合成气压缩机汽轮机振动升高原因分析及处理

2022-06-13张伟华孟祥龙

氮肥与合成气 2022年5期

张伟华，孟祥龙

(中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100)

中海石油华鹤煤化有限公司合成装置于2015年5月成功开车。合成装置中的合成气压缩机(K04401)负责将液氮洗送出的合成气加压送至合成塔，其中汽轮机(透平)是机组的动力来源，高压蒸汽(8.9 MPa、520 ℃)通过蒸汽速关阀、主蒸汽调节阀进入汽轮机做功，带动机组运转。

1 工艺流程

高压蒸汽(8.9 MPa、520 ℃)从汽轮机透平下部经速关阀进入蒸汽调解室，再经蒸汽高调节阀门(GV)控制进入汽轮机透平。汽轮机中部设有抽汽管，过热蒸汽(抽汽压力为4.4 MPa、温度为437 ℃)被送入中压蒸汽管网，另一路蒸汽经中调节控制阀(ECV)调节后返回透平继续做功。乏汽从汽轮机末端排出后进入表面冷凝器，被其管程的循环水冷凝成冷凝液，然后被冷凝液泵(P04405A/B)送至真空抽气冷凝器(E04405A/B)管程，作为冷凝器的冷却水。冷凝液在E04405A/B内完成热交换后，经过表面冷凝器液位调节阀(LV04451A/B)调控后送至脱盐水系统。汽轮机工艺流程见图1。

TTV—高压蒸汽速关阀； GV—蒸汽高调节阀； ECV—蒸汽中调节阀。

2 存在的问题

2020年7月，合成气压缩机检修后再开车时，其汽轮机排汽端振动值(VI04451A/B)波动，波动峰值达到52.2 μm/30.8 μm, 已接近联锁值(53.0 μm/53.0 μm)。当VI04451A/B同时达到联锁值时，合成气压缩机停车，合成塔产氨中断，导致机组损坏。为避免VI04451A/B上涨，机组只能低负荷运行，此时氨和尿素产量下降、能耗上升。汇总2020年10—12月合成系统负荷数据，发现受限于合成气压缩机透平振动，合成系统负荷从100%降至94%，每日产氨量从1 050 t降至990 t左右，吨氨耗蒸汽从3.6 t涨至4.0 t[1-2]。

透平振动是反应蒸汽透平运行状态的重要指标，通过查阅历史数据，对2020年10—12月合成气压缩机汽轮机排汽端振动异常波动进行了统计，见表1。

表1 合成气压缩机汽轮机排汽端振动异常波动统计表 μm

从表1可知：汽轮机在运行过程中振动频次增加，10月为1次，11月为2次，12月为4次。

将2020年1—11月VI04451A、VI04451B平均值进行统计，见表2。

表2 合成压缩机透平排汽端振动统计表 μm

由表2可知：VI04451A、VI04451B在2020年1—6月均能达到指标；从7月开始上涨，且有越来越严重的趋势。应消除不安全因素，保证机组稳定运行。

3 原因分析及过程排查

3.1 原因分析

对比趋势，分析影响汽轮机振动状态的10项因素。包括：润滑油温度低、润滑油压力低、润滑油品质差、轴封蒸汽温度低、汽轮机真空高、冷凝液外送量大、系统稳定性差、压缩机工况波动、透平平衡管存水、透平主蒸汽压力波动较大[3-4]。

3.2 过程排查

(1) 润滑油温度低

根据上油温度的变化，调整冷却水水量，摸索出润滑油温度对振动的影响关系，控制温度在小范围内波动；建立润滑油温度对位移量影响记录，各班按照不同状况控制润滑油温度为42 ℃。调整油温后，振动变化仍存在，确认油温为次要因素。

(2) 润滑油压力低

根据轴承进油压力对振动的影响，调试上油压力；摸索出润滑油上油压力最佳值；适当提高润滑油上油压力，增加轴承进油量，控制油压稳定；过滤器出口油压由0.94 MPa提至0.98 MPa。实际运行观察后发现油压对振动影响不大。

(3) 润滑油品质差

控制润滑油品质，保持润滑油洁净无污染；保持净油机运行，每月分析油样，定期外送油样品检查；保持油滤机运行，置换出2桶旧油，加入4桶新油。按NB/SH/T 0636—2013 《L-TSA 汽轮机油换油指标》要求，确认润滑油品质良好(见表3)。

表3 润滑油品质对比

(4) 轴封蒸汽温度低

现场测量轴封蒸汽管线温度为175 ℃(设计值为190 ℃以上)，缓慢调整蒸汽压力，提高轴封蒸汽温度。同时降低轴封蒸汽压力，现场注意轴封疏水，注意真空值等参数变化；轴封蒸汽压力由0.028 MPa降至0.025 MPa，现场导淋保持一定开度，轴封蒸汽温度控制在190 ℃以上。

(5) 汽轮机真空高

调整真空抽气器一抽、二抽切换至备用一抽、二抽，确保喷嘴正常运行；检查开工喷射器空气管线，打开空气管线法兰，确认没有内漏现象；检查二级冷凝液疏水器，确保运行正常。

制定合成气机组表面冷凝器循环水上回水温度、压力特护记录表，及时降低循环水上水温度；与调度沟通提高循环水上回水压差，增大循环水流量，循环水压差由0.08 MPa提高至0.12 MPa；针对换热效果好的换热器，关小其循环水回水阀门，合理分配循环水用量；检查确认各换热器循环水排汽及旁路，确保循环水投用正常；合成气机组表面冷凝器循环水上水引入低压消防水，以降低循环水上水温度。日常运行时，监护低压消防水压力，及时调整以稳定真空值。

(6) 冷凝液外送量大

优化汽轮机工况，降低汽轮机负荷(系统负荷)，控制冷凝液外送体积流量不超过25 m3/h；适当增加抽汽质量流量，控制其在48.0～50.4 t/h范围；降低转速，关小压缩机防喘阀。

(7) 系统稳定性低

控制整个系统稳定，保证合成气压缩机压力、温度、氢氮比、转速指标稳定；调整变换循环水冷却器循环水、锅炉给水冷却器锅炉水、液氮洗气量分配，以及缩小氢氮比控制范围，精确控制负荷稳定；压缩机入口压力控制在5.03～5.15 MPa，入口温度控制在18～24 ℃。

(8) 压缩机工况波动

在保证机组安全的情况下，小幅度调整合成气各段防喘阀门开度，将机组转速由12 900 r/min调整至12 750 r/min。一段、三段防喘阀门保持关闭，二段防喘阀门由16%关小至13%。

(9) 透平平衡管存水

微开平衡管导淋排凝，汽轮机缸体内无冷凝液，现场平衡管导淋微开，主控注意真空值等参数变化，保证机组安全运行。

(10) 透平主蒸汽压力波动较大

控制高压蒸汽管网压力，适当提高温度，稳定汽轮机振动次数，与蒸汽管网配合，控制主蒸汽压力在8.7～9.3 MPa范围内。

4 改造效果

对以上调整进行检查对比，结果显示：轴封蒸汽温度提高后，汽轮机振动值明显好转；轴封蒸汽压力从0.028 MPa降至0.025 MPa后，汽轮机振动值明显好转；负荷降低至95%，冷凝液质量流量减少了0.4 t/h后，汽轮机振动值在后期好转；降低转速、增加抽气等手段，冷凝液质量流量减少了2 t/h后，汽轮机振动值明显好转。

经过以上调整,对2021年1月—8月合成气压缩机排汽端振动VI04451A/B平均值进行统计，见表4，改造前后振动变化趋势折线见图2。