中壓抽凝機(jī)組低壓改造

張 強(qiáng)

（中國(guó)石油化工股份有限公司滄州分公司，河北 滄州 061000）

中壓抽凝機(jī)組低壓改造

張 強(qiáng)

（中國(guó)石油化工股份有限公司滄州分公司，河北 滄州 061000）

將動(dòng)力車間原有的中溫中壓抽凝汽輪機(jī)組進(jìn)行改造后,應(yīng)用于純低溫低壓蒸氣發(fā)電，以完成公司低壓蒸氣回收發(fā)電項(xiàng)目。

汽輪機(jī)組改造；節(jié)能減排；臨界轉(zhuǎn)速；低壓蒸汽回收

我公司動(dòng)力車間2#機(jī)組于1995年底正式建成，1996年初實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)供汽發(fā)電。2#汽輪機(jī)組的設(shè)計(jì)采用的是6000kW抽汽凝汽機(jī)組（圖1），最大進(jìn)汽量77.1t/h。該機(jī)組主要目的是為了平衡生產(chǎn)裝置過(guò)剩瓦斯，利用瓦斯燃燒所產(chǎn)生的蒸汽凝汽發(fā)電。可以在抽汽凝汽狀態(tài)下運(yùn)行，既向生產(chǎn)裝置供汽，又利用部分剩余蒸汽發(fā)電，實(shí)現(xiàn)裝置過(guò)剩瓦斯平衡和蒸汽有效利用。

圖1

滄州分公司通過(guò)節(jié)能改造、低溫?zé)崂煤椭袎罕硥菏綁嚎s機(jī)使用等多項(xiàng)舉措，裝置能耗大幅降低，2011年6月加氫裝置投入生產(chǎn)后，經(jīng)測(cè)算，分公司裝置低壓蒸汽總體將過(guò)剩20～30t/h。公司現(xiàn)有中壓汽輪發(fā)電機(jī)組若改為低壓余汽發(fā)電機(jī)組，投資小且工期短，改造費(fèi)用約200萬(wàn)元，當(dāng)年施工即可回收投資。通過(guò)比對(duì)，決定對(duì)2#汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造，以適應(yīng)當(dāng)前1.0MPa低壓蒸汽的工況，解決低壓蒸汽過(guò)剩的問(wèn)題。

一、機(jī)組改造內(nèi)容

1.抽汽C6-3.43/0.981改為N4.2-1.1，去掉高壓段，保留低壓段

（1）拆除高壓噴嘴組、高壓調(diào)節(jié)級(jí)葉輪葉片、高壓段第一壓力級(jí)隔板及葉輪葉片。

（2）原舊轉(zhuǎn)子去掉高壓復(fù)速級(jí)葉輪葉片、第一隔板汽封套筒、第一級(jí)葉輪葉片，再套上第一個(gè)套筒及第二個(gè)套筒，平鍵配制。改造后轉(zhuǎn)子重量2309kg,一階臨界轉(zhuǎn)速2069r/min,轉(zhuǎn)子應(yīng)作動(dòng)平衡，精度為G2.5級(jí)。

（3）拆除高壓調(diào)節(jié)汽閥及連桿，更換低壓閥桿、閥碟、橫梁、球面螺母、球座等。

2.由液調(diào)改為電調(diào)

（1）調(diào)節(jié)器整體更換，調(diào)節(jié)器殼體在其毛坯基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，與前軸承座結(jié)合面的通流孔和返廠的前軸承座上半照配。按調(diào)節(jié)器部套試驗(yàn)規(guī)程做調(diào)節(jié)器靜態(tài)試驗(yàn)。

（2）增加Woodward505E、2臺(tái)CPCⅡ及輔助供油系統(tǒng)。

3.需要現(xiàn)場(chǎng)改造的零部件

（1）中間隔板原有五個(gè)φ16mm的孔，在低參數(shù)運(yùn)行時(shí)需堵死。

（2）蒸氣管路相應(yīng)改造：低壓蒸氣管路并入原機(jī)組進(jìn)汽管路，取消抽氣管路并進(jìn)行封堵。

4.改造后運(yùn)行工況及控制方式

（1）改造前后的工況如表1所示。

表1

（2）控制方式

機(jī)組改造后低壓蒸汽經(jīng)主汽門(mén)進(jìn)入汽缸，經(jīng)低壓調(diào)節(jié)汽閥控制后進(jìn)入低壓段做功。此工況下用505E的高壓閥位控制信號(hào)控制低壓調(diào)節(jié)汽閥。

二、機(jī)組改造對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響

以上改造內(nèi)容重點(diǎn)討論了是否拆除轉(zhuǎn)子的中壓級(jí)輪盤(pán)，如不拆除（A方案如圖2），蒸汽需經(jīng)中壓輪盤(pán)與內(nèi)汽缸間隙，最后經(jīng)低壓調(diào)閥控制做功，這樣部分能量損失（約40kW）在中壓輪盤(pán)上；如拆除（B方案如圖3）中壓輪盤(pán)有可能影響機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速，對(duì)此進(jìn)行了較深入的分析。

圖2

圖3

1.回轉(zhuǎn)力矩對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響

當(dāng)轉(zhuǎn)子上的圓盤(pán)不是安裝在兩支承的中點(diǎn)而是偏于一側(cè)時(shí)，圓盤(pán)將施加于轉(zhuǎn)軸一個(gè)慣性力矩，相當(dāng)于彈性力矩。在一定情況下，它使轉(zhuǎn)軸的變形減小，因而提高了轉(zhuǎn)軸的彈性剛度，即提高了轉(zhuǎn)子的臨界角速度。

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子采用B方案（圖3），可以等效的看作是轉(zhuǎn)子重心更加偏向低壓側(cè)，因此，這種方案的確會(huì)影響轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。

2.組合轉(zhuǎn)子對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)經(jīng)常是由多個(gè)轉(zhuǎn)子組合而成的，每個(gè)轉(zhuǎn)子都有其自身的臨界轉(zhuǎn)速，組合成一個(gè)多跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)后，整個(gè)組合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)也有其自身的臨界轉(zhuǎn)速。組合轉(zhuǎn)子與單個(gè)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速間既有區(qū)別又有聯(lián)系，其間存在一定規(guī)律。如果各單個(gè)轉(zhuǎn)子是由不同制造廠生產(chǎn)，那么當(dāng)制造廠給出各單個(gè)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速后，利用這一規(guī)律就可以估計(jì)組合后轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的分布情況。目前所改造的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，經(jīng)計(jì)算臨界轉(zhuǎn)速為2400r/min。汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用凸緣式剛性聯(lián)軸器，連接后高于原系統(tǒng)相應(yīng)的各階臨界角速度，接近機(jī)組的3000r/min工作轉(zhuǎn)速，將會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行，造成極大的安全隱患。經(jīng)討論決定保留中壓復(fù)速級(jí)及壓力級(jí)輪盤(pán)，選擇A方案，改造后轉(zhuǎn)子重2770kg，一階臨界轉(zhuǎn)速1801r/min（見(jiàn)圖4）。

圖4

三、機(jī)組改造后的效果

2011年8月17日，改造工作完成后，并經(jīng)多次試機(jī)，具備開(kāi)機(jī)并網(wǎng)條件。在進(jìn)行一系列暖機(jī)、靜態(tài)試驗(yàn)等準(zhǔn)備工作之后，開(kāi)始沖轉(zhuǎn)，機(jī)組升至3000r/min，各項(xiàng)參數(shù)均正常，開(kāi)機(jī)并網(wǎng)同時(shí)逐漸加載負(fù)荷，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。

機(jī)組改造運(yùn)行后，利用低壓余汽發(fā)電負(fù)荷在2000～4000kW?h左右，如發(fā)電負(fù)荷為2000kW?h，每kW?h按0.5元計(jì)算，可在3個(gè)月內(nèi)收回投資，同時(shí)工期縮短了22個(gè)月（新機(jī)組工期按照2年計(jì)算），否則22個(gè)月內(nèi)低壓蒸氣直排大氣將是一種巨大的能源浪費(fèi)并且直接影響環(huán)境。

經(jīng)過(guò)近3.5年的運(yùn)行檢驗(yàn)，該機(jī)組已安全運(yùn)行2萬(wàn)余h,累計(jì)回收電能4700萬(wàn)kW?h，為平衡全廠低壓蒸汽降低能耗起著至關(guān)重要的作用。

[1]楊國(guó)安.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2012（1）:10-11.

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