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高炉煤气余压透平发电装置漏气处理

发布于：2022-12-13 11:51:13 来自：电气工程/电气工程原创版块 [复制转发]

知识点：煤气余压发电装置

1、项目概况
某钢铁厂TＲT 机组采用MPG24－340/200型透平主机，机组轴端密封采用了“ 拉别令密封+ 碳环密封”的组合密封方式。两级轴流反动式透平轴输出功率 20200 kW，设计转速 3000 r/min，最大允许超速10%。静叶调节型式及结构型式为两级静叶可调，两级轴流反动式，进、排气方向为径向进气、径向排气。透平主机效率≥86%。该机组承担高炉余能发电任务，计划日发电量34WKwh，TＲT机组的运行状况直接体现出企业的节能环保水平。该机组2016－2017年总体运行较为顺畅，未出现“跑冒滴漏”情况。2018年1月开始出现煤气泄漏现象，煤气泄漏量高出规定数值数倍，对某钢铁厂安全生产造成了极大威胁。公司高度重视此情况，第一时间组织团队针对此情况进行技术攻关。

2 密封方式介绍
高炉煤气有剧毒、无色、无味，为TＲT机组运转做功的工作介质。为防止煤气泄漏，主流处理方式如下:
2.1 “拉别令密封”配合碳环密封
“ 拉别令密封”别名迷宫式密封。其主要工作原理为向密封装置内通入一定压力的N2以此来隔绝高炉煤气，阻止煤气泄漏。其结构示意图如图1所示:
2.2 蜂窝密封技术
此技术中利用δ=0.10mm的耐高温镍基合金防锈薄板制成的“蜂窝带”。该“蜂窝带”因所用材质质地较软，结构呈正六棱形孔状蜂窝带的整体刚度适中，可充分保护所接触的轴径表面。

3 漏气处理
TＲT碳环密封的工作原理为利用氮气的密封性，将氮气通入碳环密封隔离气腔，使得产生的压差将高炉煤气控制在机组内。机组运行之前，碳环因弹簧的拉紧力紧贴转子轴表面，并形成楔形间隙。机组运行之后，氮气因旋转运动进入楔形间隙从而形成流体膜，碳环受到压力上浮，且向轴心运动。氮气由楔形间隙进入介质腔，扩散至腔体各处，实现隔绝煤气的功效。第一级密封包括碳环密封和拉别令密封 ( 迷宫密封) ，在机组高速运转时产生转子径向跳动，轴颈与轴瓦的间隙常规状态为0.2至0.25mm，因此为保证转子与密封圈不因接触发生刮擦，密封间隙必须不小于0.25 mm。因为存在间隙，煤气泄漏无法避免。
经过精确测量发现设备碳环密封壳体因长期运行发生变形，圆弧面局部已呈椭圆形，气密性极大程度降低。在进行加压加热校正后效果并不明显，最终决定向某大型企业定制全新碳环密封壳体。
新碳环密封壳体制作期间，检测人员测得转子轴上拉别令( Labyrinth seal) 及拉别令密封套因长期运行磨损积累，各自尺寸均明显缩小，使得拉别令密封腔体间隙过大，无法起到气封作用。
团队结合以往旋转设备检修经验，使用涂料涂层来修复腔体间隙过大现象，此方案能够以较短时间完成修复，同时也避免转子吊出对机组其余构件造成意外损伤。利用锂基酯的密封性能，采用XHP 999 型锂基脂混合二硫化钼(MoS2)粉末，按照17∶3 比例调制得涂层原料，将涂料涂抹至拉别令间隙处以减小拉别令密封与外界的接触面积。二硫化钼锂基润滑脂为外观呈灰黑色的油脂状膏体，拥有良好的润滑性能及热稳定性。广泛应用于海陆空各式运输工具领域。普通钙基润滑脂在70℃至80℃时即液化，严重影响润滑能力，且在温度下降后无法彻底恢复润滑性能。该材料克服了普通脂类材质耐热性能不足这一缺点。
二硫化钼锂基酯涂层可有效弥补拉别令密封腔体内间隙，使得运行系统始终处于动态密封状态下。同时该涂层的润滑性能可有效改善实体接触时的摩擦损耗，极大程度上确保机组运行顺畅稳定。
同时在与业主方沟通后，决定将氮气进量由7500m3/d－8000m3/d 减少500m3/d－1000m3/d以防止过量氮气提升内部腔体气压，将部分高炉煤气压至外部，造成气体泄漏。
涂层完工效果，如图2所示:
同时在与业主方沟通后，决定将氮气进量由7500m3/d－8000m3/天减少500m3/d－1000m3/d以防止过量氮气提升内部腔体气压，将部分高炉煤气压至外部，造成气体泄漏。下附结构，如图 3 所示:

4 处理成效

依照传统检修流程，修复气封需将转子吊出运至专业厂家进行修复，修复完成的转子还需进行动平衡，安装找正等复杂工序方能投入使用，此方法较为耗时且耽误机组恢复运行正常发电，经济损失较大。此检修方法便捷有效，大大提高今后此类检修的工作效率，有效保障操作施工人员的人身安全，为公司安全运转打下坚实基础。同时极大程度缩短检修时间，带来极大经济、安全效益。
经济效益计算:
吊出转子修复的传统检修方法机组需停机约8日，电费 0.76 元/kW·h，日发电量按 33 万 kW· h 计算，共节省资金约:
33 万×0.76×8+施工费用 25 万元= 225.64 万元。
高炉煤气出炉压力可达 0.35 Mpa－0.4 Mpa，发生炉煤气出炉温度在600 ℃以上，一般厂家设置的煤气泄漏安全报警点为35PPM－50PPM，泄漏造成严重影响工作的安全性，并造成工艺介质、润滑剂等资源浪费，污染周围环境，增加停工时间和生产成本，降低生产效率。
采用本方法将漏气量减少至300PPM 以内，并可长期保持低漏气量，相较直接更换拉别令密封及碳环密封的处理方法成本更低，处理更加便捷，密封性能显著。
技术攻关前漏气量1675PPM，超出规定安全界限值数倍，严重影响业主方的日常生产活动，如图4所示。技术攻关后漏气量直接降至 0 (10 PPM 以内) ，成效显著，有效保障业主方安全及经济利益，如图5所示。

5 结语
TＲT机组顺行能力反映着企业的环保综合治理实力，在现今环保问题日益凸显的制造业，重要性更加凸显。机组在长时间运行过程中外机壳发生变形，两侧呈翘起趋势，影响气密性，应当高度重视及时消缺。同时如何长期保持低漏气量确保机组稳定顺行也将是技术攻关的基本方向。对此次检修进行总结，为今后此类检修提供借鉴，为企业生产贡献坚实的技术力量。

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