乙烯裝置壓縮機(jī)透平結(jié)垢原因分析及應(yīng)對(duì)策略

馬國(guó)鋒,張 煒,曾淼洋

(中國(guó)石油化工股份有限公司化工事業(yè)部,北京 100029)

乙烯裝置是石化工廠的“龍頭”裝置,其裂解氣壓縮機(jī)、丙烯制冷壓縮機(jī)和乙烯制冷壓縮機(jī)是裝置的“心臟”,壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況直接決定乙烯裝置的安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行水平。壓縮機(jī)透平(簡(jiǎn)稱透平)側(cè)采用高等級(jí)蒸汽驅(qū)動(dòng),如果蒸汽品質(zhì)不良,會(huì)造成透平結(jié)垢,出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)透平輪室壓力異常上升、主汽門開(kāi)度接近全開(kāi)、透平達(dá)不到設(shè)定轉(zhuǎn)速、機(jī)組運(yùn)行效率下降等異?，F(xiàn)象,還會(huì)增加汽輪機(jī)蒸汽消耗、影響壓縮機(jī)負(fù)荷,甚至嚴(yán)重威脅壓縮機(jī)的安全運(yùn)行【1-12】。

本文旨在總結(jié)分析中國(guó)石化某三套乙烯裝置在長(zhǎng)周期運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的透平結(jié)垢問(wèn)題及采取的應(yīng)對(duì)措施,主要從透平結(jié)垢機(jī)理、透平結(jié)垢危害、透平結(jié)垢處理、透平結(jié)垢預(yù)防等四個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)闡述,為乙烯裝置“三機(jī)”透平安穩(wěn)運(yùn)行提供指導(dǎo)性建議。

1 透平結(jié)垢機(jī)理及原因分析

1.1 結(jié)垢機(jī)理

透平結(jié)垢與蒸汽中鹽類雜質(zhì)的溶解性密切相關(guān),在缸體中的沉積機(jī)理與汽液兩相分配機(jī)理有關(guān)。當(dāng)蒸汽進(jìn)入透平膨脹作功后,隨著蒸汽的溫度、壓力下降,當(dāng)某種鹽類雜質(zhì)攜帶量大于其在蒸汽中的溶解度時(shí),就會(huì)進(jìn)入飽和狀態(tài)以固體形式析出并沉積在蒸汽通流表面上【9】。

通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)透平結(jié)垢情況的檢查和對(duì)垢樣的化驗(yàn)分析,可以總結(jié)出如下規(guī)律:

1) 一般汽輪室、靜葉持環(huán)、透平轉(zhuǎn)子等部位從高壓端到低壓端的結(jié)垢程度逐步增加,特別是末端兩級(jí)葉片結(jié)垢會(huì)比較嚴(yán)重。流體作用會(huì)導(dǎo)致動(dòng)葉片結(jié)垢比靜葉片嚴(yán)重,離心力作用會(huì)使葉頂?shù)柠}垢厚度大于葉根。

2) 透平內(nèi)結(jié)垢的物質(zhì)可分為可溶性物質(zhì)和不溶性物質(zhì)?？扇苄晕镔|(zhì)主要是Na鹽,如Na2CO3、Na2SO3、Na2SiO3、NaCl等;不溶性物質(zhì)主要是SiO2、CuO、Fe2O3等。

3) 因汽包夾帶水導(dǎo)致的結(jié)垢,垢物組成與爐水水質(zhì)相似,主要為Na3PO4、NaOH、SiO2。一般在透平高壓級(jí)因蒸汽壓力和溫度很高,蒸汽流速快,不易結(jié)垢,高壓級(jí)后幾級(jí)主要沉積溶解度低的Na3PO4;NaOH在蒸汽中溶解度較大,主要沉積在中壓級(jí)和低壓級(jí)的前幾級(jí);飽和蒸汽攜帶的硅酸在過(guò)熱蒸汽中會(huì)失水變成SiO2,SiO2在蒸汽中的溶解度較大,當(dāng)蒸汽壓力明顯下降后會(huì)析出,主要沉積在透平的中、低壓級(jí),因垢物數(shù)量大、質(zhì)地硬,不易清除。

1.2 原因分析

1.2.1 典型案例

1) S企業(yè)乙烯裝置透平結(jié)垢情況

S企業(yè)2號(hào)乙烯裝置老區(qū)在2006年出現(xiàn)乙烯制冷壓縮機(jī)透平結(jié)垢情況,在2007年、2009年和2014年分別出現(xiàn)裂解氣壓縮機(jī)透平結(jié)垢情況。

乙烯制冷壓縮機(jī)透平自2005年1月大修以后運(yùn)行正常,但隨著時(shí)間的推移,透平運(yùn)行狀況日趨惡化,轉(zhuǎn)速不斷下降,從2005年10月至2006年4月,壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速由8 100 r/min下降到了7 200 r/min,汽輪機(jī)進(jìn)汽量和壓縮機(jī)負(fù)荷下降,一段吸入壓力上漲。通過(guò)分析裂解爐水質(zhì)和蒸汽品質(zhì),發(fā)現(xiàn)爐水品質(zhì)惡化,蒸汽中Na+和SiO2存在超標(biāo)現(xiàn)象,造成透平動(dòng)、靜葉片積鹽結(jié)垢。后來(lái)在不降低入口蒸汽壓力、不降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的前提下,采用飽和蒸汽在線沖洗的方法對(duì)透平葉片上的污垢進(jìn)行了清理。

老區(qū)裂解氣壓縮機(jī)透平和丙烯制冷壓縮機(jī)透平在2007年8月大修后,從12月底開(kāi)始出現(xiàn)輪室壓力逐漸上升、功率逐漸下降的問(wèn)題。裂解氣壓縮機(jī)透平輪室壓力由檢修后的6.6 MPa逐漸上升至8.1 MPa,丙烯制冷壓縮機(jī)透平的輪室壓力由檢修后的6.0 MPa逐漸上升至8.5 MPa,嚴(yán)重影響了裝置的負(fù)荷以及機(jī)組的安全運(yùn)行。2008年2月裝置停車消缺,對(duì)透平進(jìn)行開(kāi)缸檢查,發(fā)現(xiàn)葉輪及噴嘴結(jié)垢比較嚴(yán)重,確定為蒸汽攜帶Na鹽使透平結(jié)垢。隨后,對(duì)污垢進(jìn)行了清理。

但是從2009年3月開(kāi)始,老區(qū)裂解氣壓縮機(jī)透平的輪室壓力還是出現(xiàn)持續(xù)上升問(wèn)題,2009年5月上升至8.2 MPa,丙烯制冷壓縮機(jī)透平的輪室壓力上升至7.9 MPa,透平結(jié)垢問(wèn)題再次出現(xiàn)。2009～2010年期間,分別兩次對(duì)裂解氣壓縮機(jī)和丙烯制冷壓縮機(jī)透平采用帶負(fù)荷濕蒸汽在線清洗的方法進(jìn)行除垢,取得了良好的效果。分析認(rèn)為,透平結(jié)垢的主要原因是裂解爐經(jīng)過(guò)改造后,運(yùn)行負(fù)荷加大,產(chǎn)汽量有所增加,鍋爐汽包汽水分離結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,給水、上水管方向與排污管取水方向接近,干擾了爐水取樣的準(zhǔn)確性,未及時(shí)發(fā)現(xiàn)蒸汽品質(zhì)下降問(wèn)題,從而造成透平結(jié)垢。

從2013年11月起,老區(qū)裂解氣壓縮機(jī)透平輪室壓力再次出現(xiàn)迅速升高問(wèn)題,經(jīng)判斷為蒸汽品質(zhì)控制不佳引起的壓縮機(jī)透平結(jié)垢。為減少停車檢修帶來(lái)的損失、保障乙烯裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行,2014 年1月和3月兩次對(duì)壓縮機(jī)透平進(jìn)行帶負(fù)荷濕蒸汽在線清洗,取得了良好的除垢效果。

2) M企業(yè)乙烯裝置透平結(jié)垢情況

2014年,M企業(yè)1號(hào)乙烯裝置受鍋爐給水品質(zhì)波動(dòng)影響,乙烯制冷壓縮機(jī)透平出現(xiàn)結(jié)垢情況,影響裝置滿負(fù)荷運(yùn)行,遂對(duì)乙烯制冷壓縮機(jī)透平進(jìn)行了停車浸泡清洗,清洗后透平輪室壓力恢復(fù)至正常水平,基本能滿足裝置正常運(yùn)行。

但隨后又出現(xiàn)丙烯制冷壓縮機(jī)透平輪室壓力快速上升問(wèn)題,轉(zhuǎn)速持續(xù)降低,為乙烯制冷壓縮機(jī)提供冷量不足致使其四段排出壓力高,嚴(yán)重制約裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)。2015年對(duì)兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了飽和蒸汽在線清洗,清洗后丙烯制冷壓縮機(jī)透平輪室壓力由3.65 MPa下降至2.80 MPa,乙烯制冷壓縮機(jī)透平輪室壓力由3.15 MPa下降至2.50 MPa,丙烯制冷壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可提高至額定值,說(shuō)明清洗效果較好。

3) F企業(yè)乙烯裝置透平結(jié)垢情況

從2020年初開(kāi)始,F企業(yè)乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)透平出現(xiàn)進(jìn)汽量和透平輸出功率持續(xù)下降的問(wèn)題,裝置負(fù)荷嚴(yán)重受限【13】。為了解決該問(wèn)題,提出在維持裝置運(yùn)行的情況下,通過(guò)在線加注清洗劑的方式進(jìn)行清洗; 為了徹底解決瓶頸, 后來(lái)利用消缺契機(jī)在裂解氣壓縮機(jī)N2運(yùn)行工況下進(jìn)行了飽和蒸汽在線清洗, 實(shí)施后透平輸出功率基本恢復(fù)正常。

通過(guò)對(duì)結(jié)垢物的分析和對(duì)除氧器運(yùn)行情況的排查,確定透平結(jié)垢的主要原因?yàn)楹偷臒N類介質(zhì)泄漏被帶入蒸汽系統(tǒng),使得進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水合格率低,導(dǎo)致蒸汽品質(zhì)下降。

1.2.2 原因分析

透平中垢物的主要來(lái)源有蒸汽中的Na、Si、Na+、Si4+形成的鹽類,以及管線腐蝕的鐵銹等,通過(guò)分析典型案例及查閱有關(guān)文獻(xiàn)可知,其結(jié)垢的主要原因可能有:

1) 蒸汽發(fā)生汽包(如裂解爐汽包)在加藥、液位控制或者排污控制不好的情況下會(huì)導(dǎo)致蒸汽中Na+、Si4+超標(biāo),Na+、Si4+經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累使透平積鹽嚴(yán)重,從而造成透平結(jié)垢。

2) 汽包設(shè)計(jì)或者排污閥選型不合理導(dǎo)致汽包的排污控制能力不足,爐水中的SiO2以及Na+等物質(zhì)含量會(huì)上漲,造成發(fā)生蒸汽中攜帶大量的鹽類物質(zhì),進(jìn)而導(dǎo)致蒸汽品質(zhì)下降。

4) 換熱器泄漏或操作原因?qū)е履Y(jié)水中油含量超標(biāo),容易導(dǎo)致陰、陽(yáng)床再生周期嚴(yán)重縮短,從而出現(xiàn)由于鍋爐給水含油量超標(biāo)導(dǎo)致汽包液面產(chǎn)生大量泡沫、引起汽水共沸的現(xiàn)象,使得蒸汽品質(zhì)嚴(yán)重惡化。

5) 鍋爐給水除氧器的供應(yīng)能力不足,加劇氧化垢物的生成。

6) 由于腐蝕原因,凝結(jié)水中Fe3+含量超標(biāo),未經(jīng)凈化或處理,導(dǎo)致減溫水劣質(zhì)化,其進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)后,最終將導(dǎo)致Fe2O3等固態(tài)微粒粘附在透平的蒸汽通流部分,在透平葉輪處富集。

2 透平結(jié)垢的危害

透平通流部分結(jié)垢后,將使汽流的通流面積減小,若維持各級(jí)壓力不變,則流量將減小,使透平發(fā)出的功率減小,同時(shí),透平輪室壓力明顯升高,吸汽能力下降,不僅對(duì)壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)性有直接影響,而且嚴(yán)重威脅透平的安全運(yùn)行【8】。危害主要有以下幾個(gè)方面:

1) 透平各級(jí)壓力降增加,導(dǎo)致隔板前后壓差增大,隔板變形嚴(yán)重時(shí)會(huì)與葉片發(fā)生摩擦。

2) 透平效率降低,進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥閥桿開(kāi)度明顯增大,導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降。

3) 蒸汽通流面積減小,造成蒸汽流量降低,機(jī)組效率下降,汽耗量增加,負(fù)荷降低,裝置能耗上升。此外,蒸汽通流面積減小還會(huì)造成流動(dòng)阻力增大,軸向推力增大,使得轉(zhuǎn)子軸向位移增大,推力軸承過(guò)載。

4) 在透平中部各級(jí)結(jié)垢時(shí),前部各級(jí)的焓降減小,級(jí)的反動(dòng)度增加,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸向力增大。

5) 當(dāng)透平迷宮密封梳齒之間的間隙被垢物填滿后,會(huì)造成密封效果下降,蒸汽泄漏量增加,甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸向力增加。

6) 若葉輪上結(jié)垢不均勻,則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡。此時(shí),轉(zhuǎn)子質(zhì)心偏離軸承中心線,產(chǎn)生異常振動(dòng)。

7) 流道因鹽溶液作用,形成局部腐蝕;應(yīng)力交變及腐蝕介質(zhì)作用在部件上,形成腐蝕疲勞和應(yīng)力腐蝕。

8) 葉片結(jié)垢后,離心力增加,圍帶內(nèi)表面結(jié)垢和鹽分沉積,則會(huì)使圍帶離心力加大,易造成葉片和圍帶的損壞。

9) 透平通流部分結(jié)垢嚴(yán)重時(shí),容易造成主汽閥、調(diào)速閥卡死的事故,在緊急停車時(shí),若主汽閥、調(diào)速閥動(dòng)作不靈活或卡澀不動(dòng)作,會(huì)造成嚴(yán)重后果。

10) 如蒸汽中攜帶有硅酸粉末,會(huì)引起葉片、噴嘴等部件的嚴(yán)重磨損。

3 透平結(jié)垢處理

目前處理蒸汽透平結(jié)垢問(wèn)題主要有三種方法,即停機(jī)清洗【6,14】、加注清洗劑在線清洗和飽和蒸汽在線清洗【1-5,7-20】,三種方法在生產(chǎn)中均有應(yīng)用,本文將根據(jù)具體案例對(duì)三種方法加以介紹和說(shuō)明。三種清洗方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

1) 停機(jī)清洗,主要包括機(jī)械清洗、浸泡清洗和化學(xué)清洗等方法【4、14、20-21】。停機(jī)機(jī)械清洗需停機(jī)解體各部件,用高壓水槍清除各部件表面的結(jié)垢物,但機(jī)組停車大修,既要投入大量的人力物力,又需要較長(zhǎng)的時(shí)間,勢(shì)必會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失【20】。停機(jī)浸泡清洗主要針對(duì)Na2CO3、NaOH等可溶性垢物,在透平停機(jī)后,切斷透平進(jìn)、出口蒸汽,通入鍋爐給水,將透平殼體充滿,然后進(jìn)行手動(dòng)盤車,進(jìn)行反復(fù)沖洗。水洗法操作較容易,所用時(shí)間相對(duì)較短,但只對(duì)可溶性垢物清洗效果好。停機(jī)化學(xué)清洗主要針對(duì)Fe2O3、Al2O3等不溶性垢物,需要用化學(xué)清洗液進(jìn)行清洗去除,經(jīng)過(guò)化學(xué)清洗后的葉輪可能需要進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試。

2) 加注清洗劑在線清洗。在機(jī)組正常運(yùn)行情況下,通過(guò)加注多種耐高溫、耐高壓的化學(xué)組分的混合緩蝕阻垢劑,利用其與垢物產(chǎn)生的界面滲透、擠壓、剝落等界面效應(yīng),使垢物變成微細(xì)粉末脫落、分散、懸浮于水中,再通過(guò)排污、凝結(jié)水除鐵器以及精處理高速混床截留等方式排出【13,22】。該方法不僅能清除轉(zhuǎn)移已結(jié)的垢物,還可防止結(jié)垢物質(zhì)在受熱面上沉積。

3) 飽和蒸汽在線清洗。通過(guò)飽和蒸汽夾帶的水或經(jīng)冷卻而產(chǎn)生的凝液溶解透平流道、 葉片及靜葉柵上的結(jié)垢物, 以恢復(fù)流道寬度?？赏ㄟ^(guò)保持透平一定的轉(zhuǎn)速, 加大飽和蒸汽進(jìn)汽量, 增強(qiáng)清洗效果。由于飽和蒸汽在線清洗方法效果較好, 并且省時(shí)省力, 因此,該方法得到了廣泛的實(shí)踐應(yīng)用【1-5,7-19】。

3.1 停機(jī)浸泡清洗

2014年5月,M企業(yè)1號(hào)乙烯裝置乙烯制冷壓縮機(jī)透平轉(zhuǎn)數(shù)開(kāi)始緩慢下降,由9 150 r/min降至8 800 r/min,透平輪室壓力最高上漲至3.95 MPa,嚴(yán)重影響裝置運(yùn)行負(fù)荷。采取提高入口蒸汽壓力,降低出口管網(wǎng)壓力的措施后,轉(zhuǎn)數(shù)恢復(fù)正常,但V1閥開(kāi)度由正常的60%增大至75%。經(jīng)分析,主要是由于透平葉輪通流部分結(jié)垢所致,于2014年9月23日對(duì)乙烯制冷壓縮機(jī)透平進(jìn)行了停車浸泡清洗。

3.1.1 前期準(zhǔn)備

前期準(zhǔn)備工作如下:

1) 保持裝置低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn);

2) 在透平缸體導(dǎo)淋配臨時(shí)管引入高壓鍋爐給水;

3) 在現(xiàn)場(chǎng)接臨時(shí)電源,用于現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)采樣儀供電,現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析;

4) 現(xiàn)場(chǎng)備軟管數(shù)根,用于接N2、中壓蒸汽及上汽缸排汽,透明長(zhǎng)塑料管10 m,用于監(jiān)測(cè)透平水位;

5) 準(zhǔn)備手提式紅外線測(cè)溫儀和雙金屬溫度計(jì)對(duì)氣缸溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.1.2 浸泡清洗流程

浸泡清洗流程包括以下幾個(gè)方面:

1) 透平打閘后,立即在透平排汽管線采樣分析電導(dǎo)率及pH值。

2) 確認(rèn)透平缸體降溫合格后,從透平缸體導(dǎo)淋處接入高壓鍋爐給水。

3) 在透平排汽手閥靠近透平側(cè)導(dǎo)淋接透明膠管,將其引至透平V1閥閥室處,以此監(jiān)控透平灌水液位。浸泡高度至透平V1閥頂部連接螺栓處,同時(shí)拆開(kāi)透平上缸排汽溫度測(cè)點(diǎn)(透平上缸約3/4高度)進(jìn)行排汽。

4) 拆開(kāi)透平聯(lián)軸節(jié)保護(hù)罩上半部,通過(guò)鏈條盤車器對(duì)其進(jìn)行連續(xù)盤車。

5) 待液位升至V1閥閥室后,通過(guò)適當(dāng)調(diào)整上水導(dǎo)淋開(kāi)度和采樣導(dǎo)淋開(kāi)度,使凝液保持流動(dòng)。

6) 上水至指定液位后,每隔5 min記錄一次在線電導(dǎo)率變化情況。

清洗結(jié)束原則為通過(guò)分析凝液水中電導(dǎo)率、鈉、硅離子含量確認(rèn)清洗節(jié)點(diǎn)。對(duì)入水口和出水口進(jìn)行連續(xù)采樣,當(dāng)出、入水口電導(dǎo)率值、鈉、硅離子含量持續(xù)10次釆樣值均保持穩(wěn)定并經(jīng)確認(rèn)后,可以結(jié)束清洗。

3.1.3 浸泡清洗效果

采用除鹽水循環(huán)浸泡法,在停機(jī)不拆大蓋的情況下清理汽輪機(jī),取得較好效果,乙烯壓縮機(jī)透平轉(zhuǎn)數(shù)恢復(fù)正常,由之前的8 170 r/min提至9 060 r/min,輪室壓力下降, 由3.86 MPa降至2.4 MPa, 裝置負(fù)荷提高,裂解爐投料負(fù)荷由之前的127 t/h提高到145 t/h,V1閥開(kāi)度減小,由100%開(kāi)度降至60%左右。

3.2 加注清洗劑在線清洗

2020年,F企業(yè)乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)透平出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象,在問(wèn)題初期維持裝置負(fù)荷不變的情況下,首次在乙烯行業(yè)采取了加注混合緩蝕阻垢劑的在線清洗方案【13】。具體實(shí)施如下。

3.2.1 加注清洗劑在線清洗流程

采用的清洗劑為復(fù)合型清洗劑,由耐高溫、耐高壓的表面活性劑、滲透劑及剝離劑、表面致鈍和緩蝕劑等復(fù)配而成,低毒、弱堿性。

將清洗劑用除鹽水稀釋調(diào)配至一定濃度,連續(xù)注入至乙烯裝置在運(yùn)行裂解爐減溫水調(diào)節(jié)閥后,清洗劑隨減溫水注入超高壓蒸汽總管,被蒸汽帶進(jìn)透平中。清洗劑濃度與透平進(jìn)汽量和輸出功率的變化情況如下表2所示。由表2可以看出,隨著加劑濃度的提高,壓縮機(jī)透平的進(jìn)汽量和輸出功率升高,說(shuō)明清洗取得了一定效果。

加注清洗劑清洗期間,監(jiān)測(cè)分析透平凝液中SiO2及Na+等指標(biāo)情況,發(fā)現(xiàn)均有不同程度的波動(dòng),電導(dǎo)率最高為164.8 μS/cm,Na+最高濃度1 260 μg/L。

3.2.2 加注清洗劑在線清洗效果

2020年7～11月,持續(xù)在線加藥清洗145 d后,裂解氣壓縮機(jī)透平進(jìn)汽量上升,功率提升10%,裝置運(yùn)行負(fù)荷從85%提升至92%,取得明顯效果。

3.3 飽和蒸汽在線清洗

飽和蒸汽在線清洗能使壓縮機(jī)透平運(yùn)行效果與機(jī)械清垢基本一致,但是用時(shí)大大縮短,使得裝置能夠在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常生產(chǎn)狀態(tài),并且減少了低負(fù)荷生產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí),由于不需要拆裝透平,減少了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)節(jié),提高了作業(yè)安全性,避免了因施工質(zhì)量問(wèn)題造成機(jī)組二次損壞的情況發(fā)生,因此該方法得到了廣泛應(yīng)用,比如S企業(yè)針對(duì)2號(hào)乙烯裝置老區(qū)乙烯制冷壓縮機(jī)和裂解氣壓縮機(jī)多次出現(xiàn)的結(jié)垢問(wèn)題采用了飽和蒸汽在線清洗技術(shù)【8-10】,M企業(yè)針對(duì)1號(hào)乙烯裝置丙烯、乙烯制冷壓縮機(jī)透平結(jié)垢問(wèn)題采用了飽和蒸汽在線清洗技術(shù)【11-12】,F企業(yè)針對(duì)裂解氣壓縮機(jī)透平結(jié)垢問(wèn)題也采用了飽和蒸汽在線清洗技術(shù)【13】,均取得了較好的效果。本文主要介紹M企業(yè)飽和蒸汽在線清洗技術(shù)的應(yīng)用情況。

M企業(yè)自2014年12月開(kāi)始,受鍋爐給水品質(zhì)波動(dòng)的影響,丙烯制冷壓縮機(jī)透平輪室壓力快速上升,最高漲至3.65 MPa,轉(zhuǎn)速持續(xù)降低,為乙烯制冷壓縮機(jī)提供冷量不足,致使其四段排出壓力高,嚴(yán)重制約裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)。為解決上述問(wèn)題,于2015年1月30日對(duì)兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了飽和蒸汽在線清洗。

3.3.1 清洗前準(zhǔn)備

清洗前的準(zhǔn)備工作包括以下幾點(diǎn):

1) 在透平在線清洗前,將裝置負(fù)荷降至60%左右,并將工藝系統(tǒng)調(diào)整到位。

2) 乙烯制冷壓縮機(jī)為背壓式機(jī)組,將排汽切出改為排現(xiàn)場(chǎng)消音器,排汽壓力控制在300～400 kPa。

3) 丙烯制冷壓縮機(jī)為抽汽冷凝式機(jī)組,將抽汽切出改為排現(xiàn)場(chǎng)消音器,抽汽壓力控制在1.58～1.75 MPa。

3.3.2 飽和蒸汽在線清洗過(guò)程

通過(guò)緩慢降低裂解爐和熱電鍋爐超高壓蒸汽的產(chǎn)汽溫度,將丙烯、乙烯制冷壓縮機(jī)透平入口的高壓蒸汽溫度緩慢降低。

乙烯制冷壓縮機(jī)透平(C-600T)入口高壓蒸汽溫度在9:00降至350℃時(shí),其排汽凝液中電導(dǎo)率和SiO2出現(xiàn)變化,SiO2濃度達(dá)34.09 μg/L,Na+濃度達(dá)214 μg/L;在10:10,透平入口高壓蒸汽溫度達(dá)340 ℃,排汽溫度148 ℃左右,排汽溫度達(dá)到飽和狀態(tài),此時(shí)電導(dǎo)率開(kāi)始發(fā)生變化,從正常值6 μS/cm上漲至13 μS/cm,如圖1和表3所示。隨著入口蒸汽進(jìn)一步降溫,透平缸體內(nèi)蒸汽濕度增大,進(jìn)一步清洗前面的葉輪,進(jìn)而將更多結(jié)垢物清洗出來(lái)。在11:15時(shí),入口高壓蒸汽溫度為332 ℃,其電導(dǎo)率最高達(dá)131.0 μS/cm;在14:00 時(shí),入口高壓蒸汽溫度為275 ℃,其電導(dǎo)率為58.6 μS/cm,SiO2濃度為7 210 μg/L,Na+濃度為4 090 μg/L。清洗狀況顯示,乙烯制冷壓縮機(jī)透平入口高壓蒸汽溫度最低下降至261 ℃。在清洗過(guò)程中,乙烯制冷壓縮機(jī)輪室壓力大幅下降,在入口相同高壓蒸汽進(jìn)汽條件下,其輪室壓力下降約0.6 MPa,說(shuō)明此次清洗較好地去除了透平內(nèi)的鹽垢。

圖1 清洗過(guò)程乙烯制冷壓縮機(jī)透平凝液電導(dǎo)率變化情況

表3 乙烯制冷壓縮機(jī)透平凝液分析數(shù)據(jù)

丙烯制冷壓縮機(jī)透平(C-650T)入口高壓蒸汽溫度在13:11時(shí)降至290 ℃,抽汽溫度207 ℃左右,接近飽和狀態(tài), 此時(shí)抽汽凝液電導(dǎo)率開(kāi)始出現(xiàn)較大變化, 如圖2和表4所示。在13:20 C-650T入口高壓蒸汽溫度達(dá)286 ℃時(shí), C-650T抽汽凝液電導(dǎo)率有較大變化,從正常值6 μS/cm上漲至27.2 μS/cm;當(dāng) C-650T入口高壓蒸汽溫度下降至274 ℃時(shí),C-650T抽汽凝液電導(dǎo)率達(dá)到最大值319 μS/cm,在入口蒸汽溫度由274 ℃降低至269 ℃的過(guò)程中,輪室壓力開(kāi)始出現(xiàn)快速下降,30 min內(nèi)下降了0.54 MPa,說(shuō)明透平結(jié)垢最嚴(yán)重部位蒸汽已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài),大量可溶性鹽溶于濕蒸汽中,15:00時(shí),C-650T 抽汽凝液中Na+、SiO2濃度大大超出正常值;當(dāng)進(jìn)一步降溫, 最低達(dá)266.5 ℃時(shí),抽汽凝液電導(dǎo)率下降至26 μS/cm,排出垢物進(jìn)一步減少,在相同進(jìn)汽條件下輪室壓力由3.02 MPa快速下降至2.48 MPa,說(shuō)明清洗過(guò)程已經(jīng)去除大部分鹽垢。

表4 丙烯制冷壓縮機(jī)透平抽汽凝液詳細(xì)組分

3.3.3 飽和蒸汽在線清洗效果

表5和表6分別為丙烯、乙烯制冷壓縮機(jī)透平清洗前后的運(yùn)行參數(shù)。由表5和表6可見(jiàn):C-600T、C-650T經(jīng)過(guò)清洗后,裝置能達(dá)到滿負(fù)荷,C-650T運(yùn)行狀態(tài)良好,轉(zhuǎn)速可提高至5 380 r/min,V1閥開(kāi)度約75%,進(jìn)汽量能達(dá)到134 t/h,最高進(jìn)汽能達(dá)到144 t/h,較清洗前狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn);C-600T轉(zhuǎn)速可提高至9 100 r/min,且V1閥開(kāi)度只有60%,輪室壓力只有2.4 MPa左右,狀態(tài)也有明顯好轉(zhuǎn)。

表5 丙烯制冷壓縮機(jī)透平清洗前后運(yùn)行參數(shù)表

3.3.4 飽和蒸汽在線清洗注意事項(xiàng)

飽和蒸汽在線清洗應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1) 在線清洗過(guò)程中,要通過(guò)調(diào)節(jié)防喘振閥控制好各段吸入溫度、壓力和流量,控制好各段吸入罐液位,避免大幅波動(dòng)引發(fā)機(jī)組聯(lián)鎖停車;同時(shí),監(jiān)控好機(jī)組振動(dòng)、位移、溫度等參數(shù)變化,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即處置。

2) 飽和蒸汽清洗溫度需選擇合理,溫度過(guò)高,清洗效果不明顯;溫度過(guò)低,較多的飽和濕蒸汽進(jìn)入透平,會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子造成較大沖擊。根據(jù)透平具體結(jié)構(gòu),結(jié)合實(shí)施經(jīng)驗(yàn),一般選擇清洗溫度高于工作壓力下的飽和溫度15 ℃以上,清洗效果比較明顯【8,11】。

3) 為有效防止飽和蒸汽對(duì)管線造成水擊,在蒸汽管線沿途的各疏水器及導(dǎo)淋處及時(shí)進(jìn)行排液。

4) 如果透平具備抽汽功能,需提前將抽汽切出管網(wǎng)。因抽汽溫度會(huì)先于入口溫度進(jìn)入濕蒸汽飽和狀態(tài),如不提前切出管網(wǎng),將會(huì)導(dǎo)致抽汽帶水,造成管網(wǎng)水擊。

5) 透平入口超高壓蒸汽的降溫速率比較難控制,如降溫過(guò)快或波動(dòng),可能造成透平內(nèi)外缸溫差過(guò)大,振動(dòng)上升,導(dǎo)致缸體變形,引發(fā)機(jī)組聯(lián)鎖。一般首先降低壓力,再降低溫度,但是必須將溫度控制在操作法規(guī)定的溫度以上,以免損壞葉片?？商崆爸贫ê媒禍?、降壓曲線,控制好蒸汽降壓、降溫速度,避免過(guò)大的降溫速度造成汽缸和管道法蘭等部件產(chǎn)生過(guò)大溫差應(yīng)力而造成次生事故。

6) 可以通過(guò)適當(dāng)降低溫度、提高轉(zhuǎn)速、加大蒸汽流量,增大蒸汽對(duì)透平流通部件沖洗力度,加速透平流通部分的水垢脫落,提高在線清洗效果。

7) 可通過(guò)觀察透平的輪室壓力變化作為判斷清洗效果的標(biāo)準(zhǔn)。在相同負(fù)荷、同等進(jìn)汽量的情況下,當(dāng)透平輪室壓力不超過(guò)設(shè)計(jì)值的10%時(shí),可認(rèn)為在線清洗取得成功。

4 預(yù)防蒸汽透平結(jié)垢措施

預(yù)防蒸汽透平結(jié)垢應(yīng)采用以下措施:

1) 預(yù)防透平結(jié)垢的措施重在源頭,要加強(qiáng)水質(zhì)管理。蒸汽品質(zhì)取決于鍋爐給水和爐水水質(zhì),只有控制調(diào)整好鍋爐給水和爐水的水質(zhì)才能獲得品質(zhì)合格的蒸汽。

一是提高對(duì)水汽管理的重視程度,加強(qiáng)對(duì)蒸汽系統(tǒng)污染源及其危害和防控知識(shí)的宣貫,嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)化驗(yàn)頻次的工藝管理紀(jì)律,強(qiáng)化分析人員對(duì)水汽運(yùn)行工藝調(diào)整過(guò)程的分析化驗(yàn),指導(dǎo)工藝操作人員進(jìn)行調(diào)整。

三是強(qiáng)化運(yùn)行管理和工藝操作,日常加藥及排污工作要及時(shí)到位,控制好磷酸鹽注入量,做好汽包連排和間排管理,確保所產(chǎn)蒸汽合格。

2) 加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行管理,穩(wěn)定汽包液位在指標(biāo)范圍內(nèi),保證足夠的分離空間。穩(wěn)定鍋爐運(yùn)行負(fù)荷,減少汽包飽和蒸汽對(duì)高SiO2含量爐水的機(jī)械攜帶。

3) 投用汽包在線分析儀,采用陽(yáng)離子電導(dǎo)率在線監(jiān)測(cè);具備條件的投用過(guò)熱蒸汽電導(dǎo)率及SiO2含量在線分析儀,蒸汽品質(zhì)出現(xiàn)波動(dòng)及時(shí)調(diào)整處理。

4) 加強(qiáng)對(duì)“三機(jī)”透平凝液的分析,發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)處理。

5) 透平輪室壓力是判斷結(jié)垢的重要參考依據(jù),日常要加強(qiáng)對(duì)輪室壓力的監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)上漲趨勢(shì)要分析判斷是否存在結(jié)垢并采取措施。

6) 確保鍋爐給水除氧器的除氧工作能力,避免鍋爐給水氧含量升高。

7) 做好凝結(jié)水及其精制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)指標(biāo)異常要及時(shí)處理,重點(diǎn)關(guān)注Na+、SiO2、Fe3+、有機(jī)物濃度等參數(shù)。

8) 一般大機(jī)組的潤(rùn)滑油系統(tǒng)中,小透平與機(jī)組使用相同蒸汽源,建議加強(qiáng)對(duì)小透平的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控,如果出現(xiàn)功率下降現(xiàn)象,可以及時(shí)將小透平在線切出進(jìn)行檢查,以判斷是否因結(jié)垢問(wèn)題導(dǎo)致出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

5 結(jié)論

乙烯裝置“三機(jī)”透平結(jié)垢問(wèn)題通過(guò)采取飽和蒸汽在線清洗的方法進(jìn)行處理雖效果顯著,但仍然存在一定的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)清洗前需降低裝置負(fù)荷運(yùn)行,也會(huì)影響正常生產(chǎn)。因此,建議從源頭上解決蒸汽和鍋爐給水品質(zhì)問(wèn)題,只有這樣才能從本質(zhì)上消除乙烯“三機(jī)”透平結(jié)垢問(wèn)題,保證裝置長(zhǎng)周期滿負(fù)荷運(yùn)行。