煙氣輪機(jī)煙氣密封系統(tǒng)失效分析及處理

安潤(rùn)平

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司延安煉油廠，陜西延安 727406）

0 引言

煙氣輪機(jī)主風(fēng)機(jī)組主要由煙氣輪機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)和電機(jī)3 種機(jī)組構(gòu)成。在石油化工企業(yè)中，流化催化裝置的能源消耗程度大約占據(jù)總能耗的45%，煙氣輪機(jī)能夠回收再生煙氣中約為20%的熱能。根據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，大部分石化企業(yè)已經(jīng)建立煙氣輪機(jī)動(dòng)力回收系統(tǒng)，同時(shí)正在運(yùn)行的煙氣輪機(jī)在節(jié)能減排方面帶來巨大效果，并且產(chǎn)生豐厚的經(jīng)濟(jì)收入。當(dāng)煙氣密封系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)需要全面分析具體情況，在得出相應(yīng)結(jié)論的同時(shí)完善并改進(jìn)具體方案，最終為煙氣輪機(jī)安全運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。

1 煙氣密封系統(tǒng)簡(jiǎn)述

煙機(jī)氣封系統(tǒng)重點(diǎn)采用3 道蜂窩密封方式。在軸高速運(yùn)行過程中，軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)飽和蒸汽以螺旋方式向前推進(jìn)。當(dāng)飽和蒸汽經(jīng)過蜂窩帶時(shí)，蜂窩帶擁有的無數(shù)六角網(wǎng)格將整團(tuán)蒸汽充分分解，氣流被分解之后在六角網(wǎng)格含有的狹小空間內(nèi)形成各不相同的旋轉(zhuǎn)，而這些旋轉(zhuǎn)的實(shí)際強(qiáng)度會(huì)以螺旋汽流的實(shí)際強(qiáng)度為主。通過六角網(wǎng)格的有效隔絕，在軸與蜂窩帶之間產(chǎn)生無數(shù)道密閉的汽簾，汽簾的實(shí)際作用為能夠全面防止介質(zhì)流向外側(cè)，在顯著提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定程度以及降低內(nèi)部氣體溢出程度的基礎(chǔ)上，進(jìn)而充分達(dá)到高效密封的實(shí)際效果。

除此之外，在密封效果方面為了以防萬(wàn)一，通常會(huì)采用輔助密封方式。輔助密封一般應(yīng)用平滑性梳齒密封方法，可概括為在密封空腔引進(jìn)凈化風(fēng)，進(jìn)一步隔絕蒸汽和油系統(tǒng)，最后將凈化風(fēng)與被隔絕泄漏的蒸汽統(tǒng)一借助排凝管線釋放到大氣層中[1]。

2 煙氣密封系統(tǒng)失效的主要原因

2.1 機(jī)組在維護(hù)過程中未及時(shí)進(jìn)行蒸汽排凝

機(jī)器在生產(chǎn)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量水蒸汽，當(dāng)水蒸汽與其他氣體混合時(shí)會(huì)造成生產(chǎn)質(zhì)量降低。由于生產(chǎn)過程中很容易受到公用工程系統(tǒng)和自產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)波動(dòng)的影響，因此在機(jī)器生產(chǎn)工作期間應(yīng)該使得密封蒸汽管線低點(diǎn)始終處于適當(dāng)開啟的狀態(tài)，采用此類做法的主要目的在于確保產(chǎn)生的蒸汽不會(huì)含有其余的雜質(zhì)液體。如果機(jī)組在日常檢查維護(hù)機(jī)器的時(shí)候沒有對(duì)此項(xiàng)工作內(nèi)容產(chǎn)生足夠的重視，就會(huì)使得蒸汽系統(tǒng)發(fā)生波動(dòng)的頻率增加，在波動(dòng)過程中系統(tǒng)的低點(diǎn)位置無法及時(shí)將冷凝的水珠有效進(jìn)行排出，導(dǎo)致在氣封位置堆積大量冷凝積液，加劇密封帶積灰現(xiàn)象，最后產(chǎn)生嚴(yán)重堵塞狀況。

2.2 主電機(jī)失電

在機(jī)組正常運(yùn)行過程中，主電機(jī)經(jīng)常由于內(nèi)部故障原因而產(chǎn)生失電現(xiàn)象。在整個(gè)過程中，機(jī)組依然處于用電狀態(tài)，軸流風(fēng)機(jī)的實(shí)際功率是煙氣輪機(jī)和主電機(jī)功率的總量，并且整個(gè)機(jī)組的轉(zhuǎn)速、煙氣輪機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)的振動(dòng)頻率、位移狀況以及實(shí)際溫度都保持在未失電時(shí)的狀態(tài)，相關(guān)數(shù)據(jù)都顯示為正常。因?yàn)殡姍C(jī)的實(shí)際作用為有效掌控整個(gè)機(jī)組的實(shí)際轉(zhuǎn)速，所以在電機(jī)突然出現(xiàn)失電的情況下，如果不能夠在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并妥善處理，很容易發(fā)生嚴(yán)重事故。機(jī)組完全停機(jī)需滿足的3 個(gè)重要條件為煙氣輪機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速≤5700 r/min、軸流風(fēng)機(jī)靜葉角度>22°以及電機(jī)出現(xiàn)跳閘情況。在主電機(jī)失電后，軸流風(fēng)機(jī)靜葉角度以及電機(jī)跳閘條件已充分滿足，但是為了最大限度防止機(jī)組緊急停止運(yùn)行對(duì)再生反應(yīng)造成影響，合理的措施為設(shè)計(jì)相應(yīng)聯(lián)鎖，同時(shí)啟用備用主電機(jī)并將備用機(jī)器切換入網(wǎng)[2]。

2.3 密封蒸汽使用不合理

機(jī)器密封過程中采用蒸汽的主要來源是由系統(tǒng)蒸汽管網(wǎng)產(chǎn)生，在差壓控制閥的作用下，將蒸汽注入到氣封體內(nèi)部的蒸汽密封部分。蒸汽密封部分的重要構(gòu)成部分為蜂窩密封帶和氣封體，當(dāng)氣流流經(jīng)蒸汽密封段時(shí)，蜂窩密封帶會(huì)將氣流整體分割成大小不一的漩渦，渦流的形成會(huì)對(duì)后續(xù)氣流經(jīng)過產(chǎn)生一定阻礙程度，從而達(dá)到有效密封氣流的實(shí)際效果。

此類使用方法在一定程度上會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重弊端，在煙氣進(jìn)入到密封部分過程中，可能會(huì)吸收蜂窩孔內(nèi)部大量熱能，使得溫度降低。此時(shí)如果在蜂窩孔處正好堆積許多密封蒸汽，在溫度降低的過程中就會(huì)使得蒸汽凝結(jié)成水滴，水滴在充分融合煙氣時(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間堆積的條件下產(chǎn)生大量灰塵，最終將密封孔完全堵塞。

2.4 煙氣中含有大量粉塵

在機(jī)器運(yùn)行過程中，在煙氣方面的具體要求為粉塵濃度不能大于140 mg/Nm3，顆粒的實(shí)際濃度不能高于2%，如果調(diào)整的頻率過大，代表煙氣濃度嚴(yán)重超標(biāo)。密封蒸汽壓力的實(shí)際控制部分為煙機(jī)動(dòng)葉后部分排氣壓力和密封蒸汽壓差，為了使密封蒸汽全部進(jìn)入煙氣流道，應(yīng)該確保密封體內(nèi)部的蒸汽壓力大于動(dòng)葉之后的煙氣壓力，進(jìn)而全面避免煙氣外泄的現(xiàn)象發(fā)生。在壓力控制方面的差值通常都會(huì)在0.025 MPa 附近，需要注意的事項(xiàng)為煙氣中要避免出現(xiàn)催化劑粉塵，如果粉塵濃度過高，會(huì)使得密封效果明顯降低。

2.5 煙機(jī)管道入口熱膨脹

在煙氣輪機(jī)開啟之后，首先需要進(jìn)行的工作為檢查煙氣輪機(jī)的運(yùn)行狀況。在檢查過程中如果發(fā)現(xiàn)管道與平臺(tái)板產(chǎn)生接觸情況，需要在第一時(shí)間移動(dòng)平臺(tái)板使得管道始終保持在自由放置狀態(tài)，當(dāng)處理完畢后重新開啟機(jī)器。在機(jī)器運(yùn)行過程中，煙機(jī)入口的管道膨脹和收縮程度以及其自由狀態(tài)都會(huì)在開機(jī)過程中對(duì)整個(gè)機(jī)體產(chǎn)生一定作用力，進(jìn)而導(dǎo)致在開機(jī)時(shí)發(fā)生較大振動(dòng)現(xiàn)象。

為了充分保證煙機(jī)正常運(yùn)行，可以以鋼結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)安放標(biāo)尺，然后在開機(jī)、關(guān)機(jī)和預(yù)熱時(shí)分別測(cè)量并記錄其實(shí)際生成數(shù)據(jù)，同時(shí)在匯總所有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上觀察變化形勢(shì)。所以在機(jī)器開機(jī)之前，最好可以查找曾經(jīng)的設(shè)計(jì)圖紙，通過充分對(duì)比管道的刻度值，使得煙氣輪機(jī)和入口處始終保持自由連接狀態(tài)，最終確保機(jī)組能夠正常運(yùn)行[3]。

3 煙氣輪機(jī)密封系統(tǒng)泄漏情況

根據(jù)對(duì)曾經(jīng)煙機(jī)密封系統(tǒng)泄漏情況的基本調(diào)查，比較典型的案例為某處全新建立的催化裝置在2014 年建成，同年投入生產(chǎn)使用，在整個(gè)運(yùn)行過程中密封系統(tǒng)正常運(yùn)行，未發(fā)生任何泄漏狀況。在良好運(yùn)行一年之后，突然發(fā)生煙氣泄漏的情況，因?yàn)樾孤┏潭仍诳煽刂品秶畠?nèi)并且依然滿足正常運(yùn)行的基本條件，所以在整個(gè)生產(chǎn)過程中時(shí)刻保持專人看守。在運(yùn)行過程中同時(shí)對(duì)機(jī)組的潤(rùn)滑油質(zhì)展開檢測(cè)，最終結(jié)果為潤(rùn)滑油質(zhì)處于正常水平。在運(yùn)行2 年之后，企業(yè)計(jì)劃全面停工并檢修所有裝置，在詳細(xì)檢查煙機(jī)的密封系統(tǒng)過程中，發(fā)現(xiàn)蜂窩密封已經(jīng)被粉塵顆粒全面堵塞，在導(dǎo)致密封系統(tǒng)失效的同時(shí)，煙氣泄漏造成軸承箱的外壁靠煙機(jī)一側(cè)和軸承箱附近管線等許多位置出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕情況。

4 改善密封系統(tǒng)的具體措施

4.1 強(qiáng)化密封系統(tǒng)蒸汽質(zhì)量

為了有效改進(jìn)密封系統(tǒng)失效的情況，其中一種方式為提高密封系統(tǒng)的蒸汽質(zhì)量，通過系統(tǒng)蒸汽源的飽和蒸汽直接轉(zhuǎn)變成為過熱蒸汽進(jìn)而實(shí)現(xiàn)蒸汽質(zhì)量提高的目的。從飽和蒸汽轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽的基本原理為，繼續(xù)加熱飽和蒸汽，在溫度升高的基礎(chǔ)上超越此壓力狀態(tài)下的飽和溫度，此類處于全新狀態(tài)下的蒸汽為過熱蒸汽。過熱蒸汽與飽和蒸汽之間的明顯區(qū)別在于過熱蒸汽在冷卻時(shí)釋放的熱量非常少，并且產(chǎn)生凝結(jié)水的現(xiàn)象很少發(fā)生，從而使得密封系統(tǒng)堆積灰塵的程度顯著降低，進(jìn)而保護(hù)整套機(jī)械設(shè)備。

4.2 在操作過程中確保其平穩(wěn)程度

在煙氣輪機(jī)運(yùn)行過程中，為了使得機(jī)器始終處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，相關(guān)人員需要加大監(jiān)督煙氣輪機(jī)的吸入的煙氣濃度和顆粒程度，每過一個(gè)階段需要按時(shí)檢查三旋分離器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，通過三旋分離器的正常運(yùn)行，使得進(jìn)入煙機(jī)的煙氣濃度和顆粒程度都能夠保持在既定范圍內(nèi)。如果需要添加催化劑，需要嚴(yán)格注意添加速度，整個(gè)過程要保持勻速和緩慢，同時(shí)在選擇加料器時(shí)需要使用小型加料器，以防止對(duì)煙機(jī)正常運(yùn)行造成影響。最終相關(guān)人員還需注意每個(gè)環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)格遵守相應(yīng)規(guī)范[4]。

4.3 管理過程中采用科學(xué)有效的措施

當(dāng)煙氣輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，相關(guān)人員需要增加檢查蒸汽管道低點(diǎn)位置排出冷凝水具體狀況的頻率，進(jìn)而確保蒸汽質(zhì)量符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，防止因?yàn)闇囟冗^低產(chǎn)生冷凝水的現(xiàn)象發(fā)生情況逐漸增加，最終確保蒸汽在進(jìn)入煙機(jī)的過程中不存在其他雜質(zhì)。

除此之外，在其他設(shè)備檢查過程中還需要時(shí)刻注意潤(rùn)滑油使用情況、循環(huán)水的狀況以及機(jī)器整體泄漏程度，通過日常巡檢過程中在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行優(yōu)化和完善，最終確保全面解決所有發(fā)現(xiàn)的問題，同時(shí)杜絕所有相似的隱患出現(xiàn)在機(jī)器運(yùn)行過程中。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前在煙氣輪機(jī)密封系統(tǒng)中，大部分工廠會(huì)采用3 道蜂窩密封方式，而3 道蜂窩密封方式在密封蒸汽等氣體過程中發(fā)揮顯著作用。雖然蜂窩密封方式擁有良好的效果，但是在應(yīng)用過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生管線嚴(yán)重腐蝕和蜂窩密封被粉塵顆粒堵塞等問題，對(duì)日常生產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失，并且蜂窩密封技術(shù)對(duì)氣體的質(zhì)量要求很高。因此當(dāng)煙氣輪機(jī)在采用蜂窩密封技術(shù)時(shí)需要全面提高密封氣體的質(zhì)量，最終顯著強(qiáng)化密封實(shí)際效果。