催化装置汽轮机通流部分带负荷在线清洗技术的应用

丁一刚(中韩武汉石油化工有限公司，湖北 武汉 430082)

1 概况

某炼化企业100 wt/a 重油催化裂化装置于1995 年投产，主要以精制蜡油、减四线油为原料，生产干气、汽油、柴油、液化气、油浆等。装置有富气压缩机组1 台，作用是将分馏富气压缩至吸收稳定系统进行精制。机组由美国DRESSER-RAND 的型号为3M8-9 离心式压缩机与型号为STMG-4U 背压式汽轮机组成。

该装置于2016 年4 月停工检修，开工后运行至2019 年1 月开始出现异常，汽轮机耗汽量降低，转速无法提升、无法调节，装置生产被迫降量。组织技术分析，判断通流部件存在结垢减少流通面积，需尽快处理，否则按蒸汽结垢原理分析，结垢会进一步快速加剧，生产难以维持。

2 故障现象及分析

2.1 汽轮机运行异常现象

在蒸汽参数与压缩机负荷变化不大的情况下，汽轮机调节汽阀不断开大，直至全开，随后出现蒸汽耗量不断下滑，从正常的60 t/h 逐渐下滑至43 t/h。汽轮机输出功率严重不足，压缩机转速无法提高，前部岗位憋压，装置降低处理量维持。

2.2 汽轮机通流部分结垢技术分析

仪表与机械方面排查，通过给定转速值来校验控制回路与执行机构的对应关系，调节情况见表1，此时当调节汽阀在80%以上后，蒸汽流量不在随开度增加而增加。从现场动作情况看调节幅度与机械行程对应正常，可排除控制系统异常、主调节气阀机械卡涩。

着重从蒸汽品质、汽轮机通流部分的压降和堵塞进行分析。

表1 调节气阀开度与蒸汽流量对应情况

从图 1 蒸汽透平入口蒸汽流量与机组转速的趋势看，蒸汽消耗量趋势异常，主蒸汽量连续下滑，如果是阀碟脱落等一般会造成蒸汽量的突变。

图1 透平蒸汽消耗量变化趋势

从图2 汽轮机蒸汽进出口温度趋势看，在进汽温度维持435 ℃的情况下，出口蒸汽温度逐渐升高了10 ℃，说明单位蒸汽焓降逐渐降低，机组内效率在降低。从蒸汽品质分析看，该机组中压蒸汽全部来自3#余热锅炉，汽水采样合格率仅为80%，其中钠离子浓度超标最多。

图2 汽轮机进出口温差变化趋势

通过对比轮室压力与蒸汽耗量曲线，此时轮室压力较正常值升高0.3 MPa(达到2.2 MPa)，轮室压力上升是汽轮机速度级的压降升高所致。同时观察到速关阀压降为0.4 MPa，较刚开机时偏大。

综上，汽轮机的通流部分存在结盐，结盐部位在喷嘴、叶片，机组内效率下降，速关阀过滤网可能存在结垢情况，最终造成汽轮机通流面积减小导致蒸汽耗量减少，机组输出功率严重不足。

3 制定在线清洗方案

3.1 在线清洗的可行性

通常处理方式为揭缸体进行检查维修，按机组开停、工艺切除和维修，至少需72 h。工艺生产将带来经济效益损失和环保风险，仅经济损失一项约480 万元。

查阅相关资料，凝汽式汽轮机湿蒸汽在线清洗在电厂应用较多，但炼化企业背压式汽轮机带负荷在线清洗应用较少，因拖动的富气压缩机与工艺操作关联性高，既要控制负荷及转速确保机组安全，还要控制操作中干气密封安全和工艺安全等，操作上具有一定难度。结合现场情况，该机组蒸汽流程具备制备新蒸汽的条件，可通过专供锅炉调节蒸汽压力，注入除氧水调节蒸汽温度。同时，工艺具备配合调整条件[1]。

3.2 在线清洗的基本原理

利用沉积在过流部件上盐垢可溶解于湿蒸汽的物理性质，通过降低机组负荷控制机组在安全转速下运行，将过热度很低的蒸汽导入汽缸，蒸汽做功后，汽轮机通流部分在湿饱和蒸汽区域运行，盐垢被冲刷溶解、带走。根据过热蒸汽饱和度以及机组实际运行情况，制定在线清洗时机组与蒸汽的参数。

根据以上两种方案的比较，选用带负荷在线清洗，可减少损失，对工艺操作影响最小。

4 在线清洗过程与注意事项

4.1 确定方案

成立在线清洗指挥小组，对参与人员进行专项培训。于2020 年4 月10 日，经过6 h 的有效清洗，使生产恢复正常。

4.2 操作过程

应关注排汽(凝结水)采样分析趋势，特别是具有代表性的钠离子浓度的变化趋势，见图3。

图 3 蒸汽凝结水钠离子与硅酸根浓度变化趋势

清洗过程中注意轮室压力、速关阀压降变化，沉积的钠盐清除过程中，轮室压力会因后部叶轮盐垢被清除压力上升，速关阀压降会降低，表明清洗有效，见表2。

表2 清洗前后蒸汽对比

4.3 注意事项

(1)带负荷清洗时，应先降低机组负荷，与降低参数后新蒸汽能够输出的功率适应，逐渐调整入口蒸汽参数。因机组临界转速的限制，宜将转速控制在额定转速的1/4 至1/5 之间。

(2)新蒸汽的压力不宜过低，应有20～25 ℃的过热度。避免汽缸与新蒸汽温度差过大，温度变化速率不大于2 ℃/min。注意蒸汽调整顺序，先调压再调温。

(3)在清洗过程中，不得解除任何联锁，应时刻关注机组轴系状态、汽轮机现场运行状况等，确保机组运行安全。

(4)防止清洗出的“污水”污染后路蒸汽系统，背压蒸汽应切除放空。

5 实施效果

5.1 带负荷在线清洗

从调节阀开度对应的蒸汽耗量和转速控制看，机组恢复了性能。汽轮机内效率提升约10%，装置恢复正常生产，如表3 所示。

表3 清洗前后机组运行参数对比

5.2 经济效益

因汽轮机输出功率不够，导致生产处理量降量操作，每月的加工损失费用约785万元。汽轮机因通流部件结垢导致效率下降，每月多损耗中压汽约15 万元。合计避免每月造成损失约800 万元。同时，在线带负荷清洗相比停机检修，节约损失约为430万元。

6 结语

通过实施在线清洗，恢复了机组性能。实践表明，拖动背压汽轮机操作得当，在线清洗是优选方案。避免汽轮机结垢，关键在于控制蒸汽品质。同时，本次清洗还存在手阀控制注水降温的不精确问题，以后可通过完善蒸汽配置流程进行改善。本次实践，为控制压缩机的复杂工艺相关操作提供经验，在线带负荷清洗的方式具有一定推广意义。