鲁化28000 m3/h空分配套汽轮机运行中存在的问题及改造

    兖矿鲁南化肥厂原料及动力结构调整项目之一的28000 m3/h空分装置由杭州杭氧股份有限公司成套供货，配套陕鼓与德国曼透平合作生产的RIK112S空压机和RBZ45空气增压机，使用杭州汽轮机股份有限公司的全凝式汽轮机。该装置采用全低压分子筛吸附净化、增压透平膨胀机制冷、全精馏无氢制氩、空气增压循环的氧、氮双泵内压缩流程。

       28000 m3/h空分装置配套汽轮机型号为NKS50/71/0，单缸冷凝式。汽轮机流程为：用来自锅炉的3.8 MPa、400 ℃过热蒸汽作为主蒸汽，主蒸汽进入汽轮机做功后，产生的乏汽通过凝汽器进行冷凝，不凝气由射汽抽汽器抽走，以维持汽轮机排气端的真空。凝汽器中冷凝的凝结水由凝结水泵不断抽出，一部分回到凝汽器维持凝结水泵运行，一部分送往锅炉除氧器作为锅炉补水。从管网来的1.3 MPa饱和蒸汽作为汽轮机轴封汽。

       28000 m3/h空分装置配套汽轮机自2008年5月31日冲转成功后，于6月26日正式投入运行，1年最长运行时间约235 d。汽轮机在运行中暴露出一系列问题，我们进行了相应的整改。

       汽轮机轴封汽管线堵塞

       2008年7月系统运行时，工艺人员多次发现汽轮机轴封汽排放口不冒汽或是喷水，同时真空迅速上升，严重威胁汽轮机的安全、稳定运行。对现场轴封汽管路进行排查，发现轴封汽管路排出大量积水，而旁通管路完全堵塞。28000 m3/h空分系统停车时，我们对轴封汽管路进行全面拆检，发现轴封汽管路“U”型管路出现严重堵塞。

       分析其原因为：（1）1.3 MPa蒸汽从空压厂房进入到汽轮机之间近30 m的管路没有设置倒淋，部分管道没有保温，在低点“U”型弯处存在大量冷凝水，易造成轴封汽管路出现水堵带水；（2）轴封汽管道为DN15，而我厂1.3 MPa蒸汽管网复杂，汇集了锅炉及全厂复热的返网蒸汽，极易携带大量焊渣等杂物，从而导致轴封汽管路出现堵塞。

       2008年8月，28000 m3/h空分装置停车后，我们在轴封汽总阀后旁通一路蒸汽管，水平配至轴封汽调节阀前；在管道低点增设倒淋，防止管内积水堵塞管路。

       汽轮机真空波动大

       汽轮机组在最初运行的几个月内，真空保持平稳，但在2008年下半年经过几次系统停车检修后，真空开始以锯齿状进行波动，波动幅度约8 kPa（即在不到1 min的时间内，真空从-72 kPa下降到-80 kPa），间隔时间约2.5 h。2009年6月进入夏天以后，随着空气温度、循环水温度的升高，真空升高明显，最高为-33 kPa（汽轮机真空报警值为-50 kPa，联锁值为-30 kPa），且波动加剧，波幅达到15 kPa，间隔时间也越来越短（最短约1 h）。到后期为了维持机组安全运行，我们被迫启动抽汽器，维持真空。

       2008年底我们与杭汽多次进行沟通、交流，同时通过现场管道配置发现，一级抽汽器疏水管“U”型弯现场安装高度接近3 m，达不到设计≥3 m的要求，也达不到水封的效果。2009年2月，我们将“U”型弯高度加高到3.7 m后机组再次开车，真空仍然出现波动。

       为了彻底排查真空波动原因，我们统计了汽轮机的排汽温度和真空指示的一些数据。通过对比发现两者不统一，于是我们把问题的疑点放在了排汽温度和真空指示两个方面。首先我们通过红外线测温仪测量机组排汽缸、凝结水温度，其结果与机组排汽温度相符，由此排除了排汽温度的疑点。针对真空的疑点，通过现场观察发现真空就地压力表和控制室显示同样出现波动，且真空就地压力表和控制室显示的引压管为同一条管线，都是从汽轮机本体引出后，经过1个约1.5 m的“U”型弯后进入真空就地压力表和控制室显示的一次表。我们分析认为，该“U”型弯的存在极易造成真空引压管出现凝结水，致使真空显示波动，甚至出现与实际不符的可能。    通过查阅资料发现，真空引压管在安装时没有配管设计图。在机组运行时，为了确认是否是这种“U”型弯造成真空波动，我们在解除机组真空联锁的条件下，拆开就地压力表，通过迅速开启就地压力表阀后关闭，排掉引压管中的冷凝水后，真空迅速回到了波动前的最低点，并且维持了接近1 d的时间。在排掉引压管中的凝结水后的运行中，真空波动很小，也没有那么频繁。

       2009年11月初，我们借机组停车机会，对真空引压管进行了重新布置，去掉了“U”型弯。改造后，机组运行中再也没有出现真空波动的问题，并且随着机组的运行，真空还出现了逐渐下降的趋势。

       汽轮机真空高

       汽轮机投入运行前期，机组真空能够维持在-84 kPa以下，但是进入2009年夏季后，真空整体出现缓慢上升的趋势（已排除真空波动的影响），只能维持在-50～-60 kPa，到后期甚至出现主蒸汽压力一旦低于3.6 MPa机组转速就下降的现象，严重影响机组的安全运行，系统被迫降低负荷维持运行。

       为了排查凝汽器汽侧是否漏气，我们用透明胶将汽侧所有的法兰口封死，并对排汽安全阀进行补水液封，但是效果不明显。2009年2月，在杭汽人员的指导下，我们对凝汽器汽侧作气密性试验，未发现漏点。入夏后，机组真空仍然缓慢上升。2009年11月，我们再次对凝汽器作气密性试验，仍然未发现漏点。由此排除了凝汽器汽侧漏气对真空高的影响。

       汽轮机配套水系统为新上装置，在系统投运初期，出现过凝汽器水侧堵塞的情况，同时从凝汽器上回水温差小（＜4.8 ℃）、端差大（33.4 ℃）的情况来看，不排除凝汽器水侧管道堵塞、结垢的可能。2009年11月我们对凝汽器水侧进行了拆检，发现水侧封头出现部分杂物以及管束少量堵塞。对管束及封头进行了彻底清理，机组开车后，凝汽器上回水温差（10 ℃）、端差（21 ℃）都达到了设计要求，真空也达到了-85 kPa以下，并出现逐步下降的趋势。

       凝汽器使用的循环水设计温度≤32 ℃，但在2009年夏季循环水温度最高为36 ℃，并且在真空明显恶化的几天内，循环水温度持续高于设计值。为了维持机组运行，我们降低循环水温度，增大循环水排污量和一次水补水量。循环水温度降低以后，真空明显上升缓慢。特别是夏季结束后，循环水温低于设计值，汽轮机真空恶化的趋势得到缓解，机组得以维持运行。

       2009年夏季真空高的时候，为了维持机组运行，我们被迫投用主抽汽器、启动抽汽器，但真空只能勉强维持在-50～-60 kPa之间。为此，我们首先怀疑抽汽器主蒸汽压力低，但当主蒸汽提压后，抽汽效果并没有得到改观。2009年11月，我们对抽汽器喷嘴、过滤器进行全面拆检，发现5个喷嘴和过滤器都有不同程度的结垢和堵塞，有的甚至已经堵塞住半个喷嘴孔。对抽汽器喷嘴、过滤器进行清理后，机组再次开车，真空很快达到了开车要求，并出现逐步下降的趋势。

       汽轮机主蒸汽流道结垢堵塞

       2009年7月下旬，汽轮机出现机组转速持续低于5547 r/min额定转速，系统负荷加不上来的现象，真空虽然有些波动，但还能维持在-50～-60 kPa之间。到了10月份，随着外界温度的降低，真空逐渐好转的时候（维持在-70～-80 kPa之间），蒸汽量还是吃不进来。通过对比调节汽阀开度和二次油压显示，实际主蒸汽进汽量远低于设计值，最明显的是调节汽阀全开，蒸汽流量只能维持约115 t/h，远低于设计值（135.9 t/h）和运行初期的蒸汽量。此时只能够通过提高主蒸汽压力或者降低系统负荷来维持机组运行。

       我们首先排查了调节汽阀未全开的可能性，通过现场二次油压以及调节汽阀指针的显示，对比控制室调节汽阀开度显示，确定三者能够统一，从而排除了调节汽阀未全开的可能性。

       对比分析了这1年来汽轮机轮室压力的记录数据，发现汽轮机轮室压力由试车初期的1.6 MPa上升到机组正常负荷时的2.2 MPa，甚至3.5 MPa，远高于设计值（2.78 MPa），并且随着进入机组蒸汽量的减少，汽轮机轮室压力有逐步上升的趋势。由此可见，主蒸汽流道已经出现结垢现象。

       通过对汽轮机凝结水取样分析发现，SiO2含量约38.6 μg/L，远高于国家标准（≤20 μg/L）。对比分析锅炉蒸汽SiO2含量，发现凝结水中SiO2含量远低于蒸汽SiO2含量，这表明有硅酸盐析出现象。因此可以判定，汽轮机主蒸汽流道已经出现结垢。

       2009年11月，在杭汽厂家的指导下，我们对28000 m3/h空分汽轮机进行了检修，在拆开上机壳，吊出转子后，发现机组内缸结垢严重，不仅转子动叶片出现局部结垢，上、下机壳的静叶片也出现结垢。      汽轮机拆检后，我们对机组结垢部分进行了彻底清理，确保蒸汽流道的畅通。同时要求总厂改善锅炉除硅水品质，使锅炉给水满足蒸汽中SiO2含量≤20 μg/L要求。机组开车后，在正常进汽参数下，调节阀开度在60%就能达到115 t/h的进汽量，甚至蒸汽压力只有2.86 MPa时，调节汽阀未全开就能满足机组运行要求。

       28000 m3/h空分装置配套汽轮机经过1年多的运行，机组虽然出现过以上一系列问题，但通过相应的整改，机组现在整体运行良好，各项参数符合指标。