王 濤

(中國(guó)石化集團(tuán)四川維尼綸廠,重慶長(zhǎng)壽 401254)

1 概 況

T1701是我廠200 kt/a合成氨裝置氮?dú)鈮嚎s機(jī)的驅(qū)動(dòng)透平,其型號(hào)為N G25/20,系杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的背壓式汽輪機(jī)。其主要參數(shù)如表1。

表1 汽輪機(jī)參數(shù)

該汽輪機(jī)為兩側(cè)進(jìn)汽背壓式汽輪機(jī),蒸汽背壓壓力為0.6 MPa,約250℃,并入我廠6巴蒸汽管網(wǎng)作為它用。

2008年7月,在施工單位完成了汽輪機(jī)及其相關(guān)管道的安裝調(diào)試工作后,根據(jù)試車條件檢查確認(rèn)表對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了逐項(xiàng)確認(rèn),開始對(duì)該汽輪機(jī)進(jìn)行單機(jī)試車。當(dāng)操作人員按照操作規(guī)程對(duì)汽輪機(jī)暖機(jī)后,現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)一側(cè)2個(gè)貓爪間隙發(fā)生了非正常變化,間隙從0.17 mm變?yōu)?,而另一側(cè)2個(gè)貓爪間隙為0.15 mm,在正常許可范圍之內(nèi)。根據(jù)該現(xiàn)象判斷汽輪機(jī)發(fā)生了單側(cè)支腿翹起故障。當(dāng)關(guān)閉相連暖機(jī)暖管閥門,冷卻下來后,單側(cè)翹腿現(xiàn)象消失。

2 原因分析及論證

造成汽輪機(jī)單側(cè)翹腿的原因比較多,主要從以下幾方面進(jìn)行了分析。

2.1 透平熱膨脹的不均勻性導(dǎo)致翹腿

引起熱膨脹不均勻的因素有透平本身材料膨脹系數(shù)不同和工藝操作不規(guī)范兩個(gè)原因。

(1)透平上下缸本身材料膨脹系數(shù)不同

該型汽輪機(jī)上下汽缸材料均為ZG22Mo,由廠家提供的材質(zhì)分析檢驗(yàn)報(bào)告(詳見表2)可以判斷,缸體材料因素可以排除,因?yàn)樯舷赂撞馁|(zhì)相同,熱膨脹系數(shù)相同。

表2 材質(zhì)分析報(bào)告

(2)工藝暖管暖機(jī)時(shí)間不夠造成膨脹不均勻

本機(jī)組采用背壓暖機(jī),盤車電機(jī)驅(qū)動(dòng)棘爪帶動(dòng)透平轉(zhuǎn)子進(jìn)行暖機(jī)。暖機(jī)采用6巴蒸汽(壓力0.6 MPa、溫度 220℃),36巴蒸汽(3.5 MPa、390℃)關(guān)到主汽門前。

汽輪機(jī)在冷態(tài)時(shí),四個(gè)貓爪間隙均在0.15～0.20 mm之間,符合要求,其他安裝數(shù)據(jù)如同心度、水平度也符合要求。

2.2 配管施工質(zhì)量

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范 GB/T17116.1-1997《管道支吊架第一部分:技術(shù)規(guī)范》等施工技術(shù)規(guī)范檢查36巴蒸汽管道,6巴背壓蒸汽管道、漏氣管管道的支吊架活動(dòng)部分、恒力支吊架是否隨管道熱位移正常工作,是否在合理范圍,導(dǎo)向裝置是否安裝正確,滑動(dòng)板是否安裝到位。

通過對(duì)上述內(nèi)容的實(shí)際檢查,發(fā)現(xiàn)在施工中存在如下問題:

(1)6巴蒸汽管道導(dǎo)向裝置滑動(dòng)板未按規(guī)范加襯聚四氟乙烯板;

(2)6巴蒸汽管道的一處吊點(diǎn)未按圖施工;

(3)36巴蒸汽管道一處恒力支吊架鎖定裝置未拆除,造成恒力吊架變成了剛性支架,改變了管道的受力。

對(duì)上述施工中存在的問題整改后,再次暖機(jī),汽輪機(jī)仍出現(xiàn)了支腿翹起現(xiàn)象。

2.3 熱力管道附加綜合熱膨脹力大于汽輪機(jī)殼體質(zhì)量,將其偏心頂起,從而造成汽輪機(jī)翹腿

即管道對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的推力及力矩過大引起汽輪機(jī)非正常變化。

大家知道,管道的設(shè)計(jì)特別是熱力管道的設(shè)計(jì),管道應(yīng)力分析和計(jì)算是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。其應(yīng)力分析與計(jì)算主要包括對(duì)管系的柔性計(jì)算和管系的應(yīng)力驗(yàn)算兩個(gè)部分。并主要體現(xiàn)在管道對(duì)設(shè)備的推力及力矩計(jì)算上。

管道對(duì)汽輪機(jī)產(chǎn)生的推力及力矩,主要是因熱脹冷縮、冷緊、附加位移及其他約束位移、持續(xù)外載(包括管道的自重及支吊架反力)等造成的。影響推力及力矩的因素較多,主要體現(xiàn)在管道的布置、管子的幾何尺寸、鋼材的特性、支吊架的布置及形式、運(yùn)行參數(shù)及預(yù)冷緊等方面。

基于以上分析,對(duì)與汽輪機(jī)相連的管道進(jìn)行了實(shí)際察看及判斷,結(jié)果如下。

(1)管道的布置 該設(shè)備及管道安裝在已有裝置位置,且周圍設(shè)備管道繁多,為管道設(shè)計(jì)增加了極大難度,整個(gè)管道的設(shè)計(jì)在柔性方面缺陷較大。

(2)管道的幾何尺寸 與汽輪機(jī)連接的高溫管道主要有 36巴蒸汽管道DN150主管1根、DN150支管2根,6巴蒸汽管道(DN250)1根,漏氣管DN100 1根,汽輪機(jī)輪式疏水管DN25 1根、平衡疏水管DN15 1根,汽封冷卻器進(jìn)口蒸汽管DN25 1根。從以上數(shù)據(jù)可以看出,管道公稱直徑均不大。

(3)管道鋼材特性 管道材質(zhì)分別為15CrMo (36巴蒸汽管用)和20號(hào)鋼(其他管道用),此兩種材質(zhì)均為較普通的材質(zhì),無非常特別的性質(zhì)。

(4)支吊架的布置及形式 本管系主要有承重支吊架和限位支吊架兩種。其中,承重支吊架共7個(gè),限位支吊架2個(gè)。

(5)運(yùn)行參數(shù)及預(yù)冷緊 管道介質(zhì)的運(yùn)行參數(shù)均在正常操作范圍之內(nèi),未超設(shè)計(jì)。對(duì)相關(guān)法蘭螺栓進(jìn)行了預(yù)冷緊。

當(dāng)管道對(duì)汽輪機(jī)的推力及力矩較大時(shí),會(huì)使汽輪機(jī)產(chǎn)生中心偏移。從廠家的隨機(jī)資料中得知,該汽輪機(jī)殼體質(zhì)量約2 500 kg(質(zhì)量較小)。為確定管道對(duì)汽輪機(jī)的力及力矩,我們委托汽輪機(jī)廠家根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的管道現(xiàn)場(chǎng)布置圖等相關(guān)資料對(duì)汽輪機(jī)各管口的允許力等依據(jù)NEMA的相關(guān)公式進(jìn)行了核算,結(jié)果如表3。

從表3得知,11項(xiàng)核算結(jié)果中有8項(xiàng)顯示計(jì)算不能通過,僅有3項(xiàng)通過,由此可以判斷,與汽輪機(jī)相連的管道對(duì)設(shè)備產(chǎn)生了不合適的力及力矩,造成了汽輪機(jī)單側(cè)翹腿。

表3 汽輪機(jī)各管口允許力計(jì)算結(jié)果

3 處理措施

(1)根據(jù)管道對(duì)設(shè)備的推力及推力矩的校核意見,設(shè)計(jì)人員對(duì)與該汽輪機(jī)相連的蒸汽管道(主要是36巴和6巴)進(jìn)行了重新布管,增加了熱膨脹彎,改變管道走向,進(jìn)而增加了整個(gè)熱力管線的柔性。根據(jù)新的管線布置,汽輪機(jī)力及力矩值的校核結(jié)果通過。

(2)對(duì)管道上的各滑動(dòng)支撐點(diǎn)的接觸面加襯聚四氟乙烯板,減少摩擦系數(shù),以便于管道能按照設(shè)計(jì)計(jì)算的方向正常膨脹。

通過上述處理,該汽輪機(jī)在暖機(jī)及隨后的運(yùn)行中再未發(fā)生支腿翹起現(xiàn)象。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)所的改造項(xiàng)目,應(yīng)將管道特別是熱力管道的柔性設(shè)計(jì)放到突出位置,做到管道布置合理,補(bǔ)償良好,支吊恰當(dāng)。

(2)對(duì)于較小質(zhì)量的背壓式汽輪機(jī),因其對(duì)熱力管道的推力和力矩的反應(yīng)更加敏感,故在汽輪機(jī)暖機(jī)、運(yùn)行時(shí)須加強(qiáng)支腿間隙的檢查,及時(shí)分析處理異常情況,避免造成設(shè)備損壞。

(3)對(duì)于包含熱力管道及大口徑(或大應(yīng)力)管道的技改擴(kuò)建,須加強(qiáng)管道的施工質(zhì)量管理,特別是管道支架、吊架、固定點(diǎn)的管理。