汽轮机结垢在线清洗技术应用

汽轮机结垢在线清洗技术应用

丛子力

中国石油四川石化有限责任公司

摘要：汽轮机在运行中发现异常，经分析判断为汽轮机叶片结垢。为保证装置现有处理量的生产要求，避免汽轮机结垢造成停工的事故发生采取在线清洗，节省检修时间、降低因加工量减少造成经济损失，有利于蒸汽节能降耗。大量沉积物被清洗掉,汽轮机重新投入运行各参数正常，汽轮机运行平稳。

关键词：汽轮机、结垢、在线清洗、节能降耗、平稳运行

1、前言

中国石油四川石化公司300万吨/年渣油加氢装置，II系列循环氢压缩机采用汽轮机驱动做功。运行至2015年3月中旬，汽轮机轮室压力出现上升趋势，4月9日现场发现汽轮机声音较为沉闷，汽轮机的进汽阀门开度较以往增大很多，压缩机转速9700rpm，汽阀开度86%。对比以往汽轮机相同转速下的汽门开度约65%左右。

经过运行观察发现汽轮机主汽门开度由65%上升到93%以上，而该汽轮机的进汽压力、温度及背压均为正常，二次油压为0.42MPa，接近上限值0.45MPa，汽轮机轮室压力由正常的1.8MPa逐步上升到3.7MPa，流通阻力增大，汽轮机蒸汽耗量增加，正常转速下的蒸汽耗量约30t/h，现耗汽量增至41t/h。

随后汽轮机运行状况继续恶化，将转速降至9200rpm左右汽阀现场开度接近100%，汽轮机负荷已经达到最大，若不及时处理，将无法满足装置现处理量的生产要求，而影响到全厂的物料平衡。

2、汽轮机参数异常

汽轮机轮室压力逐步上升至3.7MPa，意味着流通阻力增大，汽轮机主汽阀门开度不断增大同时二次油压为0.42MPa，接近上限值0.45MPa，调节余地十分有限。

先将压缩机转速由9700rpm缓慢降至9650rpm，内操将转速设定为9670rpm，汽轮机主汽阀门逐渐关小，但此时压缩机转速并未降至9670 rpm，维持在9690rpm接近十分钟，直至汽阀关至80%左右，转速才开始缓慢的下降，将转速设定值降至9650rpm，但转速降到9650rpm后还在继续下降，汽轮机汽阀又开始逐渐打开，最终稳定在了77%左右。

最后又将转速降至9200rpm左右进汽阀门开度超过100%，汽轮机负荷已经达到最大。

根据以上分析，汽轮机内部转子结垢，蒸汽流通通道受阻、耗气量增大，为达到设定转速，主汽门开度就会增大，直至转速达到设定转速。

3、原因分析

通过对汽轮机的运行参数分析，认为造成汽轮机目前状态的主要原因是蒸汽品质差汽轮机动、静结垢，从而引起蒸汽能耗损失，转速上不去。

3.1蒸汽品质差原因

渣油加氢装置循环氢压缩机的驱动汽轮机使用催化装置中压蒸汽管网的4.0 MPa过热蒸汽。该蒸汽受锅炉水含盐量、加药不均匀、排污不及时和工作压力的影响，蒸汽中的硅、钠离子含量时有超标。

当锅炉汽包水中含有较多的溶解盐类和悬浮物时,随着锅炉水的不断浓缩,含盐量和碱度一再增高,会有大量的胶体粒子上升到蒸发表面,蒸汽夹带较多的水分、盐类及其它杂质,流经蒸汽轮机时,由于蒸汽轮机流道的金属表面覆盖着一层氧化膜,具有较强的吸附能力,这些盐类和杂质就会停留下来,析出成垢[1]。

3.2汽态变化，析出盐份

汽轮机在运行中，4.0MPa蒸汽流过一级静叶喷嘴、转子叶片，驱动转子做功，过程中，蒸汽温度，压力下降过程中，蒸汽就析出了盐份，部分被蒸汽带走 ，另一部分附着在汽轮机的叶片上 ，逐渐影响汽轮机的运行效率[2]。汽轮机流通部位结垢，将使流通面积减少，效率下降，若维持进气调节阀开度不变，流量将变小，使机组功率下降，若保持汽轮机转速，就要开大进气阀，当进气阀开到最大仍不能提供合适的转速时，就会影响到装置的正常生产。结盐初期，相同输出功率的情况下，蒸汽量会逐步增大，汽轮机的轴位移、振动、轴承温度等参数也会逐渐增大，结盐后期，流道逐渐变窄，蒸汽量会逐渐下降，最大输出功率也会随之下降，从而无法满足生产需要。

4、汽轮机叶轮结垢清洗

目前解决汽轮机结垢的方法有化学冲洗、手工清除法、饱和湿蒸汽在线清洗法、缓蚀阻垢剂法等。

缓蚀阻垢剂法耗时较长，在短时间内除垢效果不明显；化学冲洗法需使用化学药剂，在一定程度上会腐蚀汽轮机构件；手工清除法需将机组解体，耗时较长；因汽轮机结垢严重迫需解决，对比以上方法，饱和湿蒸汽在线清洗的方法具有方法简便和不需要将机组解体等特点；故本次解决采用饱和湿蒸汽在线清洗法。

4.1、饱和湿蒸汽在线清洗法操作原理

汽轮机通流部分积垢分布于汽轮机过热蒸汽区域和刚进入饱和蒸汽区域，将饱和湿蒸汽导入汽缸，经过作功后，使汽轮机的所有通流部分叶片都在湿饱和蒸汽区域工作，盐垢逐渐被冲刷溶解，叶片得到清洗。

4.2、本次汽轮机饱和湿蒸汽在线清洗方案

按操作规程正常停汽轮机，关闭汽轮机出、入口蒸汽阀门，开汽轮机出口消音器排气放空阀；汽轮机清洗前将压缩机与汽轮机的联轴器断开，用临时管线将装置内自产的0.4MPa饱和蒸汽引至汽轮机入口，从汽轮机出口经消音器现场放空，汽轮机清洗流程图见图1。

4.3、饱和湿蒸汽清洗操作步骤

1、按操作规程正常停汽轮机，汽轮机停止转动后启动盘车装置。

2、关闭汽轮机出、入口蒸汽阀门，开汽轮机出口消音器排气放空阀；卸压后开机体排凝阀，对机体进行冷却，当进气温度到达280℃时引0.4Mpa饱和蒸汽。

3、引装置内自产0.4MPa饱和蒸汽，改通好蒸汽流程，背压蒸汽直接从消音器放空。按正常启机步骤启动汽轮机，用饱和湿蒸汽带动汽轮机转动并同时清洗汽轮机动、静叶片，汽轮机冲转不超过2000rpm。

4、饱和蒸汽温度控制在140-180℃之间，具体情况看清洗效果。在保证汽轮机运行转速正常的情况下，蒸汽温度越低，清洗效果越好。机体排凝阀直排凝结水并采样。

5、在清洗过程中，密切观察各部参数，紧急情况下应马上停车。

6、凝水分析随时进行采样分析，分析凝水中的SiO2，Na+，Fe3+含量，确认凝结水合格后，停0.4Mpa饱和湿蒸汽，然后暖机运行。

7、当4.0MPa蒸汽入口温度升至280℃时，按正常开机步骤升速运行。

放空消音器

3.5Mpa蒸汽来 汽轮机出口背压 

排汽线

                                                        0.4MPa饱和蒸汽

图1饱和湿蒸汽在线清洗流程

5、开机验证效果分析

4月20日15:30，汽轮机在线清洗过程顺利完成，比预期时间缩短了近10个小时。

4月21日，装置的处理量达到满负荷，汽轮机轮室压力1.8Mpa，二次油压0.20Mpa，汽轮机能满足生产并能实现灵活升降调节，汽轮机在线清洗效果明显。

6、结论

1、汽轮机叶轮结垢用0.4MPa饱和湿蒸汽可以在不解体的情况下进行在线清洗。效果良好。

2、节约检修时间，节省能耗。

3、汽轮机结垢主要原因是蒸汽品质不良。从开机后的长时间看汽轮机轮室压力有缓慢增加，在线清洗不能从根本上解决叶片结构，应从根本上提高锅炉运行水平，保证蒸汽质量，而非采用事后处理方法。

参考文献

[1]潘若非,王明海.结垢对催化裂化装置机组运行的影响及对策[J].石油炼制与化工.2005年第36卷第12期:18-19.

[2]宋振东.汽轮机结盐的处理[J].科技传播.2011(9):130.

作者简介：

丛子力，中国石油四川石化生产二部，职称：设备工程师；渣油加氢装置高级技师。