郭涛，谢群力
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封475002）
［摘 要］ 河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司2×600 kt/a合成氨装置中4台合成气压缩机组汽轮机（抽凝式）开车初期，其中抽系统因蒸汽管网压力波动以及仪表控制系统不够完善等，致使机组多次出现跳车事故而未投用，9.8 MPa蒸汽管网去3.8 MPa蒸汽管网之减温减压器开度很大，由此导致高品质蒸汽降级使用；汽轮机在其后近5 a中均处于全凝工况运行，并出现汽轮机轮室压力和三级后压力逐步上涨、汽轮机排汽压力升高、汽轮机末级叶片断裂等问题。结合汽轮机的实际工况对合成气压缩机组汽轮机中抽系统投用的可行性与必要性进行深入分析、研究后，尝试将中抽系统投用，并通过不断地优化将中抽汽量调整至设计工况，经测算可产生良好的经济效益，且为汽轮机的稳定、优质、长周期运行提供了有力的保障。
［关键词］ 合成气压缩机组；抽凝式汽轮机；问题；中抽系统投用；可行性分析；效益测算；优化
［中图分类号］ TK269+.2［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）06-0049-03
目前汽轮机已经在大型合成氨装置中得到广泛应用，大功率压缩机的驱动电机基本上都被汽轮机取代。河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司2×600 kt/a合成氨装置中4台合成气压缩机设计为抽凝式汽轮机拖动，近5 a的运行实践表明，虽然汽轮机运行过程中也出现了一些问题，对生产系统造成了一定影响，但抽凝式汽轮机可调节性强，其在能源综合利用与节能降耗方面的优势还是非常明显的。
1 系统流程及汽轮机概况
1.1 生产系统工艺流程
液氮洗工序来的压力2.9 MPa的净化气，经合成气压缩机低压缸进口分离器后进入合成气压缩机低压缸提压至7.17 MPa，然后经缸间冷却器进入合成气压缩机高压缸提压，之后与来自氨合成系统高压氨分离器压力为14.2 MPa的循环气在循环段混合提压，合成气压力升至15.3 MPa，去氨合成塔进行氨合成反应。
1.2 蒸汽管网流程
全厂一次蒸汽管网压力为9.8 MPa，动力蒸汽管网主要有9.8 MPa和3.8 MPa两个压力等级。正常工况下，3.8 MPa蒸汽管网的蒸汽主要源于发电机组汽轮机的中抽蒸汽、空分压缩机组汽轮机的中抽蒸汽、合成气压缩机组汽轮机的中抽蒸汽；9.8 MPa蒸汽管网去3.8 MPa蒸汽管网的减温减压器开度很小，基本上处于热备状态。
1.3 汽轮机主要性能参数
进汽流量72(设计工况)/77(额定工况) t/h，进汽压力8.83 MPa，进汽温度520 ℃；抽汽流量0～40 t/h，抽汽压力3.83 MPa，抽汽温度427 ℃；排汽压力-0.088 MPa，排汽温度49 ℃；轮室（最大）压力5.63 MPa，三级后（最大）压力1.66 MPa；额定转速11 870 r/min，额定功率11 600 kW。
2 汽轮机运行情况及出现的问题
2.1 汽轮机运行情况
开车初期，4台合成气压缩机组汽轮机能满足氨合成系统的负荷需求，系统产量和消耗基本上达到设计要求，全凝工况下汽轮机的蒸汽耗量约44 t/h（设计工况下蒸汽耗量为42 t/h）。开车初期，合成气压缩机组汽轮机中抽系统尝试投用，但9.8 MPa蒸汽管网波动较为频繁，3.8 MPa蒸汽管网压力不稳定，加上中抽系统之仪表控制系统不够完善，机组多次跳车，当时为了保证生产系统的稳定运行，汽轮机中抽系统被迫退出运行，汽轮机转为全凝工况运行，由此造成9.8 MPa蒸汽管网去3.8 MPa蒸汽管网的减温减压器开度很大，高品质蒸汽降级使用，利用率大大降低。在此后的生产中，由于对抽凝式汽轮机中抽系统相关技术缺乏理论研究和实际经验，基于生产系统运行以稳定为主的指导思想，合成气压缩机组汽轮机中抽系统一直没有投用。
2.2 运行中出现的问题
2.2.1 轮室压力和三级后压力逐步上涨
经过近5 a的全凝工况运行，合成气压缩机组汽轮机轮室压力逐步上涨，汽轮机蒸汽耗量也逐步增加。以其中1台机组为例，其轮室压力从开车初期（2014年2月）的4.3 MPa涨至2017年8月的5.1 MPa，汽轮机蒸汽耗量也相应由44 t/h涨至48 t/h，表明汽轮机通流部分已经有了大面积的结垢，流通面积逐步减小。虽然整个变化过程中合成气压缩机的负荷基本上保持稳定，氨合成系统的产量也能够保持稳定，但汽轮机的蒸汽消耗逐步上涨，机组的整体经济性变差了。
合成气压缩机组汽轮机三级后压力的上涨趋势基本上与其轮室压力上涨趋势相似，也呈现逐年上涨的态势。
2.2.2 汽轮机排汽压力升高
汽轮机排汽压力设计值为-0.088 MPa，运行初期汽轮机排汽压力能够维持在设计值，但随着运行时间的延长，汽轮机排汽压力开始升高，最高涨至-0.08 MPa，表明汽轮机表面冷凝器负荷越来越大，已经满足不了当前的凝汽量。
2.2.3 汽轮机出现断叶片现象
其中1台汽轮机在运行中轴振值突然升高，超过联锁值，机组跳车；在尝试重启的过程中，均因汽轮机轴振值高而未开车成功。拆开汽轮机排汽侧观察孔，发现其末级叶轮有1个叶片断裂，本台汽轮机转入大修。
3 汽轮机中抽系统的投用过程
3.1 中抽系统投用的可行性分析
首先，合成气压缩机组汽轮机中抽系统投用能在很大程度上提高蒸汽减压过程中的利用效率，减少蒸汽系统的能量损失；其次，中抽系统投用后，经过汽轮机后几级叶轮的蒸汽流量将大幅减少，叶轮的负荷和所受的应力会大幅降低，能改善因汽轮机通流部分结垢造成的三级后压力超设计值的不良状况，提高汽轮机运行的安全性，减少末级叶片断裂等事故的发生几率；再者，中抽系统投用后，汽轮机凝汽量随之减少，可减轻表面冷凝器的负荷，在一定程度上会使汽轮机的真空度好转。
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