乙烯裂解氣壓縮機透平輸出功率下降原因及處理

黃志富

（福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州 362000）

某石化公司乙烯裝置原設(shè)計能力80萬噸/年，主要生產(chǎn)單元采用美國魯姆斯公司的專利技術(shù)，裂解單元采用SL型裂解爐工藝；分離單元采用深冷順序流程。該裝置2009年8月23日正式投產(chǎn)，2013年11月乙烯裝置進行了脫瓶頸擴能改造，新增一臺15萬噸/年的CBL—VII型9#輕油爐、一臺15萬噸/年乙烯CBL—VII型10#輕油爐，并將原乙烷爐擴能改造為CBL-R型爐，擴能至13萬噸/年，裝置能力改造至110萬噸/年。2018年11至12月進行了第二次停工大檢修。

1 問題描述

乙烯裝置裂解氣壓縮機K20201分三缸五段，為78MD2-2＋78M4I＋56M8I型，其中一段為低壓缸，二、三段為中壓缸，四、五段為高壓缸，蒸汽透平為抽汽冷凝式，驅(qū)動蒸汽為超高壓蒸汽，抽汽為高壓蒸汽。

2018年12月大檢修開工后裂解氣壓縮機K20201整體運行平穩(wěn)，2019-5-20至2020-1-30期間維持高負荷運行，K20201透平進汽平均流量在455.8 t/h，透平輸出功率平均在44 000 kW以上。

2020年2月、3月受新冠疫情及下游裝置開工情況不佳影響，乙烯裝置維持低負荷運行；4月3日重新恢復(fù)8＋1運行后，發(fā)現(xiàn)在K20201透平進汽閥和抽汽閥同樣全開的情況下，K20201透平進汽VHS總量只有431.8 t/h，透平輸出功率降至41 089 kW，并呈持續(xù)下降的趨勢；至2020年6月19日，K20201透平進汽VHS總量降至406.67 t/h，透平輸出功率降至最低值36 173 kW。此期間K20201透平輸出功率與透平進汽量、裝置總負荷變化趨勢圖見下圖1。

圖1 K20201透平輸出功率與透平進汽量、裝置總負荷變化趨勢

2 原因分析

根據(jù)裂解氣壓縮機K20201的運行情況，通過對比透平進汽流量與透平輸出功率的變化趨勢，可看出K20201透平輸出功率下降的直接原因是透平驅(qū)動蒸汽流量的下降引起。

2.1 K20201透平進汽流量下降原因分析

2020-4-3恢復(fù)高負荷運行后，發(fā)現(xiàn)裂解氣壓縮機透平進汽流量明顯下降。而工藝流程上，乙烯裝置界區(qū)超高壓蒸汽閥門、各運行臺超高壓蒸汽并網(wǎng)閥、裂解氣壓縮機透平進汽截止閥均為全開狀態(tài)。對乙烯裝置1#～10#裂解爐汽包、公用工程1#輔鍋的汽包內(nèi)壁外觀、除沫網(wǎng)外觀進行了檢查，未見異常；檢查了裂解氣壓縮機K20201透平抽真空系統(tǒng)及抽汽系統(tǒng)，未見異常。

機械方面，核對K20201透平TTV閥室內(nèi)信號顯示正常，現(xiàn)場TTV閥刻度在全開位置；對裂解氣壓縮機透平TTV閥進行小行程測試，動作正常，無卡澀；對K20201抽汽閥進行不同行程測試，蒸汽可調(diào)，檢查無異常；對K20201透平進汽主調(diào)節(jié)閥進行了80%～100%的實測，測量結(jié)果與2018年大修時一致。6月9日，在K20201透平TTV閥后加裝壓力表，判斷前后無壓差。

由于透平結(jié)垢會導(dǎo)致透平流通面積減少[1]，透平進汽流量下降，致透平輸出功率下降。排除工藝及機械方面的原因，結(jié)合圖2所示2018年大檢修K20201透平結(jié)垢情況，判斷造成K20201透平進汽總量持續(xù)下降原因是透平結(jié)垢[2]。

圖2 2018年大修前K20201透平結(jié)垢情況

2.2 透平結(jié)垢原因分析

（1）超高壓蒸汽品質(zhì)差。乙烯裝置壓縮機組透平蒸汽為超高壓蒸汽，來源有三處，分別為乙烯裂解爐汽包自產(chǎn)蒸汽、公用IGCC過熱爐產(chǎn)汽以及1#、2#輔助鍋爐產(chǎn)汽。產(chǎn)汽用超高壓鍋爐給水來自超高壓除氧器，除氧器用除氧蒸汽為低壓蒸汽。

以上三路超高壓蒸汽合格率低，主要原因是超高壓鍋爐給水合格率低。一方面超高壓鍋爐給水用于裂解爐汽包產(chǎn)汽、公用IGCC過熱爐產(chǎn)汽以及1#、2#輔助鍋爐產(chǎn)汽，直接影響超高壓蒸汽的品質(zhì)；另一方面，裂解爐汽包飽和蒸汽過熱用的減溫水為超高壓鍋爐給水，也影響超高壓蒸汽的品質(zhì)。其它原因包括IGCC廢鍋液位控制偏高、乙烯裂解爐汽包排污率偏低、輔助鍋爐汽包排污率過低、加注磷酸鹽調(diào)節(jié)PH值滯后、超高壓除氧器用的除氧蒸汽不合格。超高壓蒸汽流程如圖3所示。

圖3 超高壓蒸汽流程

（2）蒸汽凝結(jié)水品質(zhì)差[3、4]。該石化為煉化一體化，全廠工藝凝結(jié)水經(jīng)表面過濾器、精密過濾器、活性炭過濾器處理后與透平凝結(jié)水混合后進入凝結(jié)水混床后，進入精制凝結(jié)水罐；部分補入新鮮水經(jīng)高效過濾器、陽離子交換器、陰離子交換器、混床處理后進入二級除鹽水罐。精制凝結(jié)水和二級除鹽水一并送至超高壓除氧器以生產(chǎn)超高壓鍋爐給水。

2020年6月以前，對全廠凝結(jié)水品質(zhì)缺乏監(jiān)控，凝結(jié)水中油、鈉離子、二氧化硅長期超標，導(dǎo)致混床的離子交換樹脂中毒失效[1]，造成凝結(jié)水混床的運行周期縮短；當發(fā)現(xiàn)凝結(jié)水混床樹脂失效時，部分超標的凝結(jié)水已經(jīng)進入二級除鹽水而進入超高壓除氧器，影響超高壓鍋爐給水品質(zhì)。

另外，超高壓鍋爐給水除氧器的除氧蒸汽由兩部分組成，一是IGCC內(nèi)部自產(chǎn)蒸汽（約100 t/h），另一部分是來自煉油一裝置汽包產(chǎn)的0.45 MPa蒸汽（約50 t/h）。煉一裝置汽包產(chǎn)汽缺乏日常監(jiān)控，且汽包排污為手動控制、無固定頻率。煉一裝置汽包產(chǎn)LS品質(zhì)較差是造成超高壓鍋爐給水品質(zhì)的另一個主要原因。除鹽水流程如圖4。

圖4 除鹽水流程

（3）部分改造過的裂解爐汽包氣液分離變差。2013年至2018年期間，為了適應(yīng)原料輕質(zhì)化，對1～8#爐進行了適度改造，產(chǎn)汽量增加約40%，而汽包沒有進行改造。蒸發(fā)量大幅提升后可能會導(dǎo)致飽和蒸汽中機械攜帶量增加，造成裂解爐汽包產(chǎn)超高壓蒸汽品質(zhì)差。

3 提升措施

3.1 監(jiān)控超高壓蒸汽品質(zhì)

3.1.1 監(jiān)控超高壓鍋爐給水

2020年5月起，首先通過每日化驗分析超高壓鍋爐給水的PH值、二氧化硅含量、鈉含量，控制二氧化硅小于15 μg/L、鈉離子小于10 μg/L，發(fā)現(xiàn)不合格及時調(diào)整。其次每周三次化驗分析各裝置工藝凝結(jié)水的鈉離子、二氧化硅含量，控制二氧化硅小于100 μg/L、鈉離子小于100 μg/L，發(fā)現(xiàn)不合格及時處理，從源頭上保證除鹽水合格。最后每周三次化驗分析煉油一裝置汽包產(chǎn)的0.45 MPa蒸汽的鈉離子、二氧化硅含量，控制二氧化硅小于20 μg/L、鈉離子小于15 μg/L，發(fā)現(xiàn)不合格及時調(diào)整汽包排污直至合格為止，如發(fā)現(xiàn)換熱器泄漏則將換熱器切出檢修。

3.1.2 超高壓蒸汽品質(zhì)

通過在線監(jiān)控乙烯裝置裂解爐汽包排污水的PH值和電導(dǎo)率，控制PH在9.0～9.5、電導(dǎo)率小于30 μs/cm，每周三次化驗分析裂解爐汽包排污水二氧化硅，控制指標小于1 500 μg/L。如發(fā)現(xiàn)PH值不合格，則及時調(diào)整磷酸鹽的注入，如電導(dǎo)率、二氧化硅不合格，則加大裂解爐汽包排污，直至調(diào)整合格為止。

每天化驗分析公用工程輔助鍋爐及POX過熱爐蒸汽鈉離子、二氧化硅含量，控制二氧化硅小于15 μg/L、鈉離子小于5 μg/L，如發(fā)現(xiàn)超標則及時加大輔助鍋爐及POX過熱爐的排污、降低過熱爐液位，直至調(diào)整合格為止。

3.1.3 乙烯裝置三機復(fù)水

通過在線監(jiān)控乙烯裝置三機復(fù)水的電導(dǎo)率，監(jiān)控在線電導(dǎo)率小于10 μs/cm。每天化驗分析三機復(fù)水的鈉離子、二氧化硅含量，控制二氧化硅小于15 μg/L、鈉離子小于5 μg/L。如發(fā)現(xiàn)超標及時排查超高壓蒸汽品質(zhì)，并作相應(yīng)調(diào)整。

3.2 透平在線藥劑清洗

3.2.1 在線清洗劑性能

透平在線清洗保養(yǎng)劑UOCP-1696由耐高溫表面活性劑、滲透劑及剝離劑復(fù)配而成。特點是成膜性好、滲透性高，通過附著、滲透、剝離、緩蝕，能清除鍋爐、蒸汽管網(wǎng)及汽輪機葉片積鹽，同時對整個水汽系統(tǒng)進行防腐蝕保護。UOCP-1696性能指標如表1所示。

表1 UOCP-1696性能指標

3.2.2 在線清洗流程

根據(jù)藥劑UOCP-1696特性，在加注前需要調(diào)配一定比例的除鹽水進行稀釋，再注入到超高壓鍋爐給水中。在清洗過程中分為三個階段，第一階段的加藥位置在乙烯裝置界區(qū)超高壓鍋爐給水總閥閥后；第二階段清洗劑注入到乙烯裝置1#裂解爐減溫水調(diào)節(jié)閥后，跟隨減溫水直接注入超高壓蒸汽總管；第三階段，同時注入1#、2#裂解爐減溫水調(diào)節(jié)閥后，跟隨減溫水直接注入超高壓蒸汽總管。透平在線清洗流程如圖5所示。

圖5 透平在線清洗流程

4 處理效果

2020年5月20日至11月30日裂解氣壓縮機裂解氣壓縮機K20201透平輸出功率、透平進汽SS總量、乙烯裝置負荷變化趨勢如圖6。

圖6 透平在線清洗前后K20201透平輸出功率變化趨勢

4.1 蒸汽品質(zhì)提升效果

汽輪機清洗保養(yǎng)劑注入前裂解氣壓縮機K20201透平輸出功率下降速率較快，5月20日至6月19日累計下降3 217 kW，下降速率為103.78 kW/天，至6月19日降至最低36 173 kW。5月9日開始，公司對蒸汽及凝液系統(tǒng)進行了全面排查，將不合格蒸汽和凝液及時切出處理，大幅提升了水汽品質(zhì)，6月19日遏制住了裂解氣壓縮機K20201透平功率下降的趨勢，且K20201透平進汽及透平輸出功率略有回升。

通過對蒸汽系統(tǒng)的調(diào)整，提升了超高壓蒸汽品質(zhì)。2020年6月20日后K20201透平輸出功率開始緩慢上升；至7月7日上升至37 687 kW，K20201透平進汽VHS總量升至420.5 t/h。

4.2 透平在線清洗效果

2020年7月8日開始透平在線藥劑清洗，至11月30日結(jié)束，加藥過程分為平緩過度期、快速上升期、緩慢上升期三個階段。

平緩過渡期：7月8日至7月21日，裂解氣壓縮機K20201透平功率37 625 kW下降至37 412 kW，上升速率為-0.68 kW/h。透平功率變化不明顯的原因是加藥位置在乙烯裝置超高壓鍋爐給水界區(qū)總閥閥后，跟隨超高壓鍋爐給水進入10臺裂解爐的汽包，通過汽包產(chǎn)汽攜帶進入超高壓蒸汽總管，經(jīng)過分配，分別進入10臺裂解爐的汽包，每臺汽包均有5%～6%的排污量，考慮到汽包本身內(nèi)部也存在垢物，部分清洗劑會作用在汽包的垢物上，減少了進入透平的藥劑量。

快速上升期：7月28日至9月28日，透平功率從37 413 kW逐漸上漲至40 522 kW，上升速率2.09 kW/h。7月28日，加藥點移至1#裂解爐減溫水調(diào)節(jié)閥后注入，跟隨減溫水直接注入超高壓蒸汽管網(wǎng)，經(jīng)分配會分別進入裂解氣壓縮機K20201透平和丙烯制冷壓縮機K50501透平。相比上一階段，清洗透平的有效藥劑量在明顯升高。同時在和藥劑廠家研究調(diào)整藥劑配方后，逐步提高藥劑中滲透劑的比例，加強對垢物的剝離作用。自8月份開始，裂解爐爐水品質(zhì)控制合格率保持95%以上，化水凝水合格率提升至89.7%，輔鍋蒸汽合格率提升至83.3%，水汽品質(zhì)的提升為透平在線清洗創(chuàng)造有利條件，因此裂解氣壓縮機K20201透平輸出功率在這個階段上升比較明顯。

緩慢上升期：9月29日至11月30日，透平功率從40 567 kW上漲至41 189 kW，上升速率為0.42 kW/h。裂解氣壓縮機K20201透平輸出功率上升速率趨緩。清洗劑UOCP1696的清洗機理分為四步：附著→滲透→剝離→緩蝕。據(jù)判斷，上一階段中對前幾級葉輪的清洗作用比較明顯，垢層相對較松散容易被滲透剝離，而后幾級葉輪葉片上的垢層堅硬不易被滲透，導(dǎo)致在線清洗后期難度較大，透平輸出功率上升緩慢。透平在線清洗前后K20201透平輸出功率變化趨勢如圖6。

三個階段清洗藥劑消耗總量21.7 t，裂解氣壓縮機K20201透平功率由37 625 kW上漲至41 189 kW，合計上升3 564 kW。

5 結(jié)論

（1）導(dǎo)致乙烯裝置裂解氣壓縮機透平輸出功率下降的主要原因是透平結(jié)垢，而透平結(jié)垢的主要原因是透平驅(qū)動超高壓蒸汽品質(zhì)差。

（2）通過加大對水汽品質(zhì)的管控力度，調(diào)整裂解爐汽包的液位及排污可提高產(chǎn)汽品質(zhì)，提高凝結(jié)水、超高壓鍋爐給水、超高壓蒸汽的品質(zhì)，從蒸汽源頭上進行了管控，有利于壓縮機透平的平穩(wěn)運行。

（3）此次大機組透平實施在線藥劑清洗為國內(nèi)同行業(yè)首次，經(jīng)過不斷摸索，通過不斷優(yōu)化在線清洗流程和改進清洗藥劑配方，從7月8日至11月30日，累計清洗145天，裂解氣壓縮機透平輸出功率得以恢復(fù)，證實了透平在線藥劑清洗的可行性和有效性。