催化裂化装置汽轮机结垢在线清洗成功实例

2020-08-22张月红宁德君刘爱南

炼油与化工 2020年4期

赫兵，张月红，宁德君，刘爱南

（中国石化锦西石化公司机械动力处，辽宁葫芦岛125001）

工业汽轮机在石油化工、发电等行业都有广泛的应用，汽轮机作为原动机的富气压缩机组是炼油企业催化装置的核心关键设备，其运行质量的优劣直接影响到装置的正常生产［1］。某石化公司重油催化装置汽轮机型号为NG40/32/0，为杭州汽轮机厂产品。2016 年10 月检修，11 月份开工运行至2018 年9 月19 日，出现耗气量增加、提速困难，汽轮机转子轴振动值逐步攀升等情况，已经对反应压力控制产生制约的不利影响。若轮室压力继续上升，会产生汽轮机出力效率降低、耗汽量增加、汽轮机提速困难、转速逐渐下降、轴向推力增大等问题，对富气压缩机的正常运行造成影响，并进一步影响反应压力的控制，迫使装置降量低负荷运行直至汽轮机检修处理。

1 汽轮机结垢采用在线清洗的论证

1.1 汽轮机通流部分结垢的判断和成因

重油催化装置汽轮机在2016 年11 月份检修开工初期，轮室压力在2.0 MPa 左右，至2018 年5月轮室压力缓慢上升至2.5 MPa。截至9 月19 日，轮室压力最高达3.4 MPa,主汽门开度最高达90%以上，汽轮机振动值最高达50 μm，已经出现耗气量增加、提速困难的现象。汽轮机入口为过热蒸汽，当过热蒸汽品质不良时，蒸汽中易溶于水的钠的化合物和不溶于水或极难溶于水的化合物超标，当蒸汽在通流部分中膨胀做功时，参数降低及汽流方向和流速不断改变，蒸汽携带盐分的能力逐渐减弱，在减压部位或流道变更部位被分离出来，沉积在喷嘴、动叶和汽阀等通流部件表面上［2］，形成积垢。大多数情况下，积垢包括积盐和硅垢，积盐主要是可溶于水的NaCl、Na2SO4、硅酸盐等，硅垢中有不同晶体结构的SiO2，而SiO2有很强的结垢能力，结垢层非常坚硬，不溶于水。

1.2 汽轮机结垢的危害

汽轮机结垢会使得通流面积减少，造成做功能力下降，动静叶片结垢会使得其表面粗糙，增加摩擦损失，使效率下降，结垢厚度每增加0.1 mm，汽轮机级效率约下降3%左右，同时积垢也会造成转子动不平衡、轴振动大；转子轴向力增大、推力轴承过载而诱发事故。若速关阀、调节汽阀阀杆结垢，则可能造成阀门卡涩，在需要紧急停车等情况时不能快速动作，造成意外事故。

1.3 汽轮机在线清洗的原理：

在线清洗主要是利用钠盐在饱和蒸汽中的溶解度较大的特点，将汽轮机进汽温度降低到稍高于其对应饱和温度，做功后产生湿蒸汽，冲刷结垢叶片，将盐垢溶解。积盐被湿蒸汽中凝结水带走而得以清除，而当溶于水的化合物被冲掉后，不溶于水的SiO2垢层会随之瓦解而被除去［3］。

1.4 汽轮机在线清洗的方法：

汽轮机结盐在线清洗时，采用1.0 MPa 低压蒸汽，通过调节减温水量，控制蒸汽温度高于其相应压力下饱和温度20 ℃，汽轮机转速控制在低速运转范围内，不超过1 000 r/min［4］。

2 汽轮机结垢在线清洗的实施

2.1 前期准备工作

（1）编制技术方案及操作卡，按程序进行审批，对操作人员进行培训；

（2）汽轮机背压蒸汽线排凝阀接临时采样器，以对排汽进行采样分析，对汽轮机在线清洗效果进行跟踪分析；

（3）提前联系质检化验部门，准备每0.5 h 分析1次汽轮机排汽中钠离子、SiO2含量及电导率；

（4）准备《汽轮机排汽采样分析记录表》及《汽轮机操作参数记录表》，以对分析数据、操作参数进行记录，对汽轮机在线清洗效果进行跟踪分析；

（5）汽轮机清洗期间，锅炉产3.5 MPa 过热蒸汽量将降低至105 t/h，同时汽轮机不消耗3.5 MPa蒸汽，系统中、低压蒸汽系统的平衡情况会发生变化，为维持3.5 MPa 与1.0 MPa 蒸汽系统平衡，装置外减温减压器补汽量将由15～20 t/h 增加至35～45 t/h，同时1.0MPa蒸汽需要系统补充30 t/h。对此需同生产部门共同制定汽轮机清洗操作期间3.5 MPa及1.0 MPa蒸汽系统的运行方案［5］。具体变化情况见表1。

（6）配制临时管线，以满足汽轮机在线清洗工艺流程要求。具体情况见图1。

表1 蒸汽系统调整变化情况

图1 汽轮机在线清洗工艺流程

2.2 在线清洗主要过程

（1）压缩机岗位将汽轮机进、排汽与系统连接阀门关闭，背压蒸汽改至放空。检修单位拆解汽轮机与压缩机的联轴器。

（2）压缩机岗位引临时线蒸汽至速关阀前脱水，待汽轮机机体温度降至300 ℃，汽轮机开机，控制汽轮机转速1 000 r/min。

（3）反应岗位调节汽轮机入口临时线蒸汽减温水流量，缓慢降低临时线过热蒸汽温度，在降至200 ℃以前，控制过热汽降温速度≯50 ℃/h，降至200 ℃后，控制过热蒸汽降温速度≯10 ℃/10 min，最终控制过热蒸汽温度较其对应压力的饱和温度高20 ℃，具体指标见表2。

表2 饱和蒸汽温度压力对应表

（4）压缩机岗位每0.5 h 用临时采样器对汽轮机出口凝汽进行采样，并通过质检化验部门进行分析，及时记录分析数据，见表3。

表3 汽轮机清洗前后排气凝结水分析

（5）压缩机岗位每0.5 h记录汽轮机参数。

（6）汽轮机出口凝汽分析结果先呈上升趋势，经历峰值后逐渐降低，当连续2次分析数据变化不大时，在线清洗结束。或现场观察排汽凝液清洁程度，确认后停止清洗。分析曲线见图2。

图2 汽轮机清洗前后排气凝结水分析曲线

（7）班长通知调度，装置汽轮机在线清洗操作结束，准备恢复正常生产。

3 富气压缩机组试车开车情况

清洗后，试机过程各项参数正常，达到2016年11 月份检修后首次开机时的状况，可判断出在线清洗取得了明显效果。试机开机过程中，汽轮机的振动、位移、轴承温度均无明显变化，轮室压力明显降低，汽轮机负荷调节有明显的裕量。

重催装置于2018 年9 月27 日加工量提高到195 t/h，富气压缩机转速为6 530 r/min，汽轮机入口中压蒸汽压力3.81 MPa，出口背压蒸汽压力0.92 MPa，轮室压力1.7 MPa，耗汽量为42 t/h，汽轮机4 点振动值分别为22.4、23.1、12.0、11.2 μm，运行效果良好。