八鋼高爐TRT發(fā)電機組設(shè)備維修實踐的探討

呂俊明 ，趙軍 ，余方升 ，姜新河

（1.寶鋼集團八鋼公司設(shè)備工程部；2.新疆八一鋼鐵股份有限公司能源中心）

1 前言

高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（TRT）是利用高爐爐頂煤氣的余壓，把煤氣導入透平中膨脹作功，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的能量回收機組。該裝置可回收高爐鼓風機所需能量的25%～30%。正常運轉(zhuǎn)時，對爐頂壓力控制靈敏，波動幅度小，能代替減壓閥組，起到很好地調(diào)節(jié)、穩(wěn)定爐頂壓力，凈化煤氣的作用。

自2008年八鋼ABC三座2500m3高爐TRT發(fā)電機組陸續(xù)投運（ATRT于2008年投運，BTRT于2009年投運，CTRT于2011年投運），起到了平穩(wěn)高爐運行，增產(chǎn)降本的良好效果，三臺TRT發(fā)電機組歷經(jīng)6～8年的穩(wěn)定運行，自2015年后陸續(xù)出現(xiàn)各類設(shè)備隱患，故障停機逐漸增多，TRT發(fā)電機組經(jīng)濟運行效益下降，設(shè)備安全運行風險加大。

以八鋼BTRT發(fā)電機組為例，分析影響高爐TRT發(fā)電機組穩(wěn)定運行的主要設(shè)備因素，針對TRT發(fā)電機組運行及維修管理存在的薄弱環(huán)節(jié)，提出經(jīng)濟性控制策略，取得的實踐經(jīng)驗為八鋼公司大型關(guān)鍵設(shè)備的運行及維修管理工作提供了參考。

2 影響TRT發(fā)電機組穩(wěn)定運行的設(shè)備因素

2.1 TRT發(fā)電機組設(shè)備組成及性能參數(shù)

TRT電機組主要由透平膨脹機、三相同步發(fā)電機和勵磁機等設(shè)備組成。

2.1.1 膨脹機

型號為MPG19.9-281/150；型式為干式軸、流反動式；機殼型式為臥式水平剖分式；機組重量141.1t；定子 70.55t；定子下部 47t；轉(zhuǎn)子 17.9t；軸功率 12600kW，工作轉(zhuǎn)速3000r/min；進口壓力190kPa，出口壓力10KPa；進口流量40萬 Nm3/h，進口溫度150℃。

2.1.2 三相同步發(fā)電機

型號為QFW-18-2；重量55900kg；額定容量22.5MVA，額定功率18000kW，額定轉(zhuǎn)速3000r/min；額定頻率50HZ，額定功率因數(shù)0.8。

2.1.3 交流勵磁機主要技術(shù)參數(shù)

電壓166V，功率81kVA，電流281A，頻率100HZ；勵磁電壓66.4V，勵磁電流5.3A，級數(shù)4。

2.2 影響TRT機組運行穩(wěn)定性的設(shè)備因素

針對近幾年高爐TRT故障原因進行分析，將影響TRT機組運行穩(wěn)定性的設(shè)備因素歸納為六類故障類型，影響TRT發(fā)電機組穩(wěn)定運行的最主要因素，見表1。

表1 影響TRT機組運行穩(wěn)定性的設(shè)備因素

以八鋼B高爐BTRT發(fā)電機組為例，針對影響高爐TRT發(fā)電機組穩(wěn)定運行的主要設(shè)備因素，對TRT發(fā)電機組運行及維修管理策略進行了實踐探索。

3 BTRT發(fā)電機組透平機設(shè)備隱患的影響

2017年，BTRT因轉(zhuǎn)子葉片承缸靜葉磨損嚴重，造成高爐頂壓控制不穩(wěn)定，承缸兩側(cè)靜葉調(diào)整油缸不同步等設(shè)備問題，致使BTRT噸鐵發(fā)電量降至44.39 kWh，標準發(fā)電量為48 kWh。

3.1 BTRT機組因承缸靜葉卡死

高爐除塵器布袋破損或袋口密封不好，造成高爐凈煤氣含塵量超標，而BTRT機組煤氣含塵跳機連鎖保護（跳機值設(shè)定≥5 mg／m3，運行超過24h跳機；≥10 mg／m3，運行超過4h跳機）處于失效狀態(tài)，導致透平機轉(zhuǎn)子葉片、承缸及靜葉過早出現(xiàn)沖刷磨損，2017年1月，發(fā)生承缸靜葉卡死，檢修過程中發(fā)現(xiàn)透平機轉(zhuǎn)子葉片、承缸及靜葉磨損，更換備用轉(zhuǎn)子，因無承缸靜葉備件，未更換。

3.2 轉(zhuǎn)子軸套及兩端氣封片磨損

由于碳環(huán)長期接觸摩擦，下線轉(zhuǎn)子的軸套磨出約3mm深的溝槽，同時兩端密封部位有較多氣封片磨損、缺失，造成設(shè)備本體泄漏高爐煤氣。

3.3 靜葉不能穩(wěn)定控制高爐頂壓，發(fā)電機負荷偏低

在運行過程中BTRT靜葉與四閥組同時參與高爐頂壓的調(diào)整，不利于高爐頂壓的穩(wěn)定，同時一部分煤氣通過四閥組降壓進入管網(wǎng)系統(tǒng)不參與發(fā)電，造成能源浪費。

3.4 液壓伺服系統(tǒng)故障

因伺服液壓系統(tǒng)油品污染，造成伺服閥堵塞，動作失靈、滯后，承缸兩側(cè)靜葉油缸不同步發(fā)生快切閥報警跳機。其中，BTRT因轉(zhuǎn)子葉片，承缸靜葉磨損嚴重，是造成高爐頂壓控制不穩(wěn)定、系統(tǒng)發(fā)電效率低下的主要問題。

因此，對BTRT發(fā)電機組轉(zhuǎn)子葉片、承缸靜葉等大型關(guān)鍵設(shè)備制定經(jīng)濟性維修方案，實施維修，恢復設(shè)備功能，保證TRT平穩(wěn)運行，達到經(jīng)濟效益是設(shè)備維修工作的重點。

4 BTRT發(fā)電機組穩(wěn)定運行的維修實踐

4.1 調(diào)整靜葉PID值穩(wěn)定控制高爐頂壓

4.1.1 解決靜葉控頂壓不穩(wěn)的問題

通過觀察發(fā)現(xiàn)，靜葉控制與四閥組控制幾乎同時參與，因沒有基準，不好調(diào)整。通過調(diào)整靜葉PID值，頂壓在3000Pa以內(nèi)靜葉控制優(yōu)先動作，超過5000Pa四閥組再參與調(diào)解，從而控制了頂壓。

4.1.2 解決發(fā)電功率低問題

高爐產(chǎn)生的煤氣是通過兩個通道進入管網(wǎng)，即四閥組減壓或TRT做完功后進入管網(wǎng)。在正常的情況下通過四閥組的煤氣越少，則通過TRT的煤氣就越大，發(fā)電量就高。為此，進行了改進：（1）修改程序，使頂壓在3000Pa以內(nèi)靜葉優(yōu)先動作，超過5000Pa四閥組再參與調(diào)解，正常情況下四閥組關(guān)閉，煤氣都通過TRT做功；（2）要求熱風爐關(guān)閉手動調(diào)節(jié)閥，并監(jiān)控四閥組，正常情況下要求及時關(guān)閉。措施實施后機組發(fā)電功率保持在每小時10000kW以上，提高了發(fā)電功率。

4.2 完善TRT發(fā)電機組連鎖保護功能

4.2.1 高爐煤氣出口在線粉塵儀的運行

修復高爐煤氣出口在線粉塵儀，確保煤氣含塵跳機連鎖保護正常運行，高爐凈煤氣含塵量不超標。完善TRT發(fā)電機組三級聯(lián)絡(luò)機制，及時通報高爐凈煤氣含塵量指標，TRT機組運行異常要及時反饋。

4.2.2 完善TRT發(fā)電機組連鎖保護功能

（1）粉塵濃度≥10 mg／m3，不允許開機運行。運行保護條件：粉塵濃度≥5 mg／m3，運行超過24h跳機；粉塵濃度≥10 mg／m3，運行超過4h跳機；粉塵濃度≥20 mg／m3，運行超過2h跳機；粉塵濃度≥30 mg／m3，運行超過 0.5h跳機。

（2）在線粉塵檢測儀的量程設(shè)定不得擅自修改。兩個在線粉塵檢測儀監(jiān)測值相差較大時，啟動人工取樣。

（3）完善備用倉切換功能。確保粉塵檢測設(shè)備故障時退出運行后檢修。傳感器發(fā)生故障或損壞后，超過4小時自動切換備用倉。

4.3 修訂設(shè)備維修操作的技術(shù)標準

（1）根據(jù)近幾年的實踐經(jīng)驗，對于容易發(fā)生磨損的轉(zhuǎn)子氣封以及入口、出口煤氣管道補償器等易腐蝕破損部件，修訂了維修技術(shù)標準。標準中規(guī)定了磨損腐蝕部件檢查、修復更換的合理周期，以及高爐煤氣泄漏發(fā)生時的安全控制措施。

（2）將TRT設(shè)備納入八鋼公司設(shè)備定（年）修年度計劃管理，TRT的定修（含大修）計劃與高爐的定（年）修計劃同步實施。即：TRT的施工工期最大限度與高爐的檢修工期進行重合，避免重復停機（爐）。

4.4 執(zhí)行油品管理制度，保證油品質(zhì)量

嚴格落實油品“五定三過濾”要求，定期進行油品清潔度檢驗，保證伺服液壓系統(tǒng)油品清潔，消除伺服閥堵塞帶來的動作失靈、滯后現(xiàn)象。

4.5 BTRT發(fā)電機組透平機主要部件轉(zhuǎn)子維修

透平機轉(zhuǎn)子是TRT主要部件，也是維修難度最大，修復價值最高的部件。在本次BTRT發(fā)電機組穩(wěn)定運行維修實踐中，做好轉(zhuǎn)子及葉片等大型關(guān)鍵部件恢復設(shè)備功能，保證TRT平穩(wěn)運行，并且使修復價格經(jīng)濟合理，也是本次設(shè)備維修工作的重點。

5 BTRT發(fā)電機組透維修經(jīng)濟性探索

5.1 透平機轉(zhuǎn)子維修經(jīng)濟性

2017年前，針對蝕損的TRT轉(zhuǎn)子修復方式是委托主機制造廠進行返修，返修費用高而且修復周期長。2017年8月，BTRT發(fā)電機組運行單位要求對已磨損下線的轉(zhuǎn)子委托主機生產(chǎn)廠家承接修復。主機生產(chǎn)對返修轉(zhuǎn)子的報價較歷史價格又上漲約45%，比國內(nèi)市場轉(zhuǎn)子修復價格高55%。

針對現(xiàn)實問題，為尋求經(jīng)濟的維修價格，八鋼設(shè)備管理部門采用競爭性管理方案對該轉(zhuǎn)子進行返修經(jīng)濟性分析，積極在國內(nèi)開展多方尋源工作，了解到A公司擅長激光修復與激光再制造技術(shù)，且在鞍鋼、首鋼、包鋼、電力、石化行業(yè)有同類TRT轉(zhuǎn)子修復業(yè)績和成功經(jīng)驗。對此，通過與A公司主動聯(lián)系，開展了全方位的轉(zhuǎn)子維修技術(shù)對接交流，確認A公司具備轉(zhuǎn)子修復的技術(shù)能力和良好的維修業(yè)績，最終采用競爭性方案進行轉(zhuǎn)子返修競價招標。

通過招投標，A公司中標價格只有主機生產(chǎn)廠家報價60%，合同交貨期為45天，比主機廠家的5個月縮短了維修周期。此項措施對八鋼設(shè)備維修管理具有長期戰(zhàn)略意義。

5.2 透平機轉(zhuǎn)子維修技術(shù)實踐

5.2.1 轉(zhuǎn)子修復檢測

2018年10月，BTRT機組和ATRT機組同停開展年修工作。A公司在此期間測繪新、舊承缸尺寸，用于推算確定所修復轉(zhuǎn)子葉片與新承缸配合部位的尺寸，保證所返修轉(zhuǎn)子能夠和承缸配套使用，45天內(nèi)交付修復轉(zhuǎn)子。經(jīng)測量計算確定承缸錐度為6°50′，一級靜葉之間的搭接間隙均＜0.4mm（標準為＜0.6mm），最終推算出轉(zhuǎn)子葉片加工外徑后開始進行轉(zhuǎn)子修復。

5.2.2 修復轉(zhuǎn)子質(zhì)量驗收及上機驗證工作

2018年11月中旬，A公司返修轉(zhuǎn)子到貨，針對“缺少轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部無損探傷報告、外徑尺寸標注不全”兩項問題，要求該公司出具修復轉(zhuǎn)子的產(chǎn)品質(zhì)量承諾書。12月中旬，BTRT機組停機檢修，開展轉(zhuǎn)子上機驗證工作，對修復轉(zhuǎn)子和承缸之間的動靜間隙匹配予以確認，見表2。

表2 BTRT機組轉(zhuǎn)子修復測量數(shù)據(jù)記錄 mm

經(jīng)修復轉(zhuǎn)子上機驗證，確認修復轉(zhuǎn)子和承缸之間的動靜間隙能夠匹配。

5.2.3 BTRT發(fā)電機組運行

2019年1月2日，BTRT發(fā)電機組于并網(wǎng)發(fā)電，發(fā)電量正常，穩(wěn)定在9～10MW/h，檢修后動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)均在控制標準范圍內(nèi)，達到技術(shù)要求，見表3。

表3 BTRT機組檢修后動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)

5.2.4 效果

BTRT機組維修后的噸鐵發(fā)電量比維修前增加了3.6kW·h/t，已接近48 kWh的標準發(fā)電量，發(fā)電效率明顯提高，驗證了返修轉(zhuǎn)子滿足BTRT機組性能需要。從運行中最大工況時BTRT發(fā)電機組的做功情況來看，隨著高爐運行工況的優(yōu)化，BTRT機組的做功將會有進一步提升的空間，可力爭達到最優(yōu)噸鐵發(fā)電量指標52 kWh，見表4。

表4 BTRT機組維修前后的噸鐵發(fā)電量對比

在BTRT機組維修技術(shù)過程中，通過實踐摸索，修訂完善了TRT機組磨損腐蝕部件檢查、修復、更換維修技術(shù)標準。在針對TRT發(fā)電機組運行及維修模式的探索實踐中完善了設(shè)備維修的經(jīng)濟性控制策略積累了維修技術(shù)實踐經(jīng)驗，并取得了顯著的效益。

6 結(jié)束語

在此次維修管理中，八鋼設(shè)備管理部門通過對設(shè)備維修經(jīng)濟性方式的探索，提高了維修性價比，為八鋼節(jié)約了維修費用。

通過BTRT維修方式的管理創(chuàng)新，不僅完善了TRT發(fā)電機組運行及維修管理的環(huán)節(jié)，并且通過維修經(jīng)濟性控制策略和維修技術(shù)實踐，取得了較好的經(jīng)濟效益和維修效果，為今后八鋼公司大型關(guān)鍵設(shè)備的修復工作提供了指導依據(jù)和借鑒。