直接空氣冷凝汽器在凝氣式汽輪機(jī)上的應(yīng)用

強(qiáng)洪剛

（天津石化公司，天津 300270）

天津石化100萬t／a連續(xù)重整裝置K－202增壓機(jī)使用直接空冷式凝氣汽輪機(jī)驅(qū)動2個氣缸，將氫氣壓力由0.51MPa升至2.35MPa后輸送至氫氣管網(wǎng)，供重整裝置和其他加氫裝置使用。K－202驅(qū)動汽輪機(jī)選用杭州汽輪機(jī)廠制造的NKS40／36型凝氣式汽輪機(jī)，配備巴蒂尼奧熱能技術(shù)（常熟）有限公司（GEA）制造的空冷器用以冷卻汽輪機(jī)的排氣，空冷的正常冷卻流量為25.3t／h，額定冷卻流量為32.3t／h。汽輪機(jī)的設(shè)計排氣壓力為0.248MPa，排氣溫度為65℃；而夏季未沖洗空冷和增加設(shè)施時的最高排氣壓力達(dá)到0.064MPa，排氣溫度高達(dá)89℃。

1 凝汽式空冷汽輪機(jī)系統(tǒng)介紹

空氣冷凝汽器（ACC）系統(tǒng)［1］，利用空氣直接冷卻汽輪機(jī)的排汽，空氣與排汽之間進(jìn)行熱交換。汽輪機(jī)低壓缸排汽通過大直徑的排汽管道直接排入空冷冷凝器管束，軸流風(fēng)機(jī)將冷空氣吸入，通過翅片管外部進(jìn)行表面換熱，將排汽冷卻為凝結(jié)水。這種系統(tǒng)適用于缺少冷卻用水的北方地區(qū)。當(dāng)時我們選擇空冷器作為冷卻器也是考慮到供水系統(tǒng)能力不足帶來的循環(huán)水量的問題?？諝饫淠鳎ˋCC）系統(tǒng)是由蒸汽汽輪機(jī)、空冷散熱器、螺旋槳式軸流冷卻風(fēng)機(jī)及其驅(qū)動電動機(jī)（簡稱空冷風(fēng)機(jī)）等組成。空冷器管束由4排管列構(gòu)成：下面3排管列構(gòu)成凝汽部分，上面1排管列構(gòu)成二次冷凝部分。后者與抽真空管路相連，將不凝結(jié)氣體抽出系統(tǒng)。

2 空冷凝汽器系統(tǒng)的組成

汽輪機(jī)組凝汽器的主要任務(wù)是將汽輪機(jī)內(nèi)做完功的蒸汽凝結(jié)成水，并在汽輪機(jī)的排汽口建立額定的真空，以維持機(jī)組的正常運轉(zhuǎn)。凝汽式空氣汽輪機(jī)的冷凝系統(tǒng)由空冷凝汽器、抽氣器（包括一、二級噴射器及啟動抽氣器）、凝結(jié)水泵以及附屬設(shè)備（集液箱、熱井、排氣安全閥）、連接管道、閥門等組成。該空冷冷凝系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 空冷冷凝系統(tǒng)圖

從圖1中看出，汽輪機(jī)做功產(chǎn)生凝結(jié)水匯集到集液箱里，排出的乏汽通過大直徑排汽總管進(jìn)入中間配汽管，由中間配汽管分配到不同翅片管中。當(dāng)排汽流經(jīng)翅片管內(nèi)部時，大量的冷空氣被軸流風(fēng)機(jī)送入并吹過翅片管，將排汽的熱量帶走，從而使蒸汽凝結(jié)成水。同時，由于內(nèi)部大量氣體急劇冷卻成水而在空氣冷凝器內(nèi)形成了高度真空，又由于系統(tǒng)內(nèi)存在一定的壓力差，從而使汽輪機(jī)排出的乏汽源源不斷地流進(jìn)空氣冷凝器內(nèi)。冷凝下來的冷凝液匯集在熱井里，與集液箱送來的凝結(jié)水一起經(jīng)熱井冷凝水泵送往凝結(jié)水系統(tǒng)管網(wǎng)，統(tǒng)一回收利用?？绽淠髦械牟荒推麢C(jī)運行過程中由排汽缸、汽輪機(jī)低壓部分各級回?zé)嵩O(shè)備、冷凝設(shè)備、連接設(shè)備管線等泄漏產(chǎn)生的氣體，在空冷凝汽系統(tǒng)內(nèi)慢慢會聚積，影響負(fù)壓的穩(wěn)定。所以，必須用抽氣器來將這些空氣抽出。

3 運行概況、存在問題及處理方法

3.1 排氣壓力存在過冷現(xiàn)象

直接空冷式汽輪機(jī)自2009年12月開工以來，汽輪機(jī)的排氣壓力、排氣溫度和飽和蒸汽溫度與壓力的對照表（見表1）不一致，存在一定的過冷偏差，即對應(yīng)的排氣壓力下排氣溫度偏低（運行數(shù)據(jù)見表2）。

表1 飽和蒸汽溫度與壓力對照表

表2 開工初期排氣壓力和排氣溫度對應(yīng)表

3.2 空冷冷卻效果變差

3.2.1 夏季負(fù)壓情況

1）自2011年3月開始，汽輪機(jī)的排氣壓力在工藝操作條件和汽輪機(jī)蒸汽耗量沒有變化的情況下逐漸升高。運行至2011年5月，汽輪機(jī)排氣壓力升至0.044MPa（A），比2010年同期高出0.02MPa。于是，對空冷器增加噴淋設(shè)施，通過噴淋設(shè)施向空冷翅片管噴灑除鹽水，以起到冷卻翅片管內(nèi)介質(zhì)的作用。開啟噴淋后，汽輪機(jī)的排氣壓力由0.044MPa降至0.036MPa，但沒有降至汽輪機(jī)的設(shè)計排氣壓力0.025MPa。排查抽氣器、抽氣器冷卻器、真空系統(tǒng)所有設(shè)備接管等，沒有發(fā)現(xiàn)抽氣器噴嘴有堵塞現(xiàn)象；抽氣器冷卻器銅管比較干凈，也沒有結(jié)垢現(xiàn)象；對真空系統(tǒng)測漏，也沒有發(fā)現(xiàn)泄漏點。通過對汽輪機(jī)所有可能造成排氣壓力升高的原因排查后發(fā)現(xiàn)，最大的可能性歸結(jié)于空冷的冷卻效果變差。生產(chǎn)廠家建議化學(xué)清洗。對局部進(jìn)行試驗性化學(xué)清洗，發(fā)現(xiàn)翅片管表面恢復(fù)金屬本色。2011年6月16日開始大面積清洗，先使用消防水沖洗翅片管灰塵，再使用化學(xué)藥劑清洗，最后用消防水將化學(xué)藥劑沖洗干凈。2011年6月17日下午，K－202汽輪機(jī)10臺空冷全部化學(xué)沖洗完畢?；瘜W(xué)清洗前，K－202排氣壓力最高為0.062MPa；化學(xué)清洗后，K－202排氣壓力最高為0.039MPa，效果比較明顯。選擇環(huán)境溫度均為35℃的2天中的同一個時間段，對K－202汽輪機(jī)空冷器化學(xué)清洗前、后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。對比數(shù)據(jù)見表3，沖洗前、后對比見圖2。

表3 空冷沖洗前、后溫度排氣壓力對比

圖2 空冷沖洗前、后翅片管表面情況對比

2）2012年5月中旬，直接使用化學(xué)藥劑清洗，但效果沒有2011年沖洗后效果明顯。排氣溫度超過0.050MPa時，開啟空冷噴淋管度過夏季高溫天氣。

3.2.2 冬季負(fù)壓情況

1）K－202汽輪機(jī)運行至2012年春節(jié)前夕，汽輪機(jī)的排氣壓力依然較高。進(jìn)入空冷內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，底層翅片管空氣流道已經(jīng)被完全堵死，風(fēng)機(jī)輸送的空氣根本無法通過翅片管流道，空冷效果變差。通過使用消防水沖洗后，空冷冷卻效果恢復(fù)到開工初期狀態(tài)，汽輪機(jī)的排氣壓力一直維持在0.023MPa左右，而且空冷的啟動臺數(shù)也由10臺高速檔運行改為2臺高速檔運行、4臺低速檔運行、4臺停運。

2）2013年春節(jié)前夕，又出現(xiàn)與2012年春節(jié)前夕類似的現(xiàn)象，通過對空冷翅片管進(jìn)行消防水沖洗發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)的排氣壓力僅降低0.004MPa，進(jìn)空冷前溫度和出口冷后溫度也變化不大，溫差在7℃左右。

3.3 汽輪機(jī)排氣壓力表引壓管的布置問題

2012年11月下旬，天津地區(qū)環(huán)境溫度降到－10℃，且刮大風(fēng)，汽輪機(jī)的排氣壓力逐漸升至0.051MPa，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)排氣壓力表引壓管有一處保溫破損，懷疑汽輪機(jī)排氣壓力表引壓管凍凝，接蒸汽管吹掃后，壓力突然降至0.035MPa。隨機(jī)對汽輪機(jī)排氣壓力表進(jìn)行校驗，使用儀表風(fēng)將引壓管內(nèi)存水吹出后，汽輪機(jī)的排氣壓力降至0.023MPa。排表后2星期左右，汽輪機(jī)的排氣壓力逐漸上升至0.045MPa。比較集液箱壓力和汽輪機(jī)排氣壓力發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)排氣壓力現(xiàn)場表比集液箱壓力高0.015MPa。于是確定，造成汽輪機(jī)排氣高的原因在于汽輪機(jī)排氣壓力表引壓管的布置問題。

目前，杭州汽輪機(jī)廠設(shè)計的凝汽式汽輪機(jī)，現(xiàn)場排氣壓力取壓點均在汽輪機(jī)排氣側(cè)機(jī)體上，但取壓點的管線布置流程均為由壓點出來、走現(xiàn)場平臺底下、再接入現(xiàn)場壓力變送器，這樣的布置使得管線形成的一個“U型”結(jié)構(gòu)。正是這個“U型”結(jié)構(gòu)的存在，導(dǎo)致管線內(nèi)容易形成凝結(jié)水柱，造成誤差，使儀表測量的排氣壓力比實際高，最高時甚至高出0.02MPa。應(yīng)對措施如下：將汽輪機(jī)排氣壓力變送器和現(xiàn)場壓力表抬高至高于汽輪機(jī)排氣取壓點，使得取壓管線逐步升高，避免管線內(nèi)存水，消除因存水造成的排氣壓力升高問題，保證汽輪機(jī)的排氣溫度、排氣壓力和飽和蒸汽溫度與壓力的對照表一致（見圖3）。

圖3 汽輪機(jī)排氣壓力表移位增高照片

3.4 汽輪機(jī)冬季的防凍防凝問題

直接空冷凝汽式汽輪機(jī)的冬季防凍防凝問題也是影響機(jī)組安全運行的重要問題。冬季汽輪機(jī)的防凍防凝問題，除保證汽輪機(jī)的正常疏水排凝外，還應(yīng)當(dāng)考慮空冷器的防凍凝問題以及抽氣器疏水器的防凍凝問題。應(yīng)對措施：1）對空冷器的防凍凝問題，應(yīng)當(dāng)根據(jù)冬季汽輪機(jī)的排氣壓力、排氣溫度及時將空冷的高速切至低速或停運。定期對空冷翅片管進(jìn)行測溫，避免空冷翅片管溫度低于0℃。若發(fā)現(xiàn)低于0℃，及時將空冷的高速切至低速或停運。嚴(yán)重時，關(guān)閉百葉窗，待翅片管溫度上升后，再打開百葉窗。2）對抽氣器疏水器的防凍凝問題，必要時增加保溫即可。

4 總結(jié)

1）直接空冷凝汽式汽輪機(jī)空冷的排氣問題是困擾汽輪機(jī)安全運行的首要問題，必須找出真正引起排氣壓力上升的原因，徹底解決。而汽輪機(jī)排氣引壓管的布置問題也是大家很少注意的方面，但這些小方面往往就是問題的根源所在。

2）直接空冷凝汽式汽輪機(jī)的冬季防凍防凝問題也是比較突出的，尤其是在北方寒冷的冬季，顯得更加重要。應(yīng)盡量避免空冷冬季凍凝事故的發(fā)生。否則，將造成裝置全線停車，而且檢修起來也比較困難。