一台高炉煤气透平发电机组试车振动问题分析与处理

李小川，牛小月（北京明诚技术开发有限公司动力室，北京　100049）



一台高炉煤气透平发电机组试车振动问题分析与处理

李小川，牛小月
（北京明诚技术开发有限公司动力室，北京100049）

【摘要】针对某台高炉煤气透平发电机组（TRT）施工完成后进行热试产生的振动现象，进行了一系列的分析，并提出具体的解决措施，为今后TRT机组管系布置和工厂设计提供一定的参考。

【关键词】TRT、振动、解决措施

1　前言

某钢厂4#高炉扩容改造,新增一套配套的煤气透平发电机组--TRT机组，机组主要由透平主机、联轴器、发电机等组成，TRT是利用高炉冶炼的副产品--高炉炉顶煤气，其具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机装置发电的一种二次能源回收装置。

工程竣工后，在试车过程中，透平机组进气端和出气端的轴瓦振动值均超过停机值120滋m，后经多次采取措施、重复试车，最后成功运行投产。本文从设计的角度并结合工程现场实际情况总结了透平机组试车振动超标的原因以及采取的具体措施，并对各种解决措施的关键点一一进行分析。

2　振动分析与处理措施

2.1设计综述

TRT透平机煤气流向采取下进下出的方式，透平机进、出口均是矩形法兰接口，连接管道为焊接圆管。因此，在透平机进、出口垂直管道上设置了天方地圆管，底部连接90毅焊制弯头。以透平进口管道为例，如图1。弯头用弯头托座支撑，底部设置弹簧托座安放在混凝土支墩上。与90毅焊制弯头相连的是横向型波纹管补偿器，之后便是固定支架管道约束点。

机组运行时，透平机进、出口管道内的煤气介质温度较高，透平机本身固定在设备基础上，与进、出口相连的管道受热膨胀向下位移。在垂直管道弯头托座底部设置的相应的弹簧托座，用于吸收管道在垂直方向上的热位移和机组运行时产生的振动。

由于透平机进、出口管段管件复杂、阀门较多，在靠近透平机进、出口处设置了固定点，并与相应的波纹管补偿器相结合，旨在使透平机进、出口的管系简化，并与外部的管系隔开，从而避免外部管系对透平机产生影响。

2.2试车情况

单机调试完毕后进行联动试车，试车过程中，随着温度的上升，透平机进、出口轴振动检测数值持续上升，直至达到报警值120滋m被迫停机。根据放置在透平机弯头托座底部的水平位移测定表，发现水平管道热态和冷态时的位移相差约4 mm。

随着温度的上升，透平机进、出口垂直管道的向下位移量极小，几乎检测不到。弹簧托座也未观察到变形。

在若干次的试车过程中，发现靠近透平机入口的固定钢支架有向透平机方向弯曲的迹象，实际测量顶部托座偏离约10 mm。

2.3问题分析

（1）TRT透平机进、出口波纹管补偿器的设置问题

透平机进、出口管道内介质温度上升后，管道有热膨胀位移现象，均往弯头后部移动。因波纹管补偿器另一侧为管道的固定点，不能被波纹管吸收轴向位移的水平管道（如弯头水平段）会使弯头垂直中心线发生偏移，这样会对透平机产生了一个侧向力作用，造成了机组的振动。

（2）TRT透平机进、出口立管弹簧托座的设置问题

根据设计值，在高炉煤气工况温度下，透平进、出口的向下位移量约10~20 mm.，而实际的位移量却极小。实际检查弹簧构造发现，弹簧直径很大，对应的刚度值也很大，经计算大于管道位移向下的力，因而，势必会给机组一个较大的反力。

（3）TRT透平机进、出口段固定支架施工问题

实际检查固定支架、滑动托座，发现架面形式由于施工的原因未严格按照图纸施工。另外，其他的滑动托座处本应和底部支架保持滑动摩擦，但实际却有很多地方被点焊，这样就影响了管道的正常热位移。煤气管道固定支架承受的推力主要有补偿器的反弹力、气体内压作用于鼓壁及管端（或盲板）的推力、支架的摩擦力等，如下式：

式中，FS--补偿器作用于固定支架上的弹性推力；

FN--气体内压对固定支架的推力；

Fm--刚性支架的摩擦力。

此次管系中，因管道阀门等附件多而重，摩擦力远远大于管道的弹性力。

图1　透平机进、出口管道立面布置图

2.4解决措施

（1）调整波纹管补偿器，将弯头的水平段轴向位移吸收，与波纹管生产厂家进行沟通协商后，采取了两种办法：一是预紧大拉杆，在管道热态时拧紧拉杆两侧外螺母；二是在90毅焊制弯头的垂直中心线上增加受力拉盘，更换四根较长的大拉杆，将新增受力盘和原固定点附近的受力盘用大拉杆固定，弯头水平段的轴向位移通过原大拉杆内的补偿器吸收。以透平进口为例，如图2。

（2）更换弹簧托座，并将之前较大的弹簧托座分为两个小型的弹簧托座，以降低弹簧的刚度值。

（3）经重新计算，对管道支架和托座采取措施，一是浇筑混凝土包覆固定支架，以增加固定支架的强度；二是加固固定点处的固定托座；最后使滑动托座与底部的钢支架间保持滑动。

2.5结果验证

以上措施实施完毕后，对机组重新进行多次试车和改进。试车过程中，对透平机底部的垂直管道向下的位移量进行检测，发现管道位移向下明显，实际测量的位移量与计算位移量接近。轴振动检测值随着高炉煤气工况的变化有不稳定的现象产生。机组的振动较之前有明显的改善，持续运行数小时后，振动值上升稳定至80~90滋m，已达到报警值，但未达到停机值，之后成功地进行了并网发电。但是当热负荷提升时，振动的现象又开始剧烈，机组被迫再次停机。

图2　透平机进口波纹管补偿器改造示意图

3　设置垂直导向筒的处理方案

在上述措施实施后，透平机振动现象有了较大的改善，但因机组振动值超标问题，仍然无法满负荷运行并网发电。在经过多次与设备厂家及相关技术人员沟通讨论后，采取了在透平机进、出口弯头托座底部放置垂直导向筒的方式，如图3。

图3　垂直导向筒示意图

将套筒的上部与弯头托座底板焊接牢固，套筒底部与土建支墩焊接牢固，并使套筒的垂直中心线与透平机入口（或出口）的垂直中心线保持重合。从而约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动。

再次启车后，从冲转到最大转速到并网发电，再到机组满负荷运转，机组运行情况始终正常，轴振动各点检测值均不超过30滋m，TRT发电机组顺利投产。

4　总结

从机组第一次联动试车到最后顺利投产，机组的轴振动超标现象一直持续出现。采取了多种措施，包括改造横向型波纹管补偿器、更换弹簧托座、加固固定支架，直到最后设置垂直限位套筒。垂直限位套筒对于改善机组振动作用非常明显，但是其他措施的影响也不应忽视。类似的设计工作，应重点在以下几方面考虑：

（1）合理的设置管系固定点和波纹管补偿器，应使固定支架和补偿器尽量远离透平机，使透平机附近管道的热位移及推力向外部传递；

（2）在透平机进、出口弯头托座底部设置垂直导向筒将成为一个成功范例，值得在类似工程中进行推广。在水平方向上对垂直管道进行约束，而在垂直方向上可以保持滑动，很好的限制了管道水平方向上的热位移和综合作用力对透平机产生的影响。但是安装时，一定要注意套筒的垂直中心线应和透平机壳的出入口中心线保持重合，而非与出入口管道的中心线保持重合。

[参考文献]

[1]《钢铁企业燃气设计参考资料》编写组.钢铁企业燃气设计参考资料-煤气部分[M].北京：冶金工业出版社，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

作者简介：李小川（1986-），男，2011年毕业于内蒙古科技大学供热、供燃气、通风及空调专业，工程师，现从事工业燃气及热力设计。

收稿日期：2015-07-13

【中图分类号】TM31

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764（2015）10-0047-03