TRT透平機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、潤滑油系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、氮氣密封系統(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透平機殼變形會帶來煤氣泄漏、爆炸、中毒等重大危害。本文就TRT 透平機殼變形的原因進(jìn)行分析，并提出解決方案。

2 TRT透平機變形的原因

以包鋼稀土鋼板材公司現(xiàn)有35 MW 高爐煤氣余壓發(fā)電機組為例，對TRT 透平機殼變形問題進(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透平機殼生產(chǎn)制造因素

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

（2）TRT透平機檢修因素

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

圖2 透平機下機殼及結(jié)合面

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

（3）煤氣溫度過高因素

透平機耐溫小于等于250 ℃，當(dāng)透平機內(nèi)高爐煤氣溫度過高，超出設(shè)計范圍，結(jié)合透平機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，透平機殼與靜葉承缸直接接觸，透平機殼與靜葉承缸發(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償透平機殼與靜葉承缸的變形量，透平機殼與靜葉承缸的變形導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動葉與承缸靜葉間隙超標(biāo)及轉(zhuǎn)子的振動增大，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，透平機殼將發(fā)生上下機殼結(jié)合面及軸向多處漏氣現(xiàn)象。TRT在煤氣溫度過高時運行是一種非常危險的運行狀態(tài)。所以透平機殼溫度過高引起的透平機殼變形，不僅有機殼的變形的問題，還有承缸與動葉、靜葉與轉(zhuǎn)子的間隙問題及軸向密封問題。動葉與靜葉承缸、靜葉與轉(zhuǎn)子間隙如圖3所示。

圖3 動葉與靜葉承缸、靜葉與轉(zhuǎn)子間隙示意圖

3 TRT透平機殼變形解決方案

3.1 機殼生產(chǎn)制造導(dǎo)致機殼變形的解決方案

時效處理的目的是消除機殼的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機械性能。這種透平機殼的變形應(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)定運行。

3.2 TRT透平機檢修導(dǎo)致機殼變形的解決方案

TRT 透平機在檢修后回裝機殼，要保證透平機殼結(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，待上機殼完全落下再緊固螺栓。TRT透平機殼螺栓的緊固應(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)對稱地分別向透平機入口端和出口端進(jìn)行緊固，使透平機殼結(jié)合面上有足夠的接觸應(yīng)力。

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

3.3 TRT 透平機煤氣溫度過高導(dǎo)致機殼變形的解決方案

TRT 透平機從安裝到運行過程，透平機殼與靜葉承缸始終緊密結(jié)合，二者的變形趨勢一致，透平機上下機殼垂直中分面均為螺栓聯(lián)接，通過調(diào)整透平機上下機殼垂直中分面螺栓，保證上下機殼垂直中分面和水平結(jié)合面無高低錯臺，由于透平機殼體積大，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殼不漏氣的前提下，消除部分機殼變形。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)計允許范圍，不符合設(shè)備安裝調(diào)試要求，葉片間隙過小會造成葉片的刮蹭甚至折斷的嚴(yán)重后果，葉片間隙過大會影響TRT 機組的發(fā)電效率，不影響機組的穩(wěn)定運行;而葉片間隙過小對發(fā)電效率的影響很小。對葉片間隙過小的處理方法是打磨葉片頂端或接觸內(nèi)壁?？紤]到TRT 透平機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并分三級布置有動葉葉片，動葉的拆卸安裝較靜葉復(fù)雜，一旦對轉(zhuǎn)子進(jìn)行處理，所有動葉葉片都需處理，并重新做動平衡，工作量較大。對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區(qū)域，即可保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中各級葉片間隙達(dá)標(biāo)。包鋼稀土鋼板材公司7#高爐TRT 一級動葉間隙處理測量記錄如圖4所示。

圖4 7#高爐TRT一級動葉間隙處理測量記錄

梳齒密封與碳環(huán)密封相結(jié)合的密封方式失效，主要是因為碳環(huán)的磨損。如果碳環(huán)的磨損量不大，適當(dāng)調(diào)整氮氣密封的壓力來保持一種平衡狀態(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 機殼變形問題的處理效果

以上各種造成透平機殼的變形的因素在設(shè)備運行過程中比較常見，其中前兩種引起機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，即可避免機殼變形而導(dǎo)致煤氣泄漏，實現(xiàn)設(shè)備安裝調(diào)試及生產(chǎn)運行的順利進(jìn)行，消除設(shè)備煤氣泄漏的安全隱患。而透平機煤氣溫度過高而發(fā)生機殼變形的情況處理起來比較復(fù)雜，它直接影響機組的安全穩(wěn)定運行，造成設(shè)備多項運行參數(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殼變形造成的設(shè)備損傷，減少了設(shè)備停機檢修時間，從而降低設(shè)備停機造成的發(fā)電量損失，實現(xiàn)機組安全穩(wěn)定運行。

在設(shè)備運行中要盡量避免上述各種機殼變形情況的發(fā)生，尤其要嚴(yán)格控制透平機入口煤氣溫度，避免透平機殼溫度超標(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)加強對設(shè)備的點巡檢，避免發(fā)生透平機殼變形情況對設(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)定運行，實現(xiàn)企業(yè)降本增效。