催化裂化装置富气压缩机组汽轮机结垢原因与解决措施

2022-09-10

呼石化280万吨/年重油催化裂化装置富气压缩机组由离心式压缩机及背压式汽轮机组成。压缩机为2MCL多级水平剖分型系列。汽轮机NG40/32型多级背压式。自2012年10月投产运行, 开工运行后一年后富气压缩机工作效率明显降低。汽轮机转速无法提高, 进汽量明显降低, 汽轮机做功下降, 富气压缩能力下降, 机组贴近喘振线附近工作, 无法降低反应压力, 导致反应低差压甚至负差压操作, 对反再系统造成严重威胁, 随时都有切进料的危险。

1 蒸汽轮机结垢的现象及影响

从2013年10月开始富气压缩机工况变差, 表现为:

1.1 汽轮机调速汽门从58%逐渐至全开。

1.2 汽轮机吃汽量降低, 调速汽门全开后, 进汽量由平均95t/h下降为平均70t/h左右。

1.3 汽轮机转速运行由调速汽门为70%时的7000rpm逐渐下降至调速汽门全开转速为5800—6200rpm左右。

1.4 汽轮机出口蒸汽压力变大, 蒸汽温度也相应升高。

1.5 汽轮机的轴振动频繁高报。

1.6 压缩机压缩能力下降, 不能满足反应压力的要求。

2 结垢成份分析

2014年7月10日车间对汽轮机进行了停机检查、维修, 解体后发现汽轮机进汽喷嘴格栅以及最末两级动叶静叶片上附着有大量白色硬物, 转子的整体颜色呈褐红色, 使流道变小近20% (两叶片间距5mm左右, 盐垢近1mm) 。对转子进汽喷嘴格栅和两级动叶静叶用水枪冲洗后, 转子叶片、隔板露出了金属本色, 对冲洗水样分析数据:结垢物质外观呈炭白色, PH值为11.53, Na+为58.82mg/L, CO32-为27.1 mg/L, HCO3-为29.7mg/L, Mg2+为0.002 mg/L, Ca2+为0 mg/l, Fe3+为0.043 mg/L, PO43-0.5 mg/L, Si O32-为1.5 mg/L, Cl-为4.0 mg/L, SO42-为4.16Mg/L。分析可知结垢物成份应为可溶性的Na2SO4, Na2CO3, Na Cl, Na2Si O3等。

3 结垢原因分析

分析汽轮机的运行参数可知, 致使汽轮机结垢的主要原因是:过热中压蒸汽携带较多的盐类和其它杂质, 通过汽轮机时, 进汽喷嘴格栅和动静叶流道的金属表面会形成一层氧化膜, 吸附能力较强, 盐类和杂质会停留下来析出成垢层[]。

汽包的炉水中含有较多的可溶性盐类及悬浮物, 随着蒸汽的不断产生, 炉水逐渐浓缩, 炉水含盐量、碱度逐渐增加, 大量化学胶体粒子上升到汽水分离表面, 炉水蒸发会产生微小气泡, 由于表面张力的缘故不易破碎, 相互之间难以结合, 气泡逐渐变大, 最终聚集在汽水分离界面上, 形成泡沫层, 引起蒸汽携带雾沫和汽水共沸, 致使饱和蒸汽中含有较多的水分、盐类和其它杂质, 当饱和蒸汽进入蒸汽过热炉和余热锅炉过热后, 蒸汽温度不断升高, 超过对应的饱和蒸汽温度[]。蒸汽携带的水分被逐渐蒸发, 析出的结晶盐和高浓度盐液, 随过热蒸汽进入汽轮机, 高速通过喷嘴格栅、动静叶和蒸汽流道。蒸汽经做功后降温降压, 使得更多的盐析出, 并附着在在汽轮机流道的所有构件。

4 蒸汽品质的影响因素及控制措施

4.1 影响蒸汽品质的因素

蒸汽中盐份主要来自于:1.饱和蒸汽中带有含有盐份的炉水水滴;2.可溶性盐类可溶于蒸汽。但对于中压汽包, 蒸汽品质差主要是由于蒸汽带水造成的[]。

影响蒸汽带水的主要因素有:

4.1.1 汽包液位控制不合理致使蒸汽品质恶化。

汽包液位越高, 汽水在分离沉降时空间越小。在产汽过程中, 重力使蒸汽携带的水滴下落。液位太高, 蒸汽携带的水滴由于沉降空间不足而不易下落, 易被蒸汽所携带。液位太高严重影响汽水分离效果, 使蒸汽品质的恶化[]。液位太低, 连续排污失效, 汽水分离界面上的可溶性盐类及悬浮物, 不能排出致使蒸汽携带大量可溶性盐类及悬浮物, 致使蒸汽品质恶化。

4.1.2 汽包压力控制不稳定致使蒸汽品质恶化。

汽包压力越高, 蒸汽压力越高, 饱和水的表面张力越小, 水膜易被破碎为细小水滴, 使产生的饱和蒸汽与水的密度差越小, 汽包内汽水分离越困难, 蒸汽携带水滴的能力增强, 蒸汽更易带水带盐。汽包压力急剧波动会导致过热蒸汽带水, 当汽包压力骤降时产生汽水共沸, 产汽量大, 蒸汽线速高, 过热蒸汽携带大量水滴, 严重时产生水冲, 导致汽轮机事故。

4.1.3 汽包超负荷致使蒸汽品质恶化。

汽包负荷增加, 蒸汽线速增大, 带水能力增强。

4.1.4 汽包炉水含盐量超标致使蒸汽品质恶化。

加药不均匀、排污不及时使炉水中含盐量增加, 增加到某一值时, 蒸汽湿度迅速增加。负荷愈高, 临界炉水含盐量愈小[]。

4.1.5 汽包汽水分离装置机械损坏致使蒸汽品质恶化。

汽水分离效果差, 蒸汽湿度大, 含水多。

4.2 控制蒸汽品质的措施

4.2.1 调整各汽包的运行工况, 严禁汽包超负荷、超压运行;

4.2.2 平稳调整各汽包工况, 严禁汽包负荷和压力大幅度波动, 及时判断汽包汽水分离装置是否正常。

4.2.3 在汽包液位正常范围内, 保证连续排污正常, 控制低液位, 增加汽包的蒸汽空间高度。

4.2.4 确保连续排污和定期排污正常, 降低炉水含盐量。

5 汽轮机结垢后不解体在线汽洗处理

在线汽洗技术, 即将低压饱和蒸汽通过汽轮机入口处高低压蒸汽联通线, 并进汽轮机入口, 在临界转速一下对汽轮机的流通部分进行冲洗。

5.1 清洗原理

汽轮机通流部分积垢分布于汽轮机过热蒸汽区域和刚进入饱和蒸汽区域。通流部分积垢中50%是炉水中的盐份, 40%是氧化铜, 10%是所携带的杂质, 均能溶解于湿饱和蒸汽中[]。将低压饱和蒸汽并入汽轮机, 经过作功后, 汽轮机的通流部分叶片都在湿饱和蒸汽区域工作, 盐垢被冲刷溶解, 叶片得到清洗。

5.2 清洗方法

汽轮机转速控制在2000—3000r/min左右, 用放空阀控制排汽压力在0.4—0.5MPa左右, 因为是背压式汽轮机, 冲洗时汽轮机的通流部分叶片都在湿饱和蒸汽区域工作, 各级动静叶片反动度增加, 轴向推力增加, 有可能使推力轴承过负荷[]。注意机组轴位移, 必要时用反飞动阀控制机组负荷。通过中压蒸汽系统对低压饱和蒸汽温度进行调整, 由于装置正在运行, 温度不能降的太低, 可利用汽轮机入口管线淋冷却水调整, 在蒸汽降温和降压的过程中注意机组运行的状况、轴系振动、轴向位移和推力轴瓦温度变化情况, 缓慢平稳冲洗。

摘要：催化裂化装置是我国炼油工业获取经济效益的主要生产装置, 在原料产品市场日益国际化的前提下, 长周期运行成为炼化企业的研究重点。在催化裂化装置的非计划停工中因素中, 机组故障占有很大比重。结合呼和浩特石化公司催化裂化装置的具体情况, 阐述了结垢对催化裂化蒸汽轮机运行的影响, 对结垢的原因进行了分析和讨论, 并提出了具体的处理对策。

关键词：蒸汽轮机,结垢,蒸汽品质