催化裝置汽輪機通流部分帶負荷在線清洗技術的應用

丁一剛(中韓武漢石油化工有限公司，湖北 武漢 430082)

1 概況

某煉化企業100 wt/a 重油催化裂化裝置于1995 年投產，主要以精制蠟油、減四線油為原料，生產干氣、汽油、柴油、液化氣、油漿等。裝置有富氣壓縮機組1 臺，作用是將分餾富氣壓縮至吸收穩定系統進行精制。機組由美國DRESSER-RAND 的型號為3M8-9 離心式壓縮機與型號為STMG-4U 背壓式汽輪機組成。

該裝置于2016 年4 月停工檢修，開工后運行至2019 年1 月開始出現異常，汽輪機耗汽量降低，轉速無法提升、無法調節，裝置生產被迫降量。組織技術分析，判斷通流部件存在結垢減少流通面積，需盡快處理，否則按蒸汽結垢原理分析，結垢會進一步快速加劇，生產難以維持。

2 故障現象及分析

2.1 汽輪機運行異常現象

在蒸汽參數與壓縮機負荷變化不大的情況下，汽輪機調節汽閥不斷開大，直至全開，隨后出現蒸汽耗量不斷下滑，從正常的60 t/h 逐漸下滑至43 t/h。汽輪機輸出功率嚴重不足，壓縮機轉速無法提高，前部崗位憋壓，裝置降低處理量維持。

2.2 汽輪機通流部分結垢技術分析

儀表與機械方面排查，通過給定轉速值來校驗控制回路與執行機構的對應關系，調節情況見表1，此時當調節汽閥在80%以上后，蒸汽流量不在隨開度增加而增加。從現場動作情況看調節幅度與機械行程對應正常，可排除控制系統異常、主調節氣閥機械卡澀。

著重從蒸汽品質、汽輪機通流部分的壓降和堵塞進行分析。

表1 調節氣閥開度與蒸汽流量對應情況

從圖 1 蒸汽透平入口蒸汽流量與機組轉速的趨勢看，蒸汽消耗量趨勢異常，主蒸汽量連續下滑，如果是閥碟脫落等一般會造成蒸汽量的突變。

圖1 透平蒸汽消耗量變化趨勢

從圖2 汽輪機蒸汽進出口溫度趨勢看，在進汽溫度維持435 ℃的情況下，出口蒸汽溫度逐漸升高了10 ℃，說明單位蒸汽焓降逐漸降低，機組內效率在降低。從蒸汽品質分析看，該機組中壓蒸汽全部來自3#余熱鍋爐，汽水采樣合格率僅為80%，其中鈉離子濃度超標最多。

圖2 汽輪機進出口溫差變化趨勢

通過對比輪室壓力與蒸汽耗量曲線，此時輪室壓力較正常值升高0.3 MPa(達到2.2 MPa)，輪室壓力上升是汽輪機速度級的壓降升高所致。同時觀察到速關閥壓降為0.4 MPa，較剛開機時偏大。

綜上，汽輪機的通流部分存在結鹽，結鹽部位在噴嘴、葉片，機組內效率下降，速關閥過濾網可能存在結垢情況，最終造成汽輪機通流面積減小導致蒸汽耗量減少，機組輸出功率嚴重不足。

3 制定在線清洗方案

3.1 在線清洗的可行性

通常處理方式為揭缸體進行檢查維修，按機組開停、工藝切除和維修，至少需72 h。工藝生產將帶來經濟效益損失和環保風險，僅經濟損失一項約480 萬元。

查閱相關資料，凝汽式汽輪機濕蒸汽在線清洗在電廠應用較多，但煉化企業背壓式汽輪機帶負荷在線清洗應用較少，因拖動的富氣壓縮機與工藝操作關聯性高，既要控制負荷及轉速確保機組安全，還要控制操作中干氣密封安全和工藝安全等，操作上具有一定難度。結合現場情況，該機組蒸汽流程具備制備新蒸汽的條件，可通過專供鍋爐調節蒸汽壓力，注入除氧水調節蒸汽溫度。同時，工藝具備配合調整條件[1]。

3.2 在線清洗的基本原理

利用沉積在過流部件上鹽垢可溶解于濕蒸汽的物理性質，通過降低機組負荷控制機組在安全轉速下運行，將過熱度很低的蒸汽導入汽缸，蒸汽做功后，汽輪機通流部分在濕飽和蒸汽區域運行，鹽垢被沖刷溶解、帶走。根據過熱蒸汽飽和度以及機組實際運行情況，制定在線清洗時機組與蒸汽的參數。

根據以上兩種方案的比較，選用帶負荷在線清洗，可減少損失，對工藝操作影響最小。

4 在線清洗過程與注意事項

4.1 確定方案

成立在線清洗指揮小組，對參與人員進行專項培訓。于2020 年4 月10 日，經過6 h 的有效清洗，使生產恢復正常。

4.2 操作過程

應關注排汽(凝結水)采樣分析趨勢，特別是具有代表性的鈉離子濃度的變化趨勢，見圖3。

圖 3 蒸汽凝結水鈉離子與硅酸根濃度變化趨勢

清洗過程中注意輪室壓力、速關閥壓降變化，沉積的鈉鹽清除過程中，輪室壓力會因后部葉輪鹽垢被清除壓力上升，速關閥壓降會降低，表明清洗有效，見表2。

表2 清洗前后蒸汽對比

4.3 注意事項

(1)帶負荷清洗時，應先降低機組負荷，與降低參數后新蒸汽能夠輸出的功率適應，逐漸調整入口蒸汽參數。因機組臨界轉速的限制，宜將轉速控制在額定轉速的1/4 至1/5 之間。

(2)新蒸汽的壓力不宜過低，應有20～25 ℃的過熱度。避免汽缸與新蒸汽溫度差過大，溫度變化速率不大于2 ℃/min。注意蒸汽調整順序，先調壓再調溫。

(3)在清洗過程中，不得解除任何聯鎖，應時刻關注機組軸系狀態、汽輪機現場運行狀況等，確保機組運行安全。

(4)防止清洗出的“污水”污染后路蒸汽系統，背壓蒸汽應切除放空。

5 實施效果

5.1 帶負荷在線清洗

從調節閥開度對應的蒸汽耗量和轉速控制看，機組恢復了性能。汽輪機內效率提升約10%，裝置恢復正常生產，如表3 所示。

表3 清洗前后機組運行參數對比

5.2 經濟效益

因汽輪機輸出功率不夠，導致生產處理量降量操作，每月的加工損失費用約785萬元。汽輪機因通流部件結垢導致效率下降，每月多損耗中壓汽約15 萬元。合計避免每月造成損失約800 萬元。同時，在線帶負荷清洗相比停機檢修，節約損失約為430萬元。

6 結語

通過實施在線清洗，恢復了機組性能。實踐表明，拖動背壓汽輪機操作得當，在線清洗是優選方案。避免汽輪機結垢，關鍵在于控制蒸汽品質。同時，本次清洗還存在手閥控制注水降溫的不精確問題，以后可通過完善蒸汽配置流程進行改善。本次實踐，為控制壓縮機的復雜工藝相關操作提供經驗，在線帶負荷清洗的方式具有一定推廣意義。