3 MW背壓汽輪機做功下降原因分析及處理

邵洪義

(中國石化河南油田分公司南陽石蠟精細化工廠，河南南陽 473132)

1 概況

南陽石蠟精細化工廠動力車間3 MW背壓汽輪機為青島汽輪機廠制造的B3-3.43/0.981型背壓式汽輪機，機組于1998年12月安裝調試投產。目前該汽輪機主要與北京鍋爐廠制造BG-75/3.82-MQ中溫中壓75 t/h煤粉爐配套運行。汽輪機本體由一級雙列復速級和兩級壓力級組成，額定負荷為3 000 kW，排汽壓力為0.981 MPa，額定進汽量和最大進汽量分別為48.7 t/h和65.8 t/h。新蒸汽通過自動主汽門到三通分兩路分別進入蒸汽室兩側，經調速汽門到高壓噴嘴膨脹逐級作功，排汽進入全廠低壓蒸汽管網。

2 汽輪機做功能力下降情況及初步判斷

2010年發現機組做功能力顯著下降，并且與2009年對比發電量明顯降低(見下頁表1)。在相同蒸汽負荷狀況下做功下降200 kW左右。在調壓器最大刻度下，最大進氣量不超過60 t/h，電負荷達不到3 000 kW只能維持2 750 kW運行。并且復速級壓力逐漸升高，轉子軸向位移逐漸增大導致軸位移油壓逐漸降低(由0.38 MPa逐漸降低至0.34 MPa)。推力軸承溫度逐漸升高(見下頁表2)。

表1 發電量對比

表2 推力瓦溫度變化

由以上情況可初步判斷發電量下降的原因:①汽輪機內部蒸汽通流部分可能存在積鹽現象，造成發電機效率降低;②汽輪機長時間運行，部分葉片變形損壞情況加劇，影響汽輪機發電能力(2004年、2008年兩次汽輪機開缸檢修已發現約30%葉片輕微變型)。

3 汽輪機開缸檢查及原因確認

2010年9月在初步判斷的基礎上，在全廠大修低負荷期對汽輪機進行開缸檢修。在開缸后發現，汽輪機壓力級出現明顯的積鹽結垢情況，并且第二壓力機積鹽較為嚴重，厚度達3 mm左右。另外，在復速級表面存在油狀膜。

4 原因分析

4.1 取樣分析

通過對汽輪機第二壓力級葉輪表面的鹽垢進行取樣，委托中國地質大學進行分析，分析數據顯示Na2O含量占50.37%，燒失量41.64%。根據分析結果及光譜分析說明垢樣的大部分成分是鈉鹽及有機物(見圖1、表3)。

圖1 光譜分析圖

表3 垢樣成分組成

4.2 蒸汽中鈉鹽及有機物的形成原因

為查找蒸汽鈉鹽含量高的原因，進行為期一月的調查分析。組織對原水、陽床出水、陰床出水(除鹽水)、給水、凝結水、爐水、飽和蒸汽、過熱蒸汽的鈉鹽含量、電導逐一進行分析，依據分析數據和裝置的運行情況判斷引起蒸汽鈉鹽含量高的原因主要有以下三點:

4.2.1 凝結水水質波動影響汽水分離效果

從水汽質量跟蹤分析數據顯示(部分數據見表4)，當凝結水送入鍋爐時，因含有油脂類和有機物，易在鍋爐汽包表面形成泡沫層，泡沫層會導致汽水空間高度減小，影響汽水分離，甚至會引起蒸汽帶水，造成蒸汽含鹽量增加。

表4 部分蒸汽質量分析數據

另外，9月煤粉爐冷檢時發現汽包內壁汽水分界面處周圍出現黑色油類的物質(見下頁圖2)，以及汽輪機檢修打開大蓋后發現的油狀膜，均說明爐水及蒸汽內含有油脂類物質和有機物，這些現象在凝結水投運之前從未出現過，因此可以判斷這些油類物質和有機物來自凝結水。正是這些油脂類和有機物的存在導致鍋爐汽水分離不好飽和蒸汽出現水滴攜帶而影響蒸汽品質的。

4.2.2 噴水減溫水的水質二次污染過熱蒸汽

正常情況下，過熱蒸汽的品質取決于飽和蒸汽的品質，過熱蒸汽鈉鹽含量應與飽和蒸汽鈉鹽含量相當，甚至更好一些，可分析結果顯示過熱蒸汽鈉鹽含量總是高于飽和蒸汽鈉鹽(見表4)。這一現象表明過熱蒸汽在過熱器內又受到一次污染。經過進一步調查分析得知，煤粉爐剛投運時過熱器的噴水減溫器是用自制冷凝器自制的冷凝水噴水減溫，因自制冷凝器的制水能力逐年下降，靠自制冷凝器自制的冷凝水已不能滿足過熱蒸汽控制溫度需要，從2009年初開始，當自制冷凝器自制的水不夠用時通過補充部分給水作為噴水減溫器的噴水來降低過熱蒸汽的溫度，而國家標準中并未明確規定給水中鈉鹽的控制指標，其中的鈉鹽是遠遠高于過熱蒸汽的鈉鹽，這就是過熱蒸汽鈉鹽含量總是高于飽和蒸汽鈉鹽的原因。

圖2 汽包人孔油狀物

4.2.3 陽床出水鈉鹽含量偏高

目前陽床出口鈉離子含量為≤200 μg/L，高于≤100 μg/L的國家標準。導致除鹽水及給水中鈉離子含量偏高。

5 鹽垢處理和改進措施

5.1 汽輪機機鹽垢處理及效果

對于汽輪機通流部分的鹽垢，采取將汽輪機轉子和隔板拆除，外送進行噴砂除垢。噴砂后的轉子進行動平衡測試，以防止轉子動不平衡。2010年10月重新投用，汽輪機做功能力有了顯著提高，能夠達到3 000 kW額定負荷;并且推力瓦的溫度下降至60℃，軸向位移油壓恢復至0.38 MPa。

5.2 改進措施

5.2.1 有效控制凝結水來水水質

凝結水裝置屢次出現來水水質油和濁度嚴重超標的情況。應提高在線油自動甄別系統可靠性，當水質不良時系統能夠自動識別并切除出凝結水管網系統，杜絕后續裝置的污染，減少后續處理工作，確保凝結水裝置的平穩運行。

5.2.2 對凝結水除油除鐵裝置進行維修、預膜，提高處理能力

按廠家要求凝結水裝置濾罐和纖維罐內的過濾管件每三年要預膜一次，該裝置運行將近4年，從凝結水進出口油含量分析數據看，目前裝置除油能力極弱，進口和出口含油幾乎接近，甚至經常出現出口含油超過進口含油(部分數據見表5)。說明罐內過濾管件已被油和蠟污染，只靠蒸汽反吹恢復不了過濾能力，因此，凝結水裝置需要停運，打開罐體檢查、清洗、更換過濾管件，并對過濾管件進行預膜，恢復處理能力。

表5 部分凝結水分析數據

5.2.3 自制冷凝器進行檢修，必要時進行更換

恢復自制冷凝器制水能力，避免采用給水噴水減溫，減少過熱蒸汽的二次污染。

5.2.4 更換陽床離子交換樹脂，降低除鹽水鈉鹽含量

水處理陽床一直連續運行已將近五年，達到離子交換樹脂使用周期(一般為3～5年)，陽床除鈉能力大大降低。因此降低除鹽水水中鈉鹽含量，必須更換陽床樹脂。

6 結論

由于蒸汽鈉鹽超標引起背壓汽輪機通流部分積鹽結垢，并導致作功能力下降，其原因是由水處理、凝結水裝置，鍋爐自制冷凝器多個問題綜合造成的。這就要求平時統籌兼顧做好水質的監督，尤其是石油化工企業要重點加強凝結水回收裝置水質管理。只有這樣才能避免或延緩出現類似問題的發生。