郭涛,谢群力,黄建国,张帅
(河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司,河南 开封475000)
[摘 要] 河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司百万吨总氨项目氨合成工段4台合成气压缩机与4台氨冰机均由汽轮机驱动。针对2017年7月短短2周内上述8台汽轮机轮室压力大幅上涨等异常状况,经研究分析,查找出汽轮机转子短时间内结垢加剧的原因。通过查阅大量相关资料及探讨与比对,决定采用经济、可靠的饱和蒸汽清洗法进行清洗,并在清洗过程中对方案进行调整、创新,最终获得了良好的清洗效果。
[关键词] 汽轮机;轮室压力;转子结垢;饱和蒸汽;Na+;SiO2;原因分析;清洗
[中图分类号] TK268+.2[文献标志码] B[文章编号] 1004-9932(2018)05-0055-03
1 概 述
河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司百万吨总氨项目,其氨合成工段有4台合成气压缩机,任务是对净化工段送来的合成气进行加压;另有4台氨冰机,任务是为空分、净化、氨合成工段提供冷量,这8台压缩机均由汽轮机驱动。2012年年底这8台压缩机相继试车成功并投运。2017年7月,氨合成工段这8台机组的汽轮机轮室压力出现异常波动,短时间内上涨速度大大超过设计值,并且在机组加负荷过程中出现汽轮机调节汽阀全开、机组转速达不到额定转速、出力率大幅下降的现象,合成氨系统不得不减负荷运行,整个生产陷入被动局面。
2 汽轮机的主要技术参数
根据压缩机组的不同,配套的汽轮机一共有以下3类。
(1)配套氨冰机的NK40/56型汽轮机。数量2台,额定进汽压力(3.5±0.1) MPa,额定转速6 630 r/min,额定功率12 081 kW。
(2)配套氨冰机的NK40/45/20型汽轮机。数量2台,额定进汽压力(3.5±0.1) MPa,额定转速9 350 r/min,额定功率8 619 kW。
(3)配套合成气压缩机的5EH-7BD型汽轮机。数量4台,额定进汽压力8.83 MPa,额定转速11 870 r/min,额定功率10 361 kW。
3 汽轮机轮室压力上涨问题的出现
2017年7月,在短短的2周时间内,8台汽轮机均出现了轮室压力大幅上涨的趋势,其中最严重的是4台氨冰机的配套汽轮机,其轮室压力从正常运行时的2.5 MPa左右快速上涨到3.5 MPa,基本接近于主蒸汽压力;同时,4台合成气压缩机配套汽轮机轮室压力也从4.7 MPa左右上涨到5.5 MPa,接近设计允许最高压力5.63 MPa。为满足压缩机的动力需求,我们开始不断地开大调节汽阀,增加汽轮机的进汽量,但此时调节级叶轮产生的动力已经大幅下降,当调节汽阀开度达到100%、汽轮机的转速达不到额定转速时,汽轮机没有了调节余地,不能满足压缩机的动力需求,系统不得不减负荷运行,当时合成氨系统3台气化炉制气,合成氨产量从128 t/h逐步减少到123 t/h,处于极不经济的运行状态,生产陷入较为被动的局面;同时,空分工段、稀硝酸工段的汽轮机也出现了同样的问题。
4 原因分析与排查
4.1 原因分析
蒸汽经主汽阀和调节阀进入汽轮机的喷嘴后,由于喷嘴的特殊结构,气体发生膨胀,蒸汽温度和压力降低,流速增大,喷嘴喷出的高速蒸汽冲击动叶片,动叶片带着叶轮旋转,将蒸汽的热能转换成叶轮旋转的机械能,叶轮带动轴旋转而对外做功。
进入汽轮机的蒸汽中或多或少会携带一些杂质,如SiO2及Na+等金属离子,这些杂质在随蒸汽流动过程中粘附、沉积在叶片表面而形成积垢,垢层使叶片表面粗糙、型线改变,蒸汽流道变窄,汽轮机出力也因流量减小、效率降低而下降,且叶片积垢使轴向推力增大。积垢不仅使叶片的弯曲应力和离心应力增大,而且容易引起腐蚀,缩短叶片寿命;同时,积垢还会引起速关阀、调节阀阀杆卡涩。大量的机组运行经验显示,通流部分积垢不仅影响机组的经济性,而且危及机组的安全性和可靠性。正因为如此,生产中应高度重视汽轮机进汽品质的控制。
2017年7月多台汽轮机同时出现轮室压力快速上涨的问题,排除仪表显示方面的问题,基本上可确定是汽轮机转子及通流部分结垢加剧所致。但据汽轮机转子结垢的成因,正常情况下其结垢应该是一个缓慢的过程,故此次出现的快速结垢应该是蒸汽品质发生了较大波动。
4.2 原因排查
更多内容详见《中氮肥》2018年第5期