2026-09-01
Турбина рекуперации давления доменного газа (ТРТ) является ключевым элементом оборудования на металлургических предприятиях для выработки электроэнергии с использованием остаточного давления и тепла доменного газа. Лопатки турбины рекуперации давления доменного газа являются основными компонентами всей системы, характеризующимися высочайшим технологическим содержанием, суровыми условиями эксплуатации и наибольшим риском отказов. В данной статье проводится систематический анализ лопаток турбины рекуперации давления доменного газа по четырем параметрам: рабочая среда, типичные виды отказов, материалы и технологические процессы изготовления, а также методы технического обслуживания .
турбины рекуперации давления доменной печи (ТРТ) чрезвычайно суровы. Лопатки ТРТ работают на очень высоких скоростях и в среде, содержащей большое количество частиц доменной пыли . Доменный газ содержит не только пыль, но и коррозионные среды, такие как хлоридные соли и кислые газы. Высокочастотное и высокоскоростное воздействие частиц доменной пыли на лопатки ТРТ является существенной причиной усталостного разрушения поверхности.
Кроме того, доменный газ содержит также S, V, K, Na, Ca, Mg и такие примеси, как SO₂ и SO₃. Эти компоненты вызывают коррозию лопаток турбины рекуперации остаточного давления доменной печи . Образующиеся продукты коррозии относительно рыхлы и быстро отслаиваются под воздействием твердых частиц доменной пыли, обнажая новые поверхности сплавов. Это часто приводит к преждевременному повреждению лопаток турбины рекуперации остаточного давления доменной печи .
Лопатки турбины рекуперации тепла в доменной печи обычно работают при температурах ниже 160℃ и давлении доменного газа ниже 180 кПа. Хотя температуры не являются чрезвычайно высокими, лопатки турбины рекуперации тепла в доменной печи подвергаются комбинированному воздействию центробежной силы, аэродинамических нагрузок и коррозионных сред в течение длительных периодов времени, что предъявляет высокие требования к прочности, ударной вязкости, термической стабильности и коррозионной стойкости материалов. Согласно литературным данным, коэффициент рекуперации энергии в турбине рекуперации тепла в доменной печи составляет около 30%, что делает её высокоэффективным энергосберегающим устройством .
Выход из строя лопаток в турбинных установках рекуперации давления доменной печи происходит в основном по трем причинам: износ, коррозия и накопление золы. После выхода из строя лопаток ротора турбинной установки рекуперации давления доменной печи возникает дисбаланс ротора, что приводит к вибрационным отказам и остановке работы установки .
Усталостное разрушение — один из наиболее распространенных видов отказов лопаток турбины рекуперации давления доменного газа. Турбина рекуперации давления доменного газа внезапно вышла из строя после 84 дней эксплуатации. Наблюдения показали, что лопатки турбины разрушились у основания. Анализ показал, что место зарождения трещины содержало множество мельчайших пор, образовавшихся в процессе производства. Эти поры создали концентрацию напряжений и породили тонкие трещины, которые продолжали расти и распространяться, в конечном итоге приводя к усталостному разрушению всех лопаток турбины рекуперации давления доменного газа .
Случай поломки лопатки в турбине рекуперации остаточного давления доменной печи № 5 металлургического завода «Бэньси» является еще более типичным. 26 июля 2011 года в турбине произошел серьезный сбой и остановка из-за чрезмерной вибрации. Данные, полученные на месте, показали, что вибрация на входной и выходной сторонах турбины внезапно увеличилась до 230 мкм (значение при остановке составляло 160 мкм) . При разборке было обнаружено, что одна основная подвижная лопатка ротора турбины рекуперации остаточного давления доменной печи сломана , 18 других подвижных лопаток частично отсутствуют, 7 сильно деформированы, а 3 частично деформированы .
Анализ разрушения показал, что излом лопатки турбины рекуперации давления доменной печи представлял собой типичный усталостный излом . Поверхность усталостного излома состояла из нескольких светлых (раковистых) дугообразных участков, постепенно распространяющихся внутрь от точки зарождения трещины, за которыми следовал шероховатый участок в месте окончательного мгновенного излома . Примечательно, что на поверхности зарождения трещины имелась канавка, в которую вставлялся фиксирующий стальной лист лопатки. Эта канавка значительно снижала прочность этой области, и под прямым углом к канавке легко возникала концентрация напряжений, постепенно распространяющаяся в трещину под постоянным давлением газа . С момента ввода в эксплуатацию до излома лопатки турбина рекуперации давления доменной печи проработала всего 5433 часа, в то время как расчетный срок службы лопатки составлял 40 000 часов, что значительно меньше проектных требований .
Коррозионно-усталостное растрескивание — ещё один типичный вид разрушения лопаток мокрой турбины с рекуперацией давления. После трёх лет эксплуатации на основаниях подвижных лопаток первой и второй ступеней турбины с рекуперацией давления в мокрой доменной печи появились трещины. Анализ показал, что трещины на лопатках турбины с рекуперацией давления в доменной печи представляют собой типичные коррозионно-усталостные трещины. Трещины располагались в середине первого шипа у основания лопатки, зарождаясь в коррозионной ямке, образовавшейся на контактной поверхности между основанием лопатки и шипом главного вала, и далее распространялись под действием сложных переменных напряжений .
Зарубежные исследования также подтвердили, что причиной выхода из строя лопаток ротора в турбинах для рекуперации остаточного давления доменных печей может быть сочетание факторов, включая коррозию под напряжением в хлоридной среде, механический износ и повреждения от термической усталости, осаждение и агрегацию карбидов на границах зерен .
турбин рекуперации остаточного давления доменных печей предъявляются высокие требования. В настоящее время наиболее распространенным материалом для лопаток турбин рекуперации остаточного давления является 17-4PH (0Cr17Ni4Cu4Nb) — мартенситная нержавеющая сталь с дисперсионным упрочнением, состоящая из меди, ниобия/колумбия, обладающая высокой прочностью, твердостью и хорошей коррозионной стойкостью.
Однако материал 17-4PH также имеет свои ограничения. При низкой температуре среды и высокой кислотности 17-4PH демонстрирует низкую устойчивость к низкотемпературной коррозии в высококислотных средах. Хотя титановые сплавы обладают превосходной устойчивостью к низкотемпературной коррозии в высококислотных средах, их стоимость чрезвычайно высока. Поэтому выбор подходящего материала лопаток для турбинного устройства рекуперации остаточного давления доменной печи в различных условиях эксплуатации является проблемой, требующей всестороннего рассмотрения.
С точки зрения производственного процесса, точность обработки лопаток в турбине рекуперации давления доменной печи напрямую влияет на ее эксплуатационные характеристики. Литературные данные указывают на то, что когда расчетные, вычисленные и испытанные значения собственной частоты лопатки хорошо совпадают, динамические характеристики лопаток турбины рекуперации давления доменной печи являются хорошо спроектированными . Разрушение лопаток турбины рекуперации давления часто происходит не из-за недостаточной статической прочности и жесткости, ни из-за резонанса одного порядка, а скорее из-за аномального возбуждения во время работы и комбинированного воздействия различных вибраций .
В связи с поломками лопаток в турбинных установках для рекуперации остаточного давления в доменных печах постоянно разрабатываются технологии технического обслуживания и ремонта.
Технология лазерной наплавки в настоящее время является одним из эффективных методов ремонта лопаток турбины ТРТ. В случае разрушения лопатки ротора на турбине ТРТ № 5 компании Benxi Steel ремонтная бригада временно отремонтировала ротор и лопатки, используя принципы динамической балансировки и технологию лазерной наплавки, что сократило цикл технического обслуживания и снизило затраты на него, обеспечив хорошие результаты .
Технология высокоскоростной лазерной наплавки, благодаря своим преимуществам — низкому тепловому воздействию, высокому качеству покрытия и прочной адгезии, — стала эффективным решением для упрочнения лопаток турбин рекуперации давления доменных печей. Нанесение никелевых сплавов на поверхность лопаток турбин рекуперации давления доменных печей позволяет эффективно улучшить поверхностные свойства лопаток и продлить срок их службы. Технология лазерного легирования поверхности также используется для повышения эрозионной стойкости поверхностей лопаток турбин рекуперации давления доменных печей .
Кроме того, были разработаны и применены новые технологии, такие как устройства для непрерывной продувки паром в режиме онлайн, для решения проблемы образования солей и накипи на лопатках турбин рекуперации остаточного давления доменных печей , что позволяет эффективно избежать частых остановок и очистки этих турбин .
На основании проведенного анализа предлагаются следующие рекомендации по эксплуатации лопаток турбинной установки рекуперации остаточного давления доменной печи :
Во-первых, необходимо создать систему мониторинга состояния лопастей. Лопатки турбины рекуперации давления доменной печи являются компонентами высокого риска и должны подвергаться регулярному неразрушающему контролю, с особым акцентом на усталостные трещины в зонах концентрации напряжений, таких как основание лопатки и соединение лопаток. Необходимо вести мониторинг образования солей и накипи на лопатках турбины рекуперации давления доменной печи .
Во-вторых, необходимо оптимизировать качество поступающего газа. Снижение концентрации пыли и содержания коррозионно-активной среды во поступающем газе турбины рекуперации давления доменной печи является основополагающей мерой для уменьшения эрозии лопаток и продления срока их службы.
В-третьих, выберите подходящие материалы для лопаток. Исходя из конкретных условий эксплуатации турбины для рекуперации остаточного давления доменной печи (температура, кислотность/щелочность среды, содержание пыли), выберите подходящие материалы для лопаток, чтобы сбалансировать производительность и стоимость.
В-четвертых, стандартизировать процесс технического обслуживания лезвий. Капитальный ремонт лопаток турбины рекуперации давления доменной печи включает в себя высокоточные испытания и ремонтные работы, которые должны проводиться строго в соответствии с техническими условиями. В качестве эффективных мер по восстановлению поврежденных лопаток турбины рекуперации давления доменной печи могут использоваться такие методы ремонта, как лазерная наплавка .
Компания Tianjin Baozhong Electromechanical Equipment Technology Co., Ltd. специализируется на поставке запасных частей, лопаток, роторов и оказании услуг по техническому обслуживанию турбинных установок для рекуперации остаточного давления в доменных печах.
