠的接觸應(yīng)力。

透平機(jī)結(jié)合面所有的螺栓在緊固時(shí)，都要進(jìn)行預(yù)緊，即給螺栓一個(gè)定量的彈性應(yīng)變，以確保機(jī)組在高溫運(yùn)行時(shí)和透平機(jī)殼膨脹一致，避免透平機(jī)殼結(jié)合面漏氣。

3.3 TRT 透平機(jī)煤氣溫度過高導(dǎo)致機(jī)殼變形的解決方案

TRT 透平機(jī)從安裝到運(yùn)行過程，透平機(jī)殼與靜葉承缸始終緊密結(jié)合，二者的變形趨勢(shì)一致，透平機(jī)上下機(jī)殼垂直中分面均為螺栓聯(lián)接，通過調(diào)整透平機(jī)上下機(jī)殼垂直中分面螺栓，保證上下機(jī)殼垂直中分面和水平結(jié)合面無高低錯(cuò)臺(tái)，由于透平機(jī)殼體積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，高溫變形無法完全消除。這種方法只能在保證機(jī)殼不漏氣的前提下，消除部分機(jī)殼變形。靜葉承缸受高溫發(fā)生變形，靜葉承缸內(nèi)壁由原來的圓形，變?yōu)椴灰?guī)則的橢圓形，則出現(xiàn)橢圓形長軸方向附近間隙增大，短軸方向附近間隙減小。葉片間隙小于設(shè)計(jì)允許范圍，不符合設(shè)備安裝調(diào)試要求，葉片間隙過小會(huì)造成葉片的刮蹭甚至折斷的嚴(yán)重后果，葉片間隙過大會(huì)影響TRT 機(jī)組的發(fā)電效率，不影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行;而葉片間隙過小對(duì)發(fā)電效率的影響很小。對(duì)葉片間隙過小的處理方法是打磨葉片頂端或接觸內(nèi)壁。考慮到TRT 透平機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并分三級(jí)布置有動(dòng)葉葉片，動(dòng)葉的拆卸安裝較靜葉復(fù)雜，一旦對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行處理，所有動(dòng)葉葉片都需處理，并重新做動(dòng)平衡，工作量較大。對(duì)靜葉葉片頂端和靜葉承缸內(nèi)壁進(jìn)行打磨處理只需局部處理橢圓短軸方向附近間隙過小的幾個(gè)區(qū)域，即可保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中各級(jí)葉片間隙達(dá)標(biāo)。包鋼稀土鋼板材公司7#高爐TRT 一級(jí)動(dòng)葉間隙處理測(cè)量記錄如圖4所示。

圖4 7#高爐TRT一級(jí)動(dòng)葉間隙處理測(cè)量記錄

梳齒密封與碳環(huán)密封相結(jié)合的密封方式失效，主要是因?yàn)樘辑h(huán)的磨損。如果碳環(huán)的磨損量不大，適當(dāng)調(diào)整氮?dú)饷芊獾膲毫肀３忠环N平衡狀態(tài)，阻止軸向煤氣泄漏。如果碳環(huán)的磨損量較大，則需要更換碳環(huán)。

4 機(jī)殼變形問題的處理效果

以上各種造成透平機(jī)殼的變形的因素在設(shè)備運(yùn)行過程中比較常見，其中前兩種引起機(jī)殼變形因素的解決方法較簡單，在設(shè)備安裝調(diào)試和日常維護(hù)及檢修工作中多加關(guān)注，即可避免機(jī)殼變形而導(dǎo)致煤氣泄漏，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安裝調(diào)試及生產(chǎn)運(yùn)行的順利進(jìn)行，消除設(shè)備煤氣泄漏的安全隱患。而透平機(jī)煤氣溫度過高而發(fā)生機(jī)殼變形的情況處理起來比較復(fù)雜，它直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成設(shè)備多項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)超標(biāo)及零部件配合失效。包鋼稀土鋼板材公司7#高爐TRT 機(jī)組即發(fā)生這種情況，并按上述相應(yīng)解決方案進(jìn)行了檢修處理，檢修效果顯著，達(dá)到了理想的檢修目標(biāo)，最大限度地消除了透平機(jī)殼變形造成的設(shè)備損傷，減少了設(shè)備停機(jī)檢修時(shí)間，從而降低設(shè)備停機(jī)造成的發(fā)電量損失，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在設(shè)備運(yùn)行中要盡量避免上述各種機(jī)殼變形情況的發(fā)生，尤其要嚴(yán)格控制透平機(jī)入口煤氣溫度，避免透平機(jī)殼溫度超標(biāo)而造成的一系列危害和設(shè)備嚴(yán)重?fù)p傷。

5 結(jié)束語

高爐煤氣余壓發(fā)電裝置實(shí)際是一種物理能的回收利用裝置，在保證高爐正常生產(chǎn)的前提條件下，盡可能多發(fā)電，一方面回收能源，另一方面能更平穩(wěn)地調(diào)節(jié)和控制爐頂壓力。在日常生產(chǎn)過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的點(diǎn)巡檢，避免發(fā)生透平機(jī)殼變形情況對(duì)設(shè)備造成損壞，延長設(shè)備檢修周期，保證設(shè)備的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)企業(yè)降本增效。