汽轮机真空差的原因分析和处理

尹 飞，赵贵富

（中海石油天野化工股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010070）

汽轮机真空差的原因分析和处理

尹 飞，赵贵富

（中海石油天野化工股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010070）

通过对汽轮机真空差的可能原因逐一排查，确认列管结垢是真空上涨的主要原因，采用在线清洗技术清除污垢。

汽轮机；真空；原因分析；处理

中海石油天野化工股份有限公司年产300 kt合成氨，520 kt尿素装置，共有5台离心式压缩机，其中驱动合成氨装置空压机、氮压机、合成气压缩机、冰机的4台汽轮机共用一台双流道表面凝汽器，合成塔出口冷却器EA603、氨冷凝器EA604、合成气压缩机回流冷却器EA651换热后的回水作为冷却水的上水，蒸汽从上方进入，冷凝液从下方排出，设备主要参数如表1。

2009年初以来，合成氨装置汽轮机排汽相对真空由原来的－76 k Pa逐渐上涨，2010年7、8月间一度达－46 k Pa。在高温季节一定程度上制约了装置负荷，严重影响了装置的安稳经济运行。

1 真空上涨原因排查

为了确定真空差的具体原因，本着先易后难的原则做了大量细致的工作，对可能导致真空上涨的各方面因素进行了认真的分析和排查。

表1 表面凝汽器主要参数

1.1 机组负荷增大

随着机组负荷增大，冷凝蒸汽量也会相应增加，其他如叶轮结垢、缸体导淋内漏也会导致凝汽器热负荷增加。实际冷凝液流量最大为142t／h，参照几年前真空好时的运行数据和设计冷凝蒸汽量，可排除负荷因素。

1.2 凝汽器热井液位高

如果凝汽器热井液位太高淹没列管，使换热面积减少，也会造成真空上涨。为此通过中控和现场液位计对照、敲击热井上部进行判断，确定液位正常。

1.3 中压过热蒸汽中漏入合成气

由于合成废锅副产的3．9 MPa蒸汽并入蒸汽管网并用于驱动冰机汽轮机，所以合成气可能通过废锅及工艺蒸汽过热器EA605漏入过热蒸汽中。经过做样分析，未发现二级喷射冷却器不凝气排放口有可燃气，这一因素也可排除。

1.4 真空喷射器系统故障

喷射器系统故障包括喷射器0．98 MPa动力蒸汽压力、温度降低，蒸汽滤网堵塞，喷射器喷嘴堵塞、磨损等方面。经过检查确认，动力蒸汽管网压力、温度没有大的波动，蒸汽滤网、喷嘴也未发现明显异常，可排除这方面因素。

1.5 冷却水系统异常

冷却水系统不正常包括上水温度升高和列管堵塞、冷却水阀门未全开、压力下降导致的冷却水流量降低等。由于凝汽器使用的是其他换热器的回水，所以前面换热器的运行状况会带来很大影响。于是对相关换热器的回水温度、压力等进行了检查，未发现明显偏离。

1.6 真空系统严密性变差

真空系统严密性变差空气漏入量增大是造成汽轮机真空差的常见原因，凡是与真空系统相连的负压系统如透平低压侧汽封磨损，真空系统各连接法兰、阀门填料、焊缝不严密，以及排汽安全阀、冷凝液泵密封水量不足，阀门内漏等都会造成空气漏入真空系统。在运行状态下，真空系统查漏的方法不多、工作量很大，效果也不是很好。只能对一些空间不受限的部位进行检查，更多的是依靠数据分析。

由于不可避免会有空气进入凝汽器，凝汽器的绝压就不能按照蒸汽的饱和压力与温度的关系来和凝结蒸汽的温度相对应。凝汽器内的压力是蒸汽、空气混合物的压力。蒸汽凝结开始时，空气量占总排汽量的比例很小，蒸汽的分压也很小，凝汽器的压力几乎等于蒸汽的分压；沿程向下流动过程中，由于蒸汽凝结，其分压逐渐降低，空气浓缩，空气分压逐渐增大，在凝结的最后阶段，由于绝大多数蒸汽的凝结，空气的分压就会占混合物总压的主要部分，其位置在热井液面上部到空气抽出口附近。根据亨利定律，如果大量空气漏入，冷凝液中的氧含量也就会相应升高。因此可以通过冷凝液中的氧含量来判断是否有大量空气漏入或喷射器抽气能力是否下降（美国热交换学会标准规定透平冷凝液中氧含量小于42μg／L为合格，小于14μg／L为良好，小于7 μg／L为优等）。实际分析凝结水中氧含量为11 μg／L，由于已排除喷射器系统故障，所以表明没有大量空气漏入真空系统。

另外从过冷度来看，设计值为2．5℃。如果空气漏入量增大，空气分压力的升高会使蒸汽的分压力下降，蒸汽仍在自己的分压力下凝结，凝结水温度低于排汽压力下对应的饱和温度，引起凝结水过冷却，因而过冷度会增大，出现过冷现象。而实际过冷度明显减小，仅为0．4℃，同样表明空气漏入量增大导致真空差的因素可以排除。

2 原因确认

排除上述因素后，问题集中在了列管结垢，使传热系数降低上。为此以实测数据为基础（如表2）进行了一些计算分析。

表2 2010年7月29日实测数据

2.1 传热量

忽略热量损失，传热量就是冷却水每小时带走的热量。冷却水系统检查无明显异常，冷却水流量也不会有很大变化，即保持正常值。

式中，Q——传热量，kJ／h或W；

c——比热容，水为4．2 kJ／（kg·℃）；

m——冷却水的质量流量，kg／h；

△t——温度变化，℃。

可计算出正常和实际情况下的传热量

虽然在文献阅读中学生是主体，但是从内容的选择、分组的方式到具体的要求，成绩的评判都离不开教师的组织。在整个过程中，教师必须首先了解学生的基本情况，熟悉所有的论文。要选好阅读的文献，解答学生的疑惑，指导学生撰写读书笔记、制作汇报的幻灯片。这不仅要求教师有极大的热情，精心设计，全程参与，还需要教师知识广博，专业基础扎实，实践经验丰富，具备良好的组织能力。

2.2 总传热系数计算

根据凝汽器的传热计算公式Q＝KA△tm

式中，K——总传热系数，W／（m2·℃）；

A——传热面积，m2；

△tm——传热平均温差，℃。忽略管口被杂质堵塞造成换热面积减小因素，传热面积A是确定的。在凝汽器中，蒸汽沿冷却表面的凝结过程温度几乎不变，水侧温度则沿流动方向变化，传热温差也随流体流动的位置发生变化。由于符合条件，故可采用算术平均温差来计算：

式中，△tm——传热平均温差，℃；

△t″——热流体与冷流体出口温差，℃。

正常时△t′正常＝50．5－33＝17．5℃；

△t″正常＝50．5－40＝10．5℃

实际△t′实际＝76．8－34＝42．8℃

△t″实际＝76．8－42＝34．8℃

可计算出正常和实际传热平均温差分别为：

确定了传热面积和传热平均温差，就可计算出正常和实际情况下的总传热系数：

计算结果表明，实际传热系数仅为正常传热系数的41．2%。

传热系数是传热总热阻的倒数，传热总热阻包括管内放热热阻、管内污垢热阻、管壁热阻、管外污垢热阻和管外放热热阻5项。其中管内放热热阻取决于循环水的流动状况，管壁热阻取决于壁厚和材质，前者变化不大，后者则是确定的；变化的只有管内污垢热阻、管外污垢热阻和管外放热热阻三项。管外放热热阻包括液膜热阻和气膜热阻，液膜热阻基本是固定的，最终变化的只有管内污垢热阻、管外污垢热阻、气膜热阻。排除了大量空气漏入因素，气膜热阻也就不会有很大变化。一般蒸汽侧即使结垢也不会很严重，那么真空差的原因就可以确定是列管冷却水侧结垢。

3 处理措施

找到了相对真空上涨的具体原因，接下来就是如何处理的问题。由于真空已相当不好，即使在最低负荷下也不具备半边清洗管束的条件；停车处理更会带来很大的经济损失，于是决定进行在线化学清洗。清洗方法是用清洗泵从冷却水上水导淋注入清洗剂，然后随回水进入大循环水系统，添加的清洗剂包括对冷却水系统表面菌藻粘附物、粘泥沉积物等进行表面剥离的剥离剂，使垢层逐步分散、溶解的分散螯合剂和缓蚀剂。

各项准备工作完成后，于2010年9月18日正式开始清洗，历时6个工作日结束。清洗取得了良好的效果，相对真空由清洗前的－49 k Pa下降到－70 k Pa，安全、成功解决了真空差这一长时间困扰生产的问题，在积累了宝贵经验、消除很大经济损失的同时，也为设备稳定运行提供了安全保障。

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 飞（1973－），男，内蒙古呼和浩特人，工程师。