气压机结垢原因分析及应对措施

2022-09-11

在500万吨/年炼厂催化装置中, 气压机组通常都是由两个离心式压缩机和凝气式汽轮机构成的。主要的功能是压缩富气, 为下游吸收-稳定单元提供进料, 同时控制反应压力。该型号机组在常规工况运行时, 转速在7000~7200rpm。长庆石化公司气压机在运行期间, 曾出现个别工况汽轮机调节汽门开全而失调的现象, 运行转速也逐步降低到6500~6700rpm, 入口量降至4.5万Nm3/h以下, 调节余地越来越小, 种种迹象表明由于气压机产生结垢导致。特别是在每个运行周期的末期, 这一问题尤为严重, 给装置长周期运行带来很大威胁。

1 气压机结垢可能原因分析

我们在检修过程中, 对气压机进行了检查, 发现蒸汽轮机动叶片和静叶片上, 很多白色的固体颗粒物在上面附着着。经过取样送化验室分析, 得出的结论是主要成分为溶性Na2Si O3等。可以据此判断, 造成气压机结垢的主要原因之一为蒸汽品质差, 蒸汽携带着很多杂质进入到气压机缸体内部, 在长期的累积下, 积盐成垢。

我对检修前期装置中压蒸汽离子含量数据研究发现, 蒸汽中Na+严重超标, 并且波动范围很大, Si O2含量波动范围相对Na+较小, 但是超标比例也超过了40%。中压蒸汽的杂质含量严重超标使后续生产过程受影响, 气压机结垢日趋严重。

导致蒸汽杂质含量高, 蒸汽品质低下的原因是多方面的, 结合我公司实际生产情况, 做出以下分析:

(1) 蒸汽物理性携带除氧水中有杂质, 随着蒸发的不断进行, 杂质更多在液相中积累, 这就使得炉水中的杂质含量远大于上水中的杂质含量, 如果蒸汽从汽包到过热器的过程中携带了炉水, 这就使蒸汽品质由于杂质含量大而变差, 通常这种现象被成为物理性携带[1]。

(2) 蒸汽溶解性携带在压力和温度较高的条件下, 蒸汽可以让部分盐分溶解, 这也是导致蒸汽品质变差的重要原因之一, 该现象通常被称作溶解性携带[2]。硅酸作为气压机硬垢的主要成分, 在高温的蒸汽中溶解度较大, 并随压力、温度的升高而持续增大, 因此, 虽然进入锅炉的硅酸沉积不多, 却大部分被蒸汽带走。

硅酸化合物在水中的溶解度不大, 大部分在水中进行聚合而成为双分子或三分子聚合物, 成为不溶解的多分子聚合物, 即胶体硅。它们在水中呈现动态平衡状态, 随p H值而变化, 当p H值高时, 较多转变为可溶性硅。因此控制炉水的p H>9.5相当关键[3]。

胶体硅随着压力及p H值升高而转化为可溶性硅。在上一生产周期, 我厂催化装置中汽包压力基本维持恒定, 但是汽包炉水在长时期内p H值偏低, 这最终导致胶体硅不能溶解在炉水中, 导致蒸汽中的硅含量过高。而硅酸随着蒸汽的做功过程, 温度、压力的降低, 而溶解度降低, 硅酸析出附着在叶片等表面, 形成我们在设备检修期间所看到的附着在汽轮机叶片上的白色沉积物。

(3) 蒸汽发生器加药剂的影响检修前, 装置水处理采用磷酸盐药剂, 即在锅炉水碱性条件下, 加入磷酸盐药剂, 使水中磷酸根维持在一定浓度范围, 水中的钙离子与磷酸根结合生成碱式磷酸钙, 而少量镁离子同水中的硅酸根生成蛇纹石, 两种反应产物均属难溶化合物, 在锅炉水中呈分散、松软水渣, 易随排污排出, 不会粘附在受热面形成二次水垢。但是, PO43-对水垢的抑制没有低剂量 (阈值) 效应, 故对水垢没有抑制效果, 能生成Ca10 (OH) 2 (PO4) 6水渣, 且是按化学计量形成的, 排污量大, 否则炉内难免有磷酸盐的过饱和沉积, 增加夹带的趋势;PO43-对锅水的p H缓冲能力有限, 且在锅炉负荷发生变化时易出现磷酸盐的“暂时消失”, 导致磷酸盐加入过量;生成的盐类, 易因夹带进入蒸汽系统中, 导致蒸汽系统汽轮机的结垢和管线的腐蚀, 表现为蒸汽系统中Na+、Si O2等含量偏高。磷酸盐垢曾在一些锅炉系统的汽轮机叶片和透平上反映的比较突出, 表明蒸汽中有磷酸盐垢夹带进入气压机系统。日积月累, 对气压机长期、稳定运行造成严重后果[3]。

2 对存在问题的应对措施

(1) 降低物理性携带 (1) 合理控制汽包液位。长庆石化厂汽包的安装位置较高, 上水量较大, 由于该汽包的上水是与整个产汽系统共用给水泵, 所以压力波动较大, 导致液位波动大。建议改造工艺流程, 单独向汽包给水, 同时将汽包的液位控制在35%~45%的范围内。 (2) 稳定汽包的产气负荷, 避免较大范围的波动。产气负荷的波动主要原因是因外取热量大幅波动引起, 反应操作岗位要控制外取热的平稳。 (3) 压力要平稳, 压力突变会引起蒸汽卷水。正常工况时, 中压汽包的压力非常平稳, 波动不大, 加之本装置的中压蒸汽为3.8MPa, 微小波动对蒸汽带水影响不大。 (4) 加强定连排作用。通过加强定期排污和连续排污, 降低炉水中的盐含量, 必要时可以结合汽包电导率数据来组织排污。

(2) 优化使用引进的药剂单一通过向炉水中加注磷酸盐不能很好地解决蒸汽杂质含量高, p H值控制不够稳定的问题, 为此长庆石化公司引进了北京伊维普特工业技术有限公司的炉水处理技术, 并在催化装置和动力装置应用该项技术。

摘要：本文主要对气压机结垢可能原因进行了分析, 并提出了优化气压机工况, 减缓结垢利于装置长周期运行的应对措施。

关键词：汽轮机,结垢,蒸汽品质