汽輪機(jī)真空差的原因分析和處理

尹 飛，趙貴富

（中海石油天野化工股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

汽輪機(jī)真空差的原因分析和處理

尹 飛，趙貴富

（中海石油天野化工股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

通過對(duì)汽輪機(jī)真空差的可能原因逐一排查，確認(rèn)列管結(jié)垢是真空上漲的主要原因，采用在線清洗技術(shù)清除污垢。

汽輪機(jī)；真空；原因分析；處理

中海石油天野化工股份有限公司年產(chǎn)300 kt合成氨，520 kt尿素裝置，共有5臺(tái)離心式壓縮機(jī)，其中驅(qū)動(dòng)合成氨裝置空壓機(jī)、氮壓機(jī)、合成氣壓縮機(jī)、冰機(jī)的4臺(tái)汽輪機(jī)共用一臺(tái)雙流道表面凝汽器，合成塔出口冷卻器EA603、氨冷凝器EA604、合成氣壓縮機(jī)回流冷卻器EA651換熱后的回水作為冷卻水的上水，蒸汽從上方進(jìn)入，冷凝液從下方排出，設(shè)備主要參數(shù)如表1。

2009年初以來，合成氨裝置汽輪機(jī)排汽相對(duì)真空由原來的－76 k Pa逐漸上漲，2010年7、8月間一度達(dá)－46 k Pa。在高溫季節(jié)一定程度上制約了裝置負(fù)荷，嚴(yán)重影響了裝置的安穩(wěn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 真空上漲原因排查

為了確定真空差的具體原因，本著先易后難的原則做了大量細(xì)致的工作，對(duì)可能導(dǎo)致真空上漲的各方面因素進(jìn)行了認(rèn)真的分析和排查。

表1 表面凝汽器主要參數(shù)

1.1 機(jī)組負(fù)荷增大

隨著機(jī)組負(fù)荷增大，冷凝蒸汽量也會(huì)相應(yīng)增加，其他如葉輪結(jié)垢、缸體導(dǎo)淋內(nèi)漏也會(huì)導(dǎo)致凝汽器熱負(fù)荷增加。實(shí)際冷凝液流量最大為142t／h，參照幾年前真空好時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)冷凝蒸汽量，可排除負(fù)荷因素。

1.2 凝汽器熱井液位高

如果凝汽器熱井液位太高淹沒列管，使換熱面積減少，也會(huì)造成真空上漲。為此通過中控和現(xiàn)場液位計(jì)對(duì)照、敲擊熱井上部進(jìn)行判斷，確定液位正常。

1.3 中壓過熱蒸汽中漏入合成氣

由于合成廢鍋副產(chǎn)的3．9 MPa蒸汽并入蒸汽管網(wǎng)并用于驅(qū)動(dòng)冰機(jī)汽輪機(jī)，所以合成氣可能通過廢鍋及工藝蒸汽過熱器EA605漏入過熱蒸汽中。經(jīng)過做樣分析，未發(fā)現(xiàn)二級(jí)噴射冷卻器不凝氣排放口有可燃?xì)猓@一因素也可排除。

1.4 真空噴射器系統(tǒng)故障

噴射器系統(tǒng)故障包括噴射器0．98 MPa動(dòng)力蒸汽壓力、溫度降低，蒸汽濾網(wǎng)堵塞，噴射器噴嘴堵塞、磨損等方面。經(jīng)過檢查確認(rèn)，動(dòng)力蒸汽管網(wǎng)壓力、溫度沒有大的波動(dòng)，蒸汽濾網(wǎng)、噴嘴也未發(fā)現(xiàn)明顯異常，可排除這方面因素。

1.5 冷卻水系統(tǒng)異常

冷卻水系統(tǒng)不正常包括上水溫度升高和列管堵塞、冷卻水閥門未全開、壓力下降導(dǎo)致的冷卻水流量降低等。由于凝汽器使用的是其他換熱器的回水，所以前面換熱器的運(yùn)行狀況會(huì)帶來很大影響。于是對(duì)相關(guān)換熱器的回水溫度、壓力等進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯偏離。

1.6 真空系統(tǒng)嚴(yán)密性變差

真空系統(tǒng)嚴(yán)密性變差空氣漏入量增大是造成汽輪機(jī)真空差的常見原因，凡是與真空系統(tǒng)相連的負(fù)壓系統(tǒng)如透平低壓側(cè)汽封磨損，真空系統(tǒng)各連接法蘭、閥門填料、焊縫不嚴(yán)密，以及排汽安全閥、冷凝液泵密封水量不足，閥門內(nèi)漏等都會(huì)造成空氣漏入真空系統(tǒng)。在運(yùn)行狀態(tài)下，真空系統(tǒng)查漏的方法不多、工作量很大，效果也不是很好。只能對(duì)一些空間不受限的部位進(jìn)行檢查，更多的是依靠數(shù)據(jù)分析。

由于不可避免會(huì)有空氣進(jìn)入凝汽器，凝汽器的絕壓就不能按照蒸汽的飽和壓力與溫度的關(guān)系來和凝結(jié)蒸汽的溫度相對(duì)應(yīng)。凝汽器內(nèi)的壓力是蒸汽、空氣混合物的壓力。蒸汽凝結(jié)開始時(shí)，空氣量占總排汽量的比例很小，蒸汽的分壓也很小，凝汽器的壓力幾乎等于蒸汽的分壓；沿程向下流動(dòng)過程中，由于蒸汽凝結(jié)，其分壓逐漸降低，空氣濃縮，空氣分壓逐漸增大，在凝結(jié)的最后階段，由于絕大多數(shù)蒸汽的凝結(jié)，空氣的分壓就會(huì)占混合物總壓的主要部分，其位置在熱井液面上部到空氣抽出口附近。根據(jù)亨利定律，如果大量空氣漏入，冷凝液中的氧含量也就會(huì)相應(yīng)升高。因此可以通過冷凝液中的氧含量來判斷是否有大量空氣漏入或噴射器抽氣能力是否下降（美國熱交換學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定透平冷凝液中氧含量小于42μg／L為合格，小于14μg／L為良好，小于7 μg／L為優(yōu)等）。實(shí)際分析凝結(jié)水中氧含量為11 μg／L，由于已排除噴射器系統(tǒng)故障，所以表明沒有大量空氣漏入真空系統(tǒng)。

另外從過冷度來看，設(shè)計(jì)值為2．5℃。如果空氣漏入量增大，空氣分壓力的升高會(huì)使蒸汽的分壓力下降，蒸汽仍在自己的分壓力下凝結(jié)，凝結(jié)水溫度低于排汽壓力下對(duì)應(yīng)的飽和溫度，引起凝結(jié)水過冷卻，因而過冷度會(huì)增大，出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。而實(shí)際過冷度明顯減小，僅為0．4℃，同樣表明空氣漏入量增大導(dǎo)致真空差的因素可以排除。

2 原因確認(rèn)

排除上述因素后，問題集中在了列管結(jié)垢，使傳熱系數(shù)降低上。為此以實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)（如表2）進(jìn)行了一些計(jì)算分析。

表2 2010年7月29日實(shí)測數(shù)據(jù)

2.1 傳熱量

忽略熱量損失，傳熱量就是冷卻水每小時(shí)帶走的熱量。冷卻水系統(tǒng)檢查無明顯異常，冷卻水流量也不會(huì)有很大變化，即保持正常值。

式中，Q——傳熱量，kJ／h或W；

c——比熱容，水為4．2 kJ／（kg·℃）；

m——冷卻水的質(zhì)量流量，kg／h；

△t——溫度變化，℃。

可計(jì)算出正常和實(shí)際情況下的傳熱量

雖然在文獻(xiàn)閱讀中學(xué)生是主體，但是從內(nèi)容的選擇、分組的方式到具體的要求，成績的評(píng)判都離不開教師的組織。在整個(gè)過程中，教師必須首先了解學(xué)生的基本情況，熟悉所有的論文。要選好閱讀的文獻(xiàn)，解答學(xué)生的疑惑，指導(dǎo)學(xué)生撰寫讀書筆記、制作匯報(bào)的幻燈片。這不僅要求教師有極大的熱情，精心設(shè)計(jì)，全程參與，還需要教師知識(shí)廣博，專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，具備良好的組織能力。

2.2 總傳熱系數(shù)計(jì)算

根據(jù)凝汽器的傳熱計(jì)算公式Q＝KA△tm

式中，K——總傳熱系數(shù)，W／（m2·℃）；

A——傳熱面積，m2；

△tm——傳熱平均溫差，℃。忽略管口被雜質(zhì)堵塞造成換熱面積減小因素，傳熱面積A是確定的。在凝汽器中，蒸汽沿冷卻表面的凝結(jié)過程溫度幾乎不變，水側(cè)溫度則沿流動(dòng)方向變化，傳熱溫差也隨流體流動(dòng)的位置發(fā)生變化。由于符合條件，故可采用算術(shù)平均溫差來計(jì)算：

式中，△tm——傳熱平均溫差，℃；

△t″——熱流體與冷流體出口溫差，℃。

正常時(shí)△t′正常＝50．5－33＝17．5℃；

△t″正常＝50．5－40＝10．5℃

實(shí)際△t′實(shí)際＝76．8－34＝42．8℃

△t″實(shí)際＝76．8－42＝34．8℃

可計(jì)算出正常和實(shí)際傳熱平均溫差分別為：

確定了傳熱面積和傳熱平均溫差，就可計(jì)算出正常和實(shí)際情況下的總傳熱系數(shù)：

計(jì)算結(jié)果表明，實(shí)際傳熱系數(shù)僅為正常傳熱系數(shù)的41．2%。

傳熱系數(shù)是傳熱總熱阻的倒數(shù)，傳熱總熱阻包括管內(nèi)放熱熱阻、管內(nèi)污垢熱阻、管壁熱阻、管外污垢熱阻和管外放熱熱阻5項(xiàng)。其中管內(nèi)放熱熱阻取決于循環(huán)水的流動(dòng)狀況，管壁熱阻取決于壁厚和材質(zhì)，前者變化不大，后者則是確定的；變化的只有管內(nèi)污垢熱阻、管外污垢熱阻和管外放熱熱阻三項(xiàng)。管外放熱熱阻包括液膜熱阻和氣膜熱阻，液膜熱阻基本是固定的，最終變化的只有管內(nèi)污垢熱阻、管外污垢熱阻、氣膜熱阻。排除了大量空氣漏入因素，氣膜熱阻也就不會(huì)有很大變化。一般蒸汽側(cè)即使結(jié)垢也不會(huì)很嚴(yán)重，那么真空差的原因就可以確定是列管冷卻水側(cè)結(jié)垢。

3 處理措施

找到了相對(duì)真空上漲的具體原因，接下來就是如何處理的問題。由于真空已相當(dāng)不好，即使在最低負(fù)荷下也不具備半邊清洗管束的條件；停車處理更會(huì)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，于是決定進(jìn)行在線化學(xué)清洗。清洗方法是用清洗泵從冷卻水上水導(dǎo)淋注入清洗劑，然后隨回水進(jìn)入大循環(huán)水系統(tǒng)，添加的清洗劑包括對(duì)冷卻水系統(tǒng)表面菌藻粘附物、粘泥沉積物等進(jìn)行表面剝離的剝離劑，使垢層逐步分散、溶解的分散螯合劑和緩蝕劑。

各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完成后，于2010年9月18日正式開始清洗，歷時(shí)6個(gè)工作日結(jié)束。清洗取得了良好的效果，相對(duì)真空由清洗前的－49 k Pa下降到－70 k Pa，安全、成功解決了真空差這一長時(shí)間困擾生產(chǎn)的問題，在積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)、消除很大經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，也為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供了安全保障。

Cause Analysis and Treatment of Poor Turbine Vacuum

Y
IN Fei,ZHAO Gui-fu
（Inner Mongolia Tianye Chemical Co．of China Blue Chemical Co．，Ltd．，Hohhot Inner Mongolia 010070，China）

After investigating the possible causes of the poor turbine vacuum one by one，confirm tube fouling is the main reason causing the vacuum degree up，and take the online cleaning technology to remove the dirt．

turbine；vacuum；cause analysis；treatment

TK267

B

1003-6490（2014）01-0024-03

2013-07-11

尹 飛（1973－），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，工程師。