冷凍法在透平空壓機組檢修中的應用

裴永紅，蔣月勝

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一能源總廠，安徽馬鞍山243000）

冷凍法在透平空壓機組檢修中的應用

裴永紅，蔣月勝

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司第一能源總廠，安徽馬鞍山243000）

針對3CI255M×4透平壓縮機檢修過程中出現(xiàn)的擴壓器拆裝難題，開展檢修工藝攻關，采取冷凍拆裝法，明顯提高了檢修效率和效果。

擴壓器；冷凍法；拆裝

1 前言

馬鋼南區(qū)第十二空壓站配置了一臺英格索蘭3CI255M×4透平壓縮機，額定功率1679 kW，電機轉(zhuǎn)速1490 r/min，壓縮機采用大齒輪圓盤均分帶四只小齒輪傳動結(jié)構(gòu)，四級壓縮均為等溫壓縮，額定排氣壓力1.45 MPa，第四級轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達34000 r/min。該機組于2003年10月投產(chǎn)運行，生產(chǎn)的壓縮空氣主要用于馬鋼第二煉鐵總廠三座高爐噴煤系統(tǒng)煤粉輸送。由于該站沒有四級壓縮、排氣壓力為1.45 MPa的備用機組，一旦這臺機組出現(xiàn)故障，就要被迫倒用管網(wǎng)氮氣來保高爐生產(chǎn)，由于公司氮氣資源比較緊缺，高爐煤粉輸送改用氮氣即會破壞企業(yè)內(nèi)部的氮氣平衡，對其它生產(chǎn)系統(tǒng)造成影響，故此，該機組的長周期安全穩(wěn)定運行就顯得非常重要。

2 機組維修過程中存在的問題

由于第十二空壓站地處高爐和煤焦化生產(chǎn)區(qū)域，環(huán)境比較惡劣，空氣粉塵多、濕度大，機組連續(xù)運行一段時間后，就存在冷卻器氣道堵塞、葉輪積灰積碳等問題，造成冷卻效果差、轉(zhuǎn)子動平衡破壞，導致機組發(fā)生級間喘振和軸系振動，為保證設備安全運轉(zhuǎn)及狀態(tài)性能，必須要對機組進行定期維護檢修，對各級冷卻器、葉輪、擴壓器進行檢查與清洗，對機組對中、各部裝配間隙進行檢查與調(diào)整等，一般檢修周期為6個月。由于該機組在生產(chǎn)系統(tǒng)中的特殊性，要求檢修必須在24 h內(nèi)完成，然而，在每次檢修過程中，均因擴壓器拆裝環(huán)節(jié)不暢，造成每次檢修都無法按要求時間完成。

眾所周知，透平空壓機是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪與氣流間的相互作用力來提高氣體壓力，同時使氣流產(chǎn)生加速度而獲得動能，然后氣流在擴壓器中減速，將動能轉(zhuǎn)化為壓力能，進一步提高壓力。壓縮機單級壓縮結(jié)構(gòu)剖面見圖1。

該機器結(jié)構(gòu)十分緊湊，擴壓器嵌入機體位置深，檢修作業(yè)空間受到限制。裝配精度高，擴壓器外圓與蝸殼配合間隙小，僅0.02 mm以內(nèi)，受長期高溫高壓工況及環(huán)境條件影響，部件配合間隙容易積灰積碳，粘附力大，造成擴壓器與蝸殼緊密粘接。按照傳統(tǒng)檢修工藝方法，采用頂絲、拉手、銅棒敲擊等手段，擴壓器拆裝難以進行，特別是三級和四級擴壓器，不僅勞動強度大，而且十分耗時，每次拆裝時間需要一~二天，甚至更長。此外，由于工期要求緊，檢修人員為了搶時間趕進度，難免會生拉硬拽，由于用力不當，極易造成擴壓器變形損傷，一個進口擴壓器備件10多萬元。以上問題，不僅對生產(chǎn)產(chǎn)生了直接影響，同時也增加了勞動強度和檢修成本。擴壓器、葉輪、導流壁板、蝸殼等部件局部裝配見圖2、圖3。

圖1 壓縮機單級壓縮結(jié)構(gòu)剖面圖

圖2 嵌入在蝸殼內(nèi)部的擴壓器

圖3 壓縮機葉輪與導流壁板

3 冷凍法拆裝

擴壓器的拆裝長期困擾著透平空壓機組維護檢修工作的正常進行,是每次機組檢修無法按規(guī)定時間完成的主要原因。為了徹底解決這道難題,我們開展了檢修工藝技術攻關,通過分析認為:設備的本身構(gòu)造不可能去改變,所以，檢修作業(yè)空間受限問題無法解決，唯一能改變的就是如何適當增大擴壓器與蝸殼之間的裝配間隙以及消除積灰積碳所產(chǎn)生的粘附力。于是想到了冷凍技術，利用物質(zhì)的熱脹冷縮原理，在擴壓器表面均勻噴灑冷凍劑，使其急速冷縮，使裝配間隙稍稍增大，同時消除積灰積碳所產(chǎn)生的粘附力，為擴壓器的拆卸和裝配創(chuàng)造有利條件。

3.1 冷凍介質(zhì)的選用

工業(yè)上常用的冷凍劑有液氨、氟利昂、液氮、液態(tài)或固態(tài)二氧化碳等等。液氨汽化后具有刺激性惡臭氣味，對人和動物的眼和呼吸道粘膜有刺激作用，長期接觸會產(chǎn)生各類炎癥或呼吸道疾病，當空氣中氨蒸氣的容積達到0.5%~0.6%時會引起爆炸，要求生產(chǎn)現(xiàn)場機房內(nèi)空氣中氨的濃度不得超過0.02 mg/L。氟利昂能夠破壞大氣臭氧層，給人類賴以生存的地球環(huán)境造成很大危害，目前各行各業(yè)已經(jīng)限制使用。二氧化碳是一種對環(huán)境無毒、無害的自然工質(zhì)，不可燃，不助燃，沸點為-78.5益，冷凍劑有液態(tài)和固態(tài)兩種，液態(tài)二氧化碳相比于固態(tài)二氧化碳，具有易保存和運輸?shù)葍?yōu)點。液氮具有無色、無嗅、無腐蝕性、不可燃、溫度極低等特點，沸點為-195.8益，是一種非常好的深度冷凍劑，廣泛應用于醫(yī)療、食品、工業(yè)等領域。由于二氧化碳冷凍劑市場資源豐富，企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場使用的滅火器就是液態(tài)二氧化碳，取用方便。液氮是制氧生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品，馬鋼的液氮資源豐富，取用便捷。故此，我們選用液氮和液態(tài)二氧化碳作為透平空壓機組擴壓器拆裝的冷凍劑。

3.2 實施方法

拆卸過程：首先將頂絲從均勻分布的頂絲孔中旋入，每只頂絲均勻受力頂住擴壓器（或者使用拉手均勻拉住擴壓器拉筋)；其次將準備好的二氧化碳滅火器對準擴壓器外表面，進行連續(xù)噴射冷凍8~10 min。由于透平機擴壓器立面安裝在機殼內(nèi)部，受其位置和空間限制，液氮冷凍作業(yè)無法安全有效實施，噴射的液氮容易飛濺，對檢修人員存在不安全因素，所以，在進行擴壓器拆卸時，易選用二氧化碳冷凍劑。冷凍時要均勻噴射液態(tài)二氧化碳，按照圓周方向、由內(nèi)圓到外圓順序進行，噴射完畢后再按照順序旋緊頂絲螺桿，使擴壓器向外移動、拆卸。采用此方法，僅需半個小時左右時間就能完成，大大超出了我們的預期。

裝配過程：3CI255M×4型透平壓縮機組1~4級擴壓器外形尺寸大小不一，最大的一級擴壓器外徑尺寸約800 mm。由于裝配間隙很小，安裝過程稍有尺寸空間偏差就很難就位。因裝配前擴壓器冷凍作業(yè)不受空間的限制，故此我們選擇了冷凍效果更好的液氮作為冷凍劑，盡量使裝配時工件配合間隙增大，便于安裝。首先將經(jīng)清洗過的擴壓器水平放置好，表面用布或棉紗包裹，再將液氮均勻地澆淋在擴壓器外表面（如果工件尺寸比較小，可直接將其浸入到密閉保溫的器皿中冷凍），連續(xù)冷凍6-8分鐘，然后快速將擴壓器取出，對準安裝基準位置，快速推入到裝配位置。采用此方法，能夠使擴壓器一次性準確就位，并能保證裝配精度。

注意事項：1、在進行冷凍作業(yè)前，檢修人員一定要做好安全防護措施，戴好手套和面罩等，避免冷凍劑飛濺造成意外傷害；2、在冷凍作業(yè)過程中，要確保均勻、階梯降溫，以防應力分布不均造成擴壓器損壞。

4 實施效果

采用冷凍法進行擴壓器拆卸和安裝十分容易，兩道工序總共需要的時間不超過1 h，而且能更加保證工件的裝配精度和質(zhì)量，與傳統(tǒng)檢修工藝相比，檢修工期大大縮短，為生產(chǎn)贏得了寶貴時間，同時還大幅度減少了勞動強度。此外，冷凍法能完全避免拆裝過程中可能出現(xiàn)的擴壓器變形損傷問題，節(jié)約了備件費用。該方法自2005年使用以來，倍受檢修人員青睞，并迅速得到推廣應用。

5 結(jié)語

如今，設備制造和裝配精度越來越高，受設備運行工況和環(huán)境條件的影響，采用傳統(tǒng)的檢修工藝和方法往往會遇到很多障礙。透平空壓機擴壓器冷凍拆裝法是對傳統(tǒng)檢修工藝的改進和創(chuàng)新，運用物體熱脹冷縮原理，將復雜的機械問題簡單化，該工藝方法操作簡易、高效實用，具有獨創(chuàng)性、先進性，在高速旋轉(zhuǎn)、精密配合的動力機械設備檢修、工件拆裝方面具有很好的推廣價值，尤其在設備檢修作業(yè)空間受限、直徑500mm以上的盤狀（環(huán)狀）類零部件拆卸和裝配方面，工藝的先進性更加突出。

App lication of Freezing M ethod in Repair of Air Turbine Com pressor Unit

PEI Yonghong,JIANG Yuesheng
(TheNo.1PowerPlantofMaanshanIron&SteelCo.,Ltd.,Maanshan,Anhui243000,China)

Brainstorming of repair process was carried out aiming at disassembly and re原assembly difficulties of the diffuser during overhaul of the 3CI255M×4 turbine compressor. The method of freezing disassembly and reassembly was adopted,which significantly improved the efficiency and effect of repair.

diffuser;freezing method;disassembly and reassembly

TH45

B

1006-6764（2014）02-0034-03

2013-10-09

裴永紅（1966—），男，1989年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學熱能工程專業(yè)，高級工程師，現(xiàn)從事熱力專業(yè)和能源生產(chǎn)管理工作。