探究工業(yè)汽輪機(jī)在石化行業(yè)中的應(yīng)用

孫澤(中國(guó)石化海南煉油化工有限公司，海南 洋浦 578101)

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)中如果汽輪機(jī)一直作為原動(dòng)機(jī)對(duì)大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)工作，那么這種汽輪機(jī)就屬于工業(yè)汽輪機(jī)。工業(yè)汽輪機(jī)與蒸汽輪機(jī)屬于同一范疇，它在機(jī)械驅(qū)動(dòng)工作中發(fā)揮重要的作用。工業(yè)汽輪機(jī)在石化行業(yè)中擁有廣泛的應(yīng)用，為現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)數(shù)據(jù)表明，工業(yè)汽輪機(jī)已經(jīng)成為石化生產(chǎn)中一個(gè)不可或缺的設(shè)備。

1 工業(yè)汽輪機(jī)的概述

1.1 特點(diǎn)

工業(yè)汽輪機(jī)具有較好的適應(yīng)能力，可以在不同的領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。第一，工業(yè)汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)功率和運(yùn)轉(zhuǎn)輪速等技術(shù)呈現(xiàn)規(guī)范高低、大小不同的模式，設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，類(lèi)型多樣。第二，有時(shí)候設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的模式，外部承受的壓力負(fù)荷一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的變化幅度。有時(shí)根據(jù)生產(chǎn)的要求，機(jī)組處于間斷運(yùn)行的狀態(tài)，因?yàn)樵O(shè)備有時(shí)運(yùn)營(yíng)有時(shí)停止，外部的負(fù)荷壓力一直處于變化的狀態(tài)，所以會(huì)產(chǎn)生較大的變化幅度。第三，有的工業(yè)汽輪機(jī)處于較為復(fù)雜的生產(chǎn)流程之中，是整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素，需要對(duì)它的運(yùn)行情況進(jìn)行嚴(yán)格把控。一些工業(yè)汽輪機(jī)只是起到輔助的作用，所以不需要嚴(yán)格要求[1]。第四，當(dāng)其處于復(fù)雜的系統(tǒng)中時(shí)，應(yīng)該提升它的自動(dòng)化水平，使其能夠?qū)υO(shè)備的啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、關(guān)閉等環(huán)節(jié)進(jìn)行有效控制。當(dāng)設(shè)備處于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)時(shí)，只需要人工進(jìn)行監(jiān)管就可以。第五，工業(yè)汽輪機(jī)的應(yīng)用環(huán)境相對(duì)來(lái)說(shuō)比較惡劣。

1.2 類(lèi)型

工業(yè)汽輪機(jī)可以按照驅(qū)動(dòng)對(duì)象、運(yùn)行模式以及熱力系統(tǒng)原理進(jìn)行劃分。第一，按照驅(qū)動(dòng)對(duì)象進(jìn)行劃分為，在工業(yè)中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的汽輪機(jī)。例如，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的驅(qū)動(dòng)泵、壓縮機(jī)以及鼓風(fēng)機(jī)等。在工業(yè)生產(chǎn)中用來(lái)發(fā)電的汽輪機(jī)。例如，在提供熱能和氣源等與工業(yè)發(fā)展流程具有直接聯(lián)系的工業(yè)發(fā)電站中起到驅(qū)動(dòng)作用的汽輪機(jī)。第二，按照機(jī)械的運(yùn)行模式進(jìn)行劃分主要由直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)這兩種模式構(gòu)成。第三，按照熱力系統(tǒng)原理進(jìn)行劃分主要可以分為凝汽式、背壓式、抽汽式以及多壓式這四種模式。其中多壓式汽輪機(jī)可以不僅可以對(duì)蒸汽進(jìn)行有效使用，還可以對(duì)不同時(shí)段引入的余汽進(jìn)行作用。

2 工業(yè)汽輪機(jī)在石化行業(yè)中的應(yīng)用原因和現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)用原因

工業(yè)汽輪機(jī)子在石化行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并取得了較大的成效。第一，在運(yùn)行中急需熱能和運(yùn)行動(dòng)力時(shí)，或者在存在副產(chǎn)熱能的生產(chǎn)流程之中，對(duì)工業(yè)汽輪機(jī)進(jìn)行合理的應(yīng)用，可以在最大程度上提高資源能源的使用效果，避免出現(xiàn)浪費(fèi)的情況，減少企業(yè)的成本支出。第二，工業(yè)汽輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候可以長(zhǎng)期保持在一個(gè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，此外它的運(yùn)行功率可以保持在一個(gè)較強(qiáng)的適用范圍之內(nèi)。一般情況下，工業(yè)汽輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度可以達(dá)到每分鐘2萬(wàn)轉(zhuǎn)左右，而功率的變化則更加明顯可以由最初的幾千瓦升級(jí)到十幾萬(wàn)瓦左右[2]。在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中可以對(duì)生產(chǎn)中的泵、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)工作，并且可以一直保持穩(wěn)定靈活的運(yùn)行狀態(tài)，然后與其他的設(shè)備處于相互協(xié)調(diào)促進(jìn)的狀態(tài)，以滿(mǎn)足不同生產(chǎn)工作的需要。相比于動(dòng)力機(jī)械來(lái)說(shuō)，工業(yè)汽輪機(jī)擁有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。第三，工業(yè)汽輪機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在可以進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)的零件，能夠保障機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性，減小各個(gè)設(shè)備零件之間的磨損程度，增加運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間，促進(jìn)石化生產(chǎn)模式的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，為了促進(jìn)石化行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，企業(yè)內(nèi)部引進(jìn)許多的高新設(shè)備。設(shè)備在正式的運(yùn)行中造成大量資源能源的損耗，出現(xiàn)嚴(yán)重的能源浪費(fèi)的情況。為了符合節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)要求，企業(yè)開(kāi)始增加工業(yè)汽輪機(jī)在系統(tǒng)中的應(yīng)用比重，提高能量應(yīng)用的實(shí)際效果?，F(xiàn)階段，我國(guó)石化行業(yè)應(yīng)用工業(yè)汽輪機(jī)的模式還存在很大的進(jìn)步空間。最初的階段，工業(yè)汽輪機(jī)只是在設(shè)備驅(qū)動(dòng)方面就有直觀(guān)的體現(xiàn)，主要進(jìn)行簡(jiǎn)單的發(fā)電工作。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新，工業(yè)汽輪機(jī)的應(yīng)用渠道逐漸拓寬，在驅(qū)動(dòng)方面的作用日益凸顯出來(lái)。它可以對(duì)壓縮機(jī)、水泵、風(fēng)力設(shè)備等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)工作，提高運(yùn)行的效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源和資源的目的。目前，我國(guó)工業(yè)汽輪機(jī)的類(lèi)型不斷豐富，系列不斷增加，為石化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。我國(guó)的工業(yè)汽輪機(jī)的發(fā)展已進(jìn)入一個(gè)新的階段。

3 工業(yè)汽輪機(jī)在石化行業(yè)中的應(yīng)用模式

3.1 提高能源資源利用率

科學(xué)技術(shù)的不斷更新，為石化企業(yè)的發(fā)展提供新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。因?yàn)楦咝略O(shè)備的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致能源的損耗效率不斷加快，資源短缺問(wèn)題處于迫在眉睫的狀態(tài)。石化企業(yè)要想實(shí)現(xiàn)提高質(zhì)量增加效益的戰(zhàn)略目標(biāo)，就應(yīng)該采取問(wèn)題導(dǎo)向的模式，提升鍋爐的熱效率值，降低原煤的損耗量，采取一系列有效的措施，精準(zhǔn)的解決企業(yè)所面臨的困境。結(jié)合這一問(wèn)題，企業(yè)可以加強(qiáng)工業(yè)汽輪機(jī)的使用頻率，充分利用它的熱電聯(lián)產(chǎn)功能，加強(qiáng)供汽發(fā)電量。

熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行提供熱量和發(fā)電兩項(xiàng)工作，從汽輪機(jī)中抽取一部分的蒸汽提供給對(duì)應(yīng)的設(shè)備，還能夠一直處于發(fā)電的狀態(tài)。石化企業(yè)可以根據(jù)自身的需求把工業(yè)汽輪機(jī)設(shè)置為一次調(diào)節(jié)的模式或者二次調(diào)節(jié)的模式。此外，還可以對(duì)凝汽式的汽輪機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其滿(mǎn)足化工行業(yè)的生產(chǎn)需求。工業(yè)汽輪機(jī)對(duì)熱和電負(fù)荷具有較好的適應(yīng)能力，但是當(dāng)所處環(huán)境的負(fù)荷值逐漸趨于零時(shí)，汽輪機(jī)內(nèi)所承擔(dān)的經(jīng)濟(jì)性處于持續(xù)下降的狀態(tài)[3]。此外，汽輪機(jī)的價(jià)格較為低廉，在石化行業(yè)這種熱負(fù)荷變化頻繁的行業(yè)中能發(fā)揮出較大的作用。它的最大輸出功率會(huì)隨著熱負(fù)荷的改變而發(fā)生變化，當(dāng)處于無(wú)負(fù)荷的狀態(tài)時(shí)，汽輪機(jī)所產(chǎn)生的電功率達(dá)到最大值。當(dāng)存在熱負(fù)荷時(shí)，在規(guī)定的區(qū)域范圍內(nèi)，汽輪機(jī)可以對(duì)電、熱的負(fù)荷值進(jìn)行調(diào)節(jié)。工業(yè)汽輪機(jī)因?yàn)樵谑a(chǎn)的過(guò)程中，因?yàn)樵O(shè)備沒(méi)有凝汽的流量，它的冷源也沒(méi)有損失，所以它的經(jīng)濟(jì)性較為明顯，可以有效的避免資源浪費(fèi)的情況，達(dá)到節(jié)約資源的目的。

工業(yè)汽輪機(jī)以負(fù)荷的變化為導(dǎo)向，采取變速調(diào)節(jié)的模式加快泵的運(yùn)行速度和穩(wěn)定性。同時(shí)，改變泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速度對(duì)資源的輸送情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，有效規(guī)避閥門(mén)在長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)磨損的情況，對(duì)石化行業(yè)的生產(chǎn)模式進(jìn)行簡(jiǎn)化，加強(qiáng)設(shè)備操作的便捷性。利用工業(yè)汽輪機(jī)可以加快泵的運(yùn)轉(zhuǎn)從而加快整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。工業(yè)汽輪機(jī)以蒸汽或者抽汽作為動(dòng)力，與熱交換器進(jìn)行共同作用，呈現(xiàn)熱氣的梯度應(yīng)用模式。采用工業(yè)汽輪機(jī)可以起到保障工作，使供電系統(tǒng)一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)，提升企業(yè)電網(wǎng)的安全度，減少電能的損耗，減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)支出。

3.2 增加機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)效果

在石化企業(yè)中應(yīng)有適宜的工業(yè)汽輪機(jī)能增加機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)效果，使設(shè)備處于平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)，達(dá)到節(jié)約能源的目的。鍋爐在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量的高溫高壓和水蒸氣，在其經(jīng)過(guò)減壓器后，為工藝生產(chǎn)進(jìn)行供氣工作，引發(fā)一定的資源浪費(fèi)的情況。因?yàn)殄仩t的給水泵一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，負(fù)荷處于高強(qiáng)度的模式之下，給水泵處于同等的工作狀態(tài)之下，會(huì)出現(xiàn)資源過(guò)度損耗的情況。可以在設(shè)備運(yùn)行中用高被壓汽輪機(jī)代替原來(lái)的減壓器，提升機(jī)械結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)效果，對(duì)高溫高壓進(jìn)行過(guò)度，使其保持在中溫中壓的狀態(tài)中。此外，加強(qiáng)對(duì)鍋爐水泵的驅(qū)動(dòng)效果，保障其處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。

高被壓汽輪機(jī)的主要性能參數(shù)為，進(jìn)氣壓力為9.2MPa，進(jìn)汽的溫度為520℃，排氣壓力為3.7MPa，排氣的溫度為434℃，設(shè)備的運(yùn)行功率為880kW,設(shè)備的轉(zhuǎn)數(shù)為5600轉(zhuǎn)，進(jìn)氣量為23.5噸。利用工業(yè)汽輪機(jī)對(duì)鍋爐的給水泵進(jìn)行改造，抽汽的壓力保持在不變的狀態(tài)，溫度也沒(méi)有明顯的改變。根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)可知，在對(duì)機(jī)械進(jìn)行優(yōu)化后蒸汽的流量增加了4.5t/h左右，但結(jié)合設(shè)備自身的損耗情況，鍋爐蒸汽的實(shí)際增加量在1t/h左右。通過(guò)改造之后減溫水量減少了1t/h左右。通過(guò)對(duì)比可知在設(shè)備的改造前后工藝用氣壓力和流量處于持平的狀態(tài)，工藝用的溫度有較小的波動(dòng)上升1℃左右，符合工藝用氣的標(biāo)準(zhǔn)。此外在設(shè)備改造的前后，電功率出現(xiàn)880kW的增長(zhǎng)幅度，但因?yàn)樵谶\(yùn)行中出現(xiàn)損耗的情況，所以實(shí)際的增長(zhǎng)量應(yīng)該在750kW左右[4]。綜合以上數(shù)據(jù)可知，在石化產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用工業(yè)汽輪機(jī)設(shè)備可以增長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的驅(qū)動(dòng)效果，減少電力資源的投入量，節(jié)約了大量的電能，提升企業(yè)的實(shí)際經(jīng)濟(jì)收益。

3.3 優(yōu)化機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)效果

在石化企業(yè)中應(yīng)該以熱力系統(tǒng)為導(dǎo)向選取合適的工業(yè)汽輪機(jī)，保障機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效果。在選取汽輪機(jī)時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)考察工業(yè)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)泵的實(shí)際容量和具體的數(shù)值。第一，當(dāng)依照石化企業(yè)的內(nèi)部存儲(chǔ)熱量值來(lái)對(duì)工業(yè)汽輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行考量時(shí)。在普遍的情況下，如果工業(yè)汽輪機(jī)的排量遠(yuǎn)超于企業(yè)內(nèi)部正常需要的電量時(shí)，應(yīng)該對(duì)企業(yè)的情況進(jìn)行考量，判斷是否應(yīng)該使用抽汽汽輪機(jī)或者是凝汽汽輪機(jī)。如果工業(yè)汽輪機(jī)的排量低于企業(yè)內(nèi)部正常需要的電量時(shí)，可以選擇背壓汽輪機(jī)，可以對(duì)蒸汽的情況進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)保障設(shè)備處于靈動(dòng)調(diào)節(jié)的狀態(tài)。同時(shí)，還可以增設(shè)一個(gè)汽輪發(fā)電裝置，保障整個(gè)石化企業(yè)的用電需求。第二，如果在具有工藝用氣的車(chē)間使用工業(yè)汽輪機(jī)時(shí)，不必再次鋪設(shè)蒸汽管道，需要交付供氣車(chē)間進(jìn)行統(tǒng)一管理。應(yīng)該對(duì)工業(yè)汽輪機(jī)在水泵、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備中的應(yīng)用模式，保障設(shè)備的運(yùn)行效果，使其保持在合理的運(yùn)行狀態(tài)。第三，在一定的范圍內(nèi)，工業(yè)汽輪機(jī)可以對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，使其滿(mǎn)足不同機(jī)泵的負(fù)荷變化。通過(guò)對(duì)機(jī)組的變轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使負(fù)荷與節(jié)流處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，避免不必要的資源損耗。例如，當(dāng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速降低到70%左右時(shí)，功率就會(huì)縮減到原來(lái)的40%左右。所以，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，如果只對(duì)轉(zhuǎn)速的情況有所要求，這時(shí)就可以應(yīng)用工業(yè)汽輪機(jī)。第四，如果在石化企業(yè)的車(chē)間中需要安裝防爆或者防火的設(shè)備時(shí)，如果機(jī)組的總體功率超過(guò)了3500kW時(shí)，就不需要考慮工業(yè)汽輪機(jī)的排量和企業(yè)內(nèi)部正常需要的電量的大小關(guān)系。需要應(yīng)用工業(yè)汽輪機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)工作，保障機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性。第五，石化企業(yè)需要安裝備用泵和機(jī)械時(shí)經(jīng)常使用工業(yè)汽輪機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)工作。這樣不僅能夠提升設(shè)備操作的方便性，還可以?xún)?yōu)化投入的效果，保障熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)用合適的工業(yè)汽輪機(jī)可以對(duì)蒸汽進(jìn)行二次應(yīng)用，提高設(shè)備的使用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在石化行業(yè)中加強(qiáng)工業(yè)汽輪機(jī)的應(yīng)用比重，可以有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，降低設(shè)備損耗的目標(biāo)，提升企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力。在應(yīng)用的過(guò)程中應(yīng)該以實(shí)際為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)不同的工程模式以及不同化工產(chǎn)品對(duì)熱能的不同表現(xiàn)，配置對(duì)應(yīng)機(jī)型的設(shè)備，加強(qiáng)機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的能量，最大程度上發(fā)揮機(jī)械工業(yè)汽輪機(jī)的內(nèi)在價(jià)值。