TRT透平机壳变形原因分析与解决方案

连 涛

（包钢钢联股份有限公司动供总厂，内蒙古包头 014010）

1 概述

高炉煤气余压发电装置(TRT)是将高炉炉顶有压煤气的压力能通过余压透平装置回收、并将其转化成电能的装置，是一项既不消耗燃料、又无污染的环保型节能设施。TRT 工艺原理示意图如图1 所示。煤气余压回收透平发电成套设备由煤气膨胀透平、发电机、润滑油系统、液压系统、给排水系统、氮气密封系统、煤气进出口阀门系统、高低压发配电系统和自动控制系统几大部分组成。

图1 TRT工艺原理示意图

TRT透平机壳变形会带来煤气泄漏、爆炸、中毒等重大危害。本文就TRT 透平机壳变形的原因进行分析，并提出解决方案。

2 TRT透平机变形的原因

以包钢稀土钢板材公司现有35 MW 高炉煤气余压发电机组为例，对TRT 透平机壳变形问题进行分析探讨。

其TRT主要技术参数见表1。

表1 TRT主要技术参数

(1)TRT透平机壳生产制造因素

TRT 透平机壳为焊接制作，出厂时未经过必要的时效处理，机壳结构内残余应力未完全释放，可导致设备投运后应力释放发生一定的变形。

（2）TRT透平机检修因素

TRT 透平机在检修后回装透平机壳时，螺栓紧固的顺序和方法不恰当，透平机上下机壳结合面不能紧密接触，而发生机壳变形。透平机下机壳及结合面如图2所示。

图2 透平机下机壳及结合面

透平机结合面所有的螺栓在紧固时，没有保证螺栓预紧力矩相同，各螺栓紧固后受力不均匀，机组在高温运行时螺栓和透平机壳膨胀量不同，而导致螺栓松弛和透平机上下机壳接触不紧密，发生机壳变形。

（3）煤气温度过高因素

透平机耐温小于等于250 ℃，当透平机内高炉煤气温度过高，超出设计范围，结合透平机的内部结构，透平机壳与静叶承缸直接接触，透平机壳与静叶承缸发生挤压变形，这种状态下的变形量较大，通过正确的螺栓紧固顺序和方法无法补偿透平机壳与静叶承缸的变形量，透平机壳与静叶承缸的变形导致转子动叶与承缸静叶间隙超标及转子的振动增大，碳环发生严重磨损，梳齿密封与碳环密封的配合密封形式失效，透平机壳将发生上下机壳结合面及轴向多处漏气现象。TRT在煤气温度过高时运行是一种非常危险的运行状态。所以透平机壳温度过高引起的透平机壳变形，不仅有机壳的变形的问题，还有承缸与动叶、静叶与转子的间隙问题及轴向密封问题。动叶与静叶承缸、静叶与转子间隙如图3所示。

图3 动叶与静叶承缸、静叶与转子间隙示意图

3 TRT透平机壳变形解决方案

3.1 机壳生产制造导致机壳变形的解决方案

时效处理的目的是消除机壳的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能。这种透平机壳的变形应该避免，在设备制造阶段应该督促制造厂家保证制造加工精度，并做出相应的处理，才能保证设备安装调试的顺利进行和日后设备的安全稳定运行。

3.2 TRT透平机检修导致机壳变形的解决方案

TRT 透平机在检修后回装机壳，要保证透平机壳结合面紧密接触，应先清理结合面，清除杂物和油渍，再均匀涂抹密封胶，待上机壳完全落下再紧固螺栓。TRT透平机壳螺栓的紧固应按正确的紧固顺序和方法进行，应从透平机壳中部与静叶承缸接触处螺栓开始，然后在结合面左右两侧对称地分别向透平机入口端和出口端进行紧固，使透平机壳结合面上有足够的接触应力。

透平机结合面所有的螺栓在紧固时，都要进行预紧，即给螺栓一个定量的弹性应变，以确保机组在高温运行时和透平机壳膨胀一致，避免透平机壳结合面漏气。

3.3 TRT 透平机煤气温度过高导致机壳变形的解决方案

TRT 透平机从安装到运行过程，透平机壳与静叶承缸始终紧密结合，二者的变形趋势一致，透平机上下机壳垂直中分面均为螺栓联接，通过调整透平机上下机壳垂直中分面螺栓，保证上下机壳垂直中分面和水平结合面无高低错台，由于透平机壳体积大，结构较复杂，高温变形无法完全消除。这种方法只能在保证机壳不漏气的前提下，消除部分机壳变形。静叶承缸受高温发生变形，静叶承缸内壁由原来的圆形，变为不规则的椭圆形，则出现椭圆形长轴方向附近间隙增大，短轴方向附近间隙减小。叶片间隙小于设计允许范围，不符合设备安装调试要求，叶片间隙过小会造成叶片的刮蹭甚至折断的严重后果，叶片间隙过大会影响TRT 机组的发电效率，不影响机组的稳定运行;而叶片间隙过小对发电效率的影响很小。对叶片间隙过小的处理方法是打磨叶片顶端或接触内壁。考虑到TRT 透平机转子结构复杂，并分三级布置有动叶叶片，动叶的拆卸安装较静叶复杂，一旦对转子进行处理，所有动叶叶片都需处理，并重新做动平衡，工作量较大。对静叶叶片顶端和静叶承缸内壁进行打磨处理只需局部处理椭圆短轴方向附近间隙过小的几个区域，即可保证转子旋转过程中各级叶片间隙达标。包钢稀土钢板材公司7#高炉TRT 一级动叶间隙处理测量记录如图4所示。

图4 7#高炉TRT一级动叶间隙处理测量记录

梳齿密封与碳环密封相结合的密封方式失效，主要是因为碳环的磨损。如果碳环的磨损量不大，适当调整氮气密封的压力来保持一种平衡状态，阻止轴向煤气泄漏。如果碳环的磨损量较大，则需要更换碳环。

4 机壳变形问题的处理效果

以上各种造成透平机壳的变形的因素在设备运行过程中比较常见，其中前两种引起机壳变形因素的解决方法较简单，在设备安装调试和日常维护及检修工作中多加关注，即可避免机壳变形而导致煤气泄漏，实现设备安装调试及生产运行的顺利进行，消除设备煤气泄漏的安全隐患。而透平机煤气温度过高而发生机壳变形的情况处理起来比较复杂，它直接影响机组的安全稳定运行，造成设备多项运行参数超标及零部件配合失效。包钢稀土钢板材公司7#高炉TRT 机组即发生这种情况，并按上述相应解决方案进行了检修处理，检修效果显著，达到了理想的检修目标，最大限度地消除了透平机壳变形造成的设备损伤，减少了设备停机检修时间，从而降低设备停机造成的发电量损失，实现机组安全稳定运行。

在设备运行中要尽量避免上述各种机壳变形情况的发生，尤其要严格控制透平机入口煤气温度，避免透平机壳温度超标而造成的一系列危害和设备严重损伤。

5 结束语

高炉煤气余压发电装置实际是一种物理能的回收利用装置，在保证高炉正常生产的前提条件下，尽可能多发电，一方面回收能源，另一方面能更平稳地调节和控制炉顶压力。在日常生产过程中，应加强对设备的点巡检，避免发生透平机壳变形情况对设备造成损坏，延长设备检修周期，保证设备的长期安全稳定运行，实现企业降本增效。