冷冻法在透平空压机组检修中的应用

裴永红，蒋月胜

（马鞍山钢铁股份有限公司第一能源总厂，安徽马鞍山243000）

冷冻法在透平空压机组检修中的应用

裴永红，蒋月胜

（马鞍山钢铁股份有限公司第一能源总厂，安徽马鞍山243000）

针对3CI255M×4透平压缩机检修过程中出现的扩压器拆装难题，开展检修工艺攻关，采取冷冻拆装法，明显提高了检修效率和效果。

扩压器；冷冻法；拆装

1 前言

马钢南区第十二空压站配置了一台英格索兰3CI255M×4透平压缩机，额定功率1679 kW，电机转速1490 r/min，压缩机采用大齿轮圆盘均分带四只小齿轮传动结构，四级压缩均为等温压缩，额定排气压力1.45 MPa，第四级转子转速达34000 r/min。该机组于2003年10月投产运行，生产的压缩空气主要用于马钢第二炼铁总厂三座高炉喷煤系统煤粉输送。由于该站没有四级压缩、排气压力为1.45 MPa的备用机组，一旦这台机组出现故障，就要被迫倒用管网氮气来保高炉生产，由于公司氮气资源比较紧缺，高炉煤粉输送改用氮气即会破坏企业内部的氮气平衡，对其它生产系统造成影响，故此，该机组的长周期安全稳定运行就显得非常重要。

2 机组维修过程中存在的问题

由于第十二空压站地处高炉和煤焦化生产区域，环境比较恶劣，空气粉尘多、湿度大，机组连续运行一段时间后，就存在冷却器气道堵塞、叶轮积灰积碳等问题，造成冷却效果差、转子动平衡破坏，导致机组发生级间喘振和轴系振动，为保证设备安全运转及状态性能，必须要对机组进行定期维护检修，对各级冷却器、叶轮、扩压器进行检查与清洗，对机组对中、各部装配间隙进行检查与调整等，一般检修周期为6个月。由于该机组在生产系统中的特殊性，要求检修必须在24 h内完成，然而，在每次检修过程中，均因扩压器拆装环节不畅，造成每次检修都无法按要求时间完成。

众所周知，透平空压机是依靠高速旋转叶轮与气流间的相互作用力来提高气体压力，同时使气流产生加速度而获得动能，然后气流在扩压器中减速，将动能转化为压力能，进一步提高压力。压缩机单级压缩结构剖面见图1。

该机器结构十分紧凑，扩压器嵌入机体位置深，检修作业空间受到限制。装配精度高，扩压器外圆与蜗壳配合间隙小，仅0.02 mm以内，受长期高温高压工况及环境条件影响，部件配合间隙容易积灰积碳，粘附力大，造成扩压器与蜗壳紧密粘接。按照传统检修工艺方法，采用顶丝、拉手、铜棒敲击等手段，扩压器拆装难以进行，特别是三级和四级扩压器，不仅劳动强度大，而且十分耗时，每次拆装时间需要一~二天，甚至更长。此外，由于工期要求紧，检修人员为了抢时间赶进度，难免会生拉硬拽，由于用力不当，极易造成扩压器变形损伤，一个进口扩压器备件10多万元。以上问题，不仅对生产产生了直接影响，同时也增加了劳动强度和检修成本。扩压器、叶轮、导流壁板、蜗壳等部件局部装配见图2、图3。

图1 压缩机单级压缩结构剖面图

图2 嵌入在蜗壳内部的扩压器

图3 压缩机叶轮与导流壁板

3 冷冻法拆装

扩压器的拆装长期困扰着透平空压机组维护检修工作的正常进行,是每次机组检修无法按规定时间完成的主要原因。为了彻底解决这道难题,我们开展了检修工艺技术攻关,通过分析认为:设备的本身构造不可能去改变,所以，检修作业空间受限问题无法解决，唯一能改变的就是如何适当增大扩压器与蜗壳之间的装配间隙以及消除积灰积碳所产生的粘附力。于是想到了冷冻技术，利用物质的热胀冷缩原理，在扩压器表面均匀喷洒冷冻剂，使其急速冷缩，使装配间隙稍稍增大，同时消除积灰积碳所产生的粘附力，为扩压器的拆卸和装配创造有利条件。

3.1 冷冻介质的选用

工业上常用的冷冻剂有液氨、氟利昂、液氮、液态或固态二氧化碳等等。液氨汽化后具有刺激性恶臭气味，对人和动物的眼和呼吸道粘膜有刺激作用，长期接触会产生各类炎症或呼吸道疾病，当空气中氨蒸气的容积达到0.5%~0.6%时会引起爆炸，要求生产现场机房内空气中氨的浓度不得超过0.02 mg/L。氟利昂能够破坏大气臭氧层，给人类赖以生存的地球环境造成很大危害，目前各行各业已经限制使用。二氧化碳是一种对环境无毒、无害的自然工质，不可燃，不助燃，沸点为-78.5益，冷冻剂有液态和固态两种，液态二氧化碳相比于固态二氧化碳，具有易保存和运输等优点。液氮具有无色、无嗅、无腐蚀性、不可燃、温度极低等特点，沸点为-195.8益，是一种非常好的深度冷冻剂，广泛应用于医疗、食品、工业等领域。由于二氧化碳冷冻剂市场资源丰富，企业生产现场使用的灭火器就是液态二氧化碳，取用方便。液氮是制氧生产的主要副产品，马钢的液氮资源丰富，取用便捷。故此，我们选用液氮和液态二氧化碳作为透平空压机组扩压器拆装的冷冻剂。

3.2 实施方法

拆卸过程：首先将顶丝从均匀分布的顶丝孔中旋入，每只顶丝均匀受力顶住扩压器（或者使用拉手均匀拉住扩压器拉筋)；其次将准备好的二氧化碳灭火器对准扩压器外表面，进行连续喷射冷冻8~10 min。由于透平机扩压器立面安装在机壳内部，受其位置和空间限制，液氮冷冻作业无法安全有效实施，喷射的液氮容易飞溅，对检修人员存在不安全因素，所以，在进行扩压器拆卸时，易选用二氧化碳冷冻剂。冷冻时要均匀喷射液态二氧化碳，按照圆周方向、由内圆到外圆顺序进行，喷射完毕后再按照顺序旋紧顶丝螺杆，使扩压器向外移动、拆卸。采用此方法，仅需半个小时左右时间就能完成，大大超出了我们的预期。

装配过程：3CI255M×4型透平压缩机组1~4级扩压器外形尺寸大小不一，最大的一级扩压器外径尺寸约800 mm。由于装配间隙很小，安装过程稍有尺寸空间偏差就很难就位。因装配前扩压器冷冻作业不受空间的限制，故此我们选择了冷冻效果更好的液氮作为冷冻剂，尽量使装配时工件配合间隙增大，便于安装。首先将经清洗过的扩压器水平放置好，表面用布或棉纱包裹，再将液氮均匀地浇淋在扩压器外表面（如果工件尺寸比较小，可直接将其浸入到密闭保温的器皿中冷冻），连续冷冻6-8分钟，然后快速将扩压器取出，对准安装基准位置，快速推入到装配位置。采用此方法，能够使扩压器一次性准确就位，并能保证装配精度。

注意事项：1、在进行冷冻作业前，检修人员一定要做好安全防护措施，戴好手套和面罩等，避免冷冻剂飞溅造成意外伤害；2、在冷冻作业过程中，要确保均匀、阶梯降温，以防应力分布不均造成扩压器损坏。

4 实施效果

采用冷冻法进行扩压器拆卸和安装十分容易，两道工序总共需要的时间不超过1 h，而且能更加保证工件的装配精度和质量，与传统检修工艺相比，检修工期大大缩短，为生产赢得了宝贵时间，同时还大幅度减少了劳动强度。此外，冷冻法能完全避免拆装过程中可能出现的扩压器变形损伤问题，节约了备件费用。该方法自2005年使用以来，倍受检修人员青睐，并迅速得到推广应用。

5 结语

如今，设备制造和装配精度越来越高，受设备运行工况和环境条件的影响，采用传统的检修工艺和方法往往会遇到很多障碍。透平空压机扩压器冷冻拆装法是对传统检修工艺的改进和创新，运用物体热胀冷缩原理，将复杂的机械问题简单化，该工艺方法操作简易、高效实用，具有独创性、先进性，在高速旋转、精密配合的动力机械设备检修、工件拆装方面具有很好的推广价值，尤其在设备检修作业空间受限、直径500mm以上的盘状（环状）类零部件拆卸和装配方面，工艺的先进性更加突出。

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

裴永红（1966—），男，1989年毕业于安徽工业大学热能工程专业，高级工程师，现从事热力专业和能源生产管理工作。