汽輪機真空差的原因分析和處理

尹 飛，趙貴富

（中海石油天野化工股份有限公司，內蒙古呼和浩特 010070）

汽輪機真空差的原因分析和處理

尹 飛，趙貴富

（中海石油天野化工股份有限公司，內蒙古呼和浩特 010070）

通過對汽輪機真空差的可能原因逐一排查，確認列管結垢是真空上漲的主要原因，采用在線清洗技術清除污垢。

汽輪機；真空；原因分析；處理

中海石油天野化工股份有限公司年產300 kt合成氨，520 kt尿素裝置，共有5臺離心式壓縮機，其中驅動合成氨裝置空壓機、氮壓機、合成氣壓縮機、冰機的4臺汽輪機共用一臺雙流道表面凝汽器，合成塔出口冷卻器EA603、氨冷凝器EA604、合成氣壓縮機回流冷卻器EA651換熱后的回水作為冷卻水的上水，蒸汽從上方進入，冷凝液從下方排出，設備主要參數如表1。

2009年初以來，合成氨裝置汽輪機排汽相對真空由原來的－76 k Pa逐漸上漲，2010年7、8月間一度達－46 k Pa。在高溫季節一定程度上制約了裝置負荷，嚴重影響了裝置的安穩經濟運行。

1 真空上漲原因排查

為了確定真空差的具體原因，本著先易后難的原則做了大量細致的工作，對可能導致真空上漲的各方面因素進行了認真的分析和排查。

表1 表面凝汽器主要參數

1.1 機組負荷增大

隨著機組負荷增大，冷凝蒸汽量也會相應增加，其他如葉輪結垢、缸體導淋內漏也會導致凝汽器熱負荷增加。實際冷凝液流量最大為142t／h，參照幾年前真空好時的運行數據和設計冷凝蒸汽量，可排除負荷因素。

1.2 凝汽器熱井液位高

如果凝汽器熱井液位太高淹沒列管，使換熱面積減少，也會造成真空上漲。為此通過中控和現場液位計對照、敲擊熱井上部進行判斷，確定液位正常。

1.3 中壓過熱蒸汽中漏入合成氣

由于合成廢鍋副產的3．9 MPa蒸汽并入蒸汽管網并用于驅動冰機汽輪機，所以合成氣可能通過廢鍋及工藝蒸汽過熱器EA605漏入過熱蒸汽中。經過做樣分析，未發現二級噴射冷卻器不凝氣排放口有可燃氣，這一因素也可排除。

1.4 真空噴射器系統故障

噴射器系統故障包括噴射器0．98 MPa動力蒸汽壓力、溫度降低，蒸汽濾網堵塞，噴射器噴嘴堵塞、磨損等方面。經過檢查確認，動力蒸汽管網壓力、溫度沒有大的波動，蒸汽濾網、噴嘴也未發現明顯異常，可排除這方面因素。

1.5 冷卻水系統異常

冷卻水系統不正常包括上水溫度升高和列管堵塞、冷卻水閥門未全開、壓力下降導致的冷卻水流量降低等。由于凝汽器使用的是其他換熱器的回水，所以前面換熱器的運行狀況會帶來很大影響。于是對相關換熱器的回水溫度、壓力等進行了檢查，未發現明顯偏離。

1.6 真空系統嚴密性變差

真空系統嚴密性變差空氣漏入量增大是造成汽輪機真空差的常見原因，凡是與真空系統相連的負壓系統如透平低壓側汽封磨損，真空系統各連接法蘭、閥門填料、焊縫不嚴密，以及排汽安全閥、冷凝液泵密封水量不足，閥門內漏等都會造成空氣漏入真空系統。在運行狀態下，真空系統查漏的方法不多、工作量很大，效果也不是很好。只能對一些空間不受限的部位進行檢查，更多的是依靠數據分析。

由于不可避免會有空氣進入凝汽器，凝汽器的絕壓就不能按照蒸汽的飽和壓力與溫度的關系來和凝結蒸汽的溫度相對應。凝汽器內的壓力是蒸汽、空氣混合物的壓力。蒸汽凝結開始時，空氣量占總排汽量的比例很小，蒸汽的分壓也很小，凝汽器的壓力幾乎等于蒸汽的分壓；沿程向下流動過程中，由于蒸汽凝結，其分壓逐漸降低，空氣濃縮，空氣分壓逐漸增大，在凝結的最后階段，由于絕大多數蒸汽的凝結，空氣的分壓就會占混合物總壓的主要部分，其位置在熱井液面上部到空氣抽出口附近。根據亨利定律，如果大量空氣漏入，冷凝液中的氧含量也就會相應升高。因此可以通過冷凝液中的氧含量來判斷是否有大量空氣漏入或噴射器抽氣能力是否下降（美國熱交換學會標準規定透平冷凝液中氧含量小于42μg／L為合格，小于14μg／L為良好，小于7 μg／L為優等）。實際分析凝結水中氧含量為11 μg／L，由于已排除噴射器系統故障，所以表明沒有大量空氣漏入真空系統。

另外從過冷度來看，設計值為2．5℃。如果空氣漏入量增大，空氣分壓力的升高會使蒸汽的分壓力下降，蒸汽仍在自己的分壓力下凝結，凝結水溫度低于排汽壓力下對應的飽和溫度，引起凝結水過冷卻，因而過冷度會增大，出現過冷現象。而實際過冷度明顯減小，僅為0．4℃，同樣表明空氣漏入量增大導致真空差的因素可以排除。

2 原因確認

排除上述因素后，問題集中在了列管結垢，使傳熱系數降低上。為此以實測數據為基礎（如表2）進行了一些計算分析。

表2 2010年7月29日實測數據

2.1 傳熱量

忽略熱量損失，傳熱量就是冷卻水每小時帶走的熱量。冷卻水系統檢查無明顯異常，冷卻水流量也不會有很大變化，即保持正常值。

式中，Q——傳熱量，kJ／h或W；

c——比熱容，水為4．2 kJ／（kg·℃）；

m——冷卻水的質量流量，kg／h；

△t——溫度變化，℃。

可計算出正常和實際情況下的傳熱量

雖然在文獻閱讀中學生是主體，但是從內容的選擇、分組的方式到具體的要求，成績的評判都離不開教師的組織。在整個過程中，教師必須首先了解學生的基本情況，熟悉所有的論文。要選好閱讀的文獻，解答學生的疑惑，指導學生撰寫讀書筆記、制作匯報的幻燈片。這不僅要求教師有極大的熱情，精心設計，全程參與，還需要教師知識廣博，專業基礎扎實，實踐經驗豐富，具備良好的組織能力。

2.2 總傳熱系數計算

根據凝汽器的傳熱計算公式Q＝KA△tm

式中，K——總傳熱系數，W／（m2·℃）；

A——傳熱面積，m2；

△tm——傳熱平均溫差，℃。忽略管口被雜質堵塞造成換熱面積減小因素，傳熱面積A是確定的。在凝汽器中，蒸汽沿冷卻表面的凝結過程溫度幾乎不變，水側溫度則沿流動方向變化，傳熱溫差也隨流體流動的位置發生變化。由于符合條件，故可采用算術平均溫差來計算：

式中，△tm——傳熱平均溫差，℃；

△t″——熱流體與冷流體出口溫差，℃。

正常時△t′正常＝50．5－33＝17．5℃；

△t″正常＝50．5－40＝10．5℃

實際△t′實際＝76．8－34＝42．8℃

△t″實際＝76．8－42＝34．8℃

可計算出正常和實際傳熱平均溫差分別為：

確定了傳熱面積和傳熱平均溫差，就可計算出正常和實際情況下的總傳熱系數：

計算結果表明，實際傳熱系數僅為正常傳熱系數的41．2%。

傳熱系數是傳熱總熱阻的倒數，傳熱總熱阻包括管內放熱熱阻、管內污垢熱阻、管壁熱阻、管外污垢熱阻和管外放熱熱阻5項。其中管內放熱熱阻取決于循環水的流動狀況，管壁熱阻取決于壁厚和材質，前者變化不大，后者則是確定的；變化的只有管內污垢熱阻、管外污垢熱阻和管外放熱熱阻三項。管外放熱熱阻包括液膜熱阻和氣膜熱阻，液膜熱阻基本是固定的，最終變化的只有管內污垢熱阻、管外污垢熱阻、氣膜熱阻。排除了大量空氣漏入因素，氣膜熱阻也就不會有很大變化。一般蒸汽側即使結垢也不會很嚴重，那么真空差的原因就可以確定是列管冷卻水側結垢。

3 處理措施

找到了相對真空上漲的具體原因，接下來就是如何處理的問題。由于真空已相當不好，即使在最低負荷下也不具備半邊清洗管束的條件；停車處理更會帶來很大的經濟損失，于是決定進行在線化學清洗。清洗方法是用清洗泵從冷卻水上水導淋注入清洗劑，然后隨回水進入大循環水系統，添加的清洗劑包括對冷卻水系統表面菌藻粘附物、粘泥沉積物等進行表面剝離的剝離劑，使垢層逐步分散、溶解的分散螯合劑和緩蝕劑。

各項準備工作完成后，于2010年9月18日正式開始清洗，歷時6個工作日結束。清洗取得了良好的效果，相對真空由清洗前的－49 k Pa下降到－70 k Pa，安全、成功解決了真空差這一長時間困擾生產的問題，在積累了寶貴經驗、消除很大經濟損失的同時，也為設備穩定運行提供了安全保障。

Cause Analysis and Treatment of Poor Turbine Vacuum

Y
IN Fei,ZHAO Gui-fu
（Inner Mongolia Tianye Chemical Co．of China Blue Chemical Co．，Ltd．，Hohhot Inner Mongolia 010070，China）

After investigating the possible causes of the poor turbine vacuum one by one，confirm tube fouling is the main reason causing the vacuum degree up，and take the online cleaning technology to remove the dirt．

turbine；vacuum；cause analysis；treatment

TK267

B

1003-6490（2014）01-0024-03

2013-07-11

尹 飛（1973－），男，內蒙古呼和浩特人，工程師。