催化裂化裝置汽輪機(jī)在線高速清洗

閔正紅，賀安新，管建強(qiáng)

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

2019年4月，某公司1.2 Mt/a催化裂化裝置檢修后開工投產(chǎn)，2020年6月左右，汽輪機(jī)輪室壓力有上漲趨勢，直至2020年8月底，催化汽輪機(jī)效率和運(yùn)行工況已經(jīng)制約了反應(yīng)系統(tǒng)的正常生產(chǎn)，裝置降負(fù)荷維持生產(chǎn),主要表現(xiàn)在：汽輪機(jī)調(diào)速輸出60%左右升至100%；汽輪機(jī)耗汽量由40～42 t/h升至45～47 t/h；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速下降至5 450 r/min；氣壓機(jī)控制點(diǎn)左移，靠近喘振線；壓縮機(jī)負(fù)荷略有下降；輪室壓力上升至系統(tǒng)中壓蒸汽壓力，約3.4 MPa。汽輪機(jī)的運(yùn)行工況已不足以保證催化裂化裝置的正常生產(chǎn)及機(jī)組的安全運(yùn)行。結(jié)合汽輪機(jī)使用的蒸汽品質(zhì)進(jìn)行分析，判斷為攜帶鈉鹽和硅鹽等雜質(zhì)的過熱蒸汽在進(jìn)入汽輪機(jī)后隨著溫度和壓力的降低而析出并沉積在汽輪機(jī)的速度級(jí)【1】。因此，需要對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行清洗處理。

1 設(shè)備及流程

該催化裂化裝置采用杭州汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NG32/25型背壓式汽輪機(jī)，為富氣壓縮機(jī)提供動(dòng)能。汽輪機(jī)使用的蒸汽是裝置自產(chǎn)的3.5 MPa過熱蒸汽，蒸汽做功后并入1.0 MPa蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)。催化裝置有3個(gè)汽包(外取熱汽包、油漿汽包和余熱鍋爐汽包)產(chǎn)3.5 MPa飽和蒸汽；自產(chǎn)的飽和蒸汽分別經(jīng)余熱鍋爐過熱段和蒸汽過熱爐加熱至385～420 ℃；過熱蒸汽大部分供汽輪機(jī)使用，多余的既可以并入3.5 MPa蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)，也可以經(jīng)減溫減壓器后并入1.0 MPa蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)。相關(guān)流程如圖1所示。

圖1 汽輪機(jī)清洗相關(guān)設(shè)備及流程

2 清洗過程

2.1 方案選擇

針對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行工況變化這一特點(diǎn)，經(jīng)查詢相關(guān)文獻(xiàn)、咨詢汽輪機(jī)廠家并詳細(xì)調(diào)研相關(guān)企業(yè)催化裂化裝置汽輪機(jī)清洗過程后了解到，主要采用高速清洗【2】和低速清洗方案【3】。高速清洗方案與低速清洗方案的區(qū)別在于高速清洗時(shí)汽輪機(jī)組不需要停機(jī)，處置期間裝置火炬不需排放，但汽輪機(jī)損壞風(fēng)險(xiǎn)更高。結(jié)合環(huán)保要求及作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，最終選擇了高速清洗方案。

2.2 清洗準(zhǔn)備

催化裝置提前4 h按照10 t/h降新鮮進(jìn)料量至90 t/h；提高回?zé)捰突責(zé)捔恳跃S持反再熱平衡；同步降低主風(fēng)量、反應(yīng)壓力和再生壓力,保持兩器差壓；雙脫裝置配合催化裝置降低吸收穩(wěn)定系統(tǒng)背壓，吸收穩(wěn)定系統(tǒng)壓力由1.05 MPa降至0.9 MPa；吸收穩(wěn)定系統(tǒng)降壓后汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速由5 440 r/min升至5 670 r/min，使工作點(diǎn)遠(yuǎn)離喘振線，為蒸汽清洗創(chuàng)造條件。

2.3 降溫清洗

汽輪機(jī)清洗實(shí)施的重點(diǎn)在于控制進(jìn)入到汽輪機(jī)入口的蒸汽溫度。清洗過程中以汽輪機(jī)入口遠(yuǎn)傳溫度和壓力為準(zhǔn)，以汽輪機(jī)機(jī)體一次表作為輔助校核儀表。本次清洗汽輪機(jī)用汽與蒸汽系統(tǒng)管網(wǎng)相通，蒸汽壓力基本維持恒定，主要通過調(diào)整進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽溫度來實(shí)現(xiàn)清洗目的。汽輪機(jī)入口蒸汽溫度調(diào)控的主要手段有：1)調(diào)節(jié)余熱鍋爐煙道旁路蝶閥，可降低余熱鍋爐過熱段出口溫度，繼而降低汽輪機(jī)入口蒸汽溫度；2)減少蒸汽加熱爐瓦斯量可以降低汽輪機(jī)入口蒸汽溫度；3)通過減溫減壓器和提高外取熱產(chǎn)汽平衡裝置外來高溫蒸汽流量，進(jìn)一步控制汽輪機(jī)入口蒸汽溫度。

通過交替使用上述3種手段，按照30 ℃/h的降溫速度降低汽輪機(jī)入口溫度至300 ℃，此時(shí)開始在汽輪機(jī)出口臨時(shí)采樣點(diǎn)15 min間隔采樣，繼續(xù)按照2～3 ℃/10 min的降溫速度降溫至280～290 ℃進(jìn)行進(jìn)一步清洗。結(jié)合汽輪機(jī)出口清洗水樣品數(shù)據(jù)、汽輪機(jī)調(diào)速汽門開度、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、汽輪機(jī)輪室壓力和汽輪機(jī)蒸汽耗量等參數(shù)綜合判斷清洗效果并適時(shí)結(jié)束清洗。

3 清洗效果

3.1 分析數(shù)據(jù)變化

化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)見表1。由表1數(shù)據(jù)可以看出：汽輪機(jī)入口遠(yuǎn)傳溫度達(dá)到295 ℃、汽輪機(jī)速關(guān)閥前熱偶溫度達(dá)到288 ℃時(shí)(考慮汽輪機(jī)入口熱偶與汽輪機(jī)速關(guān)閥前熱偶溫度存在偏差)，汽輪機(jī)出口凝結(jié)水中電導(dǎo)率以及二氧化硅、鈉含量快速上升，說明此次汽輪機(jī)清洗過程中，葉片表面附著的鈉鹽隨著濕蒸汽的過飽和度下降被溶解脫除，附著的硅鹽也同時(shí)剝離【4】?；?yàn)分析數(shù)據(jù)快速上升后，現(xiàn)場熱偶溫度控制在280～290 ℃，汽輪機(jī)入口遠(yuǎn)傳溫度控制在288～298 ℃，且使二者均穩(wěn)定在此溫度范圍內(nèi)。隨著清洗的繼續(xù)進(jìn)行，繼續(xù)控制蒸汽溫度在此范圍內(nèi)。從表1可以看出，穩(wěn)定當(dāng)前清洗溫度，汽輪機(jī)出口凝結(jié)水中電導(dǎo)率以及二氧化硅、鈉含量呈現(xiàn)下降趨勢，14:05 和14:20兩個(gè)樣品的電導(dǎo)率以及二氧化硅、鈉含量分析數(shù)據(jù)相近，證明汽輪機(jī)內(nèi)部結(jié)垢的清洗工作接近尾聲。后續(xù)繼續(xù)清洗半小時(shí)，待化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定并恢復(fù)至清洗前數(shù)值時(shí)，清洗結(jié)束【5】。

表1 汽輪機(jī)出口凝結(jié)水化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)

3.2 現(xiàn)場樣品顏色變化

汽輪機(jī)入口溫度達(dá)到300 ℃時(shí)，現(xiàn)場安排專人負(fù)責(zé)采樣，重點(diǎn)觀察采樣瓶中凝結(jié)水顏色變化。根據(jù)其他煉廠實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，凝結(jié)水顏色會(huì)呈現(xiàn)無色透明-深棕色(醬紫色)-無色透明這一過程【6】。此次汽輪機(jī)清洗實(shí)際操作過程中，12:30，汽輪機(jī)蒸汽耗量增加，轉(zhuǎn)速開始上升；12:40，現(xiàn)場凝結(jié)水顏色開始出現(xiàn)變化。清洗過程中每 15 min 采樣1次，觀察外觀、拍照、記錄時(shí)間后交由化驗(yàn)分析。圖2(a)～圖2(b)為汽輪機(jī)入口遠(yuǎn)傳溫度300.3 ℃和288.8 ℃時(shí)清洗凝結(jié)水樣品的顏色對(duì)比。由圖2(a)～圖2(b)可見，隨著溫度的降低，凝結(jié)水的顏色明顯變紫變深。

圖2 汽輪機(jī)清洗凝結(jié)水樣品顏色變化對(duì)比

3.3 操作參數(shù)變化

汽輪機(jī)清洗過程中，每10 min記錄1次汽輪機(jī)組運(yùn)行參數(shù)變化情況，用于判別汽輪機(jī)清洗過程中對(duì)機(jī)組的影響【7】，見表2。

從表2可以看出：汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)變化情況如下：

表2 機(jī)組運(yùn)行參數(shù)變化情況

1)隨著清洗的進(jìn)行，輪室壓力呈現(xiàn)下降趨勢，由3.4 MPa下降至2.1 MPa，證明調(diào)速汽門已經(jīng)可以恢復(fù)節(jié)流作用。

2)調(diào)速汽門開度呈現(xiàn)緩慢關(guān)小的趨勢。為保證清洗效果，清洗過程中調(diào)速汽門盡可能保持較大開度，以保證蒸汽盡可能在速度級(jí)實(shí)現(xiàn)降溫降壓。

3)清洗過程中，由于通量增加，汽輪機(jī)耗汽量增加，此時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速隨蒸汽耗量變化而變化，調(diào)速汽門調(diào)整較為緩慢；當(dāng)蒸汽耗量接近49 t/h(設(shè)計(jì)值)時(shí)，需重新設(shè)定汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，通過調(diào)速汽門節(jié)流控制汽輪機(jī)耗汽量。

4)隨著清洗的進(jìn)行，氣壓機(jī)富氣流量升高至36 000 m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，防喘振閥開大，反飛動(dòng)流量升高至11 000 m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))，汽輪機(jī)輸出軸功率增加。

5)汽輪機(jī)清洗過程中，葉片脫垢存在汽輪機(jī)振動(dòng)和位移小幅度波動(dòng)，清洗完畢后汽輪機(jī)振動(dòng)、位移均優(yōu)于清洗前。

6)汽輪機(jī)清洗過程中，氣壓機(jī)側(cè)振動(dòng)和位移變化幅度不大。

4 結(jié)語

此次汽輪機(jī)高速清洗實(shí)施效果明顯，既避免了氣壓機(jī)組停機(jī)排放火炬對(duì)環(huán)境造成影響，又避免了催化裝置停工處理所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，為后續(xù)裝置處理汽輪機(jī)結(jié)鹽結(jié)垢提供了經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

1)汽輪機(jī)清洗過程中隨著清洗的進(jìn)行，汽輪機(jī)耗汽量和轉(zhuǎn)速均會(huì)增加，需控制汽輪機(jī)耗汽量不大于設(shè)計(jì)值、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速在可調(diào)轉(zhuǎn)速內(nèi)且遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速，并使工況點(diǎn)位置遠(yuǎn)離喘振線；

2)汽輪機(jī)清洗溫度對(duì)清洗效果至關(guān)重要，其受自產(chǎn)蒸汽量、加熱爐負(fù)荷、減溫減壓器蒸汽量和余熱鍋爐旁路開度等多方面因素影響，調(diào)整時(shí)需穩(wěn)定其他變量緩慢調(diào)整其中一個(gè)變量；

3)為保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行，建議控制入口蒸汽溫度高于入口壓力下的飽和蒸汽溫度20 ℃以上；

4)蒸汽系統(tǒng)沿途需做好疏水工作，避免進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽帶水，影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行；

5)清洗過程中，汽輪機(jī)出口低壓蒸汽溫度最低為182 ℃，接近低壓蒸汽飽和溫度，清洗過程中要做好低壓蒸汽低點(diǎn)疏水工作，避免對(duì)其他低壓蒸汽用戶造成影響；

6)實(shí)施高速在線清洗前需充分考慮在方案無法實(shí)施時(shí)的退守狀態(tài)及處置辦法。