乙烯裂解氣壓縮機透平輸出功率下降原因及處理

黃志富

（福建聯合石油化工有限公司，福建泉州 362000）

某石化公司乙烯裝置原設計能力80萬噸/年，主要生產單元采用美國魯姆斯公司的專利技術，裂解單元采用SL型裂解爐工藝；分離單元采用深冷順序流程。該裝置2009年8月23日正式投產，2013年11月乙烯裝置進行了脫瓶頸擴能改造，新增一臺15萬噸/年的CBL—VII型9#輕油爐、一臺15萬噸/年乙烯CBL—VII型10#輕油爐，并將原乙烷爐擴能改造為CBL-R型爐，擴能至13萬噸/年，裝置能力改造至110萬噸/年。2018年11至12月進行了第二次停工大檢修。

1 問題描述

乙烯裝置裂解氣壓縮機K20201分三缸五段，為78MD2-2＋78M4I＋56M8I型，其中一段為低壓缸，二、三段為中壓缸，四、五段為高壓缸，蒸汽透平為抽汽冷凝式，驅動蒸汽為超高壓蒸汽，抽汽為高壓蒸汽。

2018年12月大檢修開工后裂解氣壓縮機K20201整體運行平穩，2019-5-20至2020-1-30期間維持高負荷運行，K20201透平進汽平均流量在455.8 t/h，透平輸出功率平均在44 000 kW以上。

2020年2月、3月受新冠疫情及下游裝置開工情況不佳影響，乙烯裝置維持低負荷運行；4月3日重新恢復8＋1運行后，發現在K20201透平進汽閥和抽汽閥同樣全開的情況下，K20201透平進汽VHS總量只有431.8 t/h，透平輸出功率降至41 089 kW，并呈持續下降的趨勢；至2020年6月19日，K20201透平進汽VHS總量降至406.67 t/h，透平輸出功率降至最低值36 173 kW。此期間K20201透平輸出功率與透平進汽量、裝置總負荷變化趨勢圖見下圖1。

圖1 K20201透平輸出功率與透平進汽量、裝置總負荷變化趨勢

2 原因分析

根據裂解氣壓縮機K20201的運行情況，通過對比透平進汽流量與透平輸出功率的變化趨勢，可看出K20201透平輸出功率下降的直接原因是透平驅動蒸汽流量的下降引起。

2.1 K20201透平進汽流量下降原因分析

2020-4-3恢復高負荷運行后，發現裂解氣壓縮機透平進汽流量明顯下降。而工藝流程上，乙烯裝置界區超高壓蒸汽閥門、各運行臺超高壓蒸汽并網閥、裂解氣壓縮機透平進汽截止閥均為全開狀態。對乙烯裝置1#～10#裂解爐汽包、公用工程1#輔鍋的汽包內壁外觀、除沫網外觀進行了檢查，未見異常；檢查了裂解氣壓縮機K20201透平抽真空系統及抽汽系統，未見異常。

機械方面，核對K20201透平TTV閥室內信號顯示正常，現場TTV閥刻度在全開位置；對裂解氣壓縮機透平TTV閥進行小行程測試，動作正常，無卡澀；對K20201抽汽閥進行不同行程測試，蒸汽可調，檢查無異常；對K20201透平進汽主調節閥進行了80%～100%的實測，測量結果與2018年大修時一致。6月9日，在K20201透平TTV閥后加裝壓力表，判斷前后無壓差。

由于透平結垢會導致透平流通面積減少[1]，透平進汽流量下降，致透平輸出功率下降。排除工藝及機械方面的原因，結合圖2所示2018年大檢修K20201透平結垢情況，判斷造成K20201透平進汽總量持續下降原因是透平結垢[2]。

圖2 2018年大修前K20201透平結垢情況

2.2 透平結垢原因分析

（1）超高壓蒸汽品質差。乙烯裝置壓縮機組透平蒸汽為超高壓蒸汽，來源有三處，分別為乙烯裂解爐汽包自產蒸汽、公用IGCC過熱爐產汽以及1#、2#輔助鍋爐產汽。產汽用超高壓鍋爐給水來自超高壓除氧器，除氧器用除氧蒸汽為低壓蒸汽。

以上三路超高壓蒸汽合格率低，主要原因是超高壓鍋爐給水合格率低。一方面超高壓鍋爐給水用于裂解爐汽包產汽、公用IGCC過熱爐產汽以及1#、2#輔助鍋爐產汽，直接影響超高壓蒸汽的品質；另一方面，裂解爐汽包飽和蒸汽過熱用的減溫水為超高壓鍋爐給水，也影響超高壓蒸汽的品質。其它原因包括IGCC廢鍋液位控制偏高、乙烯裂解爐汽包排污率偏低、輔助鍋爐汽包排污率過低、加注磷酸鹽調節PH值滯后、超高壓除氧器用的除氧蒸汽不合格。超高壓蒸汽流程如圖3所示。

圖3 超高壓蒸汽流程

（2）蒸汽凝結水品質差[3、4]。該石化為煉化一體化，全廠工藝凝結水經表面過濾器、精密過濾器、活性炭過濾器處理后與透平凝結水混合后進入凝結水混床后，進入精制凝結水罐；部分補入新鮮水經高效過濾器、陽離子交換器、陰離子交換器、混床處理后進入二級除鹽水罐。精制凝結水和二級除鹽水一并送至超高壓除氧器以生產超高壓鍋爐給水。

2020年6月以前，對全廠凝結水品質缺乏監控，凝結水中油、鈉離子、二氧化硅長期超標，導致混床的離子交換樹脂中毒失效[1]，造成凝結水混床的運行周期縮短；當發現凝結水混床樹脂失效時，部分超標的凝結水已經進入二級除鹽水而進入超高壓除氧器，影響超高壓鍋爐給水品質。

另外，超高壓鍋爐給水除氧器的除氧蒸汽由兩部分組成，一是IGCC內部自產蒸汽（約100 t/h），另一部分是來自煉油一裝置汽包產的0.45 MPa蒸汽（約50 t/h）。煉一裝置汽包產汽缺乏日常監控，且汽包排污為手動控制、無固定頻率。煉一裝置汽包產LS品質較差是造成超高壓鍋爐給水品質的另一個主要原因。除鹽水流程如圖4。

圖4 除鹽水流程

（3）部分改造過的裂解爐汽包氣液分離變差。2013年至2018年期間，為了適應原料輕質化，對1～8#爐進行了適度改造，產汽量增加約40%，而汽包沒有進行改造。蒸發量大幅提升后可能會導致飽和蒸汽中機械攜帶量增加，造成裂解爐汽包產超高壓蒸汽品質差。

3 提升措施

3.1 監控超高壓蒸汽品質

3.1.1 監控超高壓鍋爐給水

2020年5月起，首先通過每日化驗分析超高壓鍋爐給水的PH值、二氧化硅含量、鈉含量，控制二氧化硅小于15 μg/L、鈉離子小于10 μg/L，發現不合格及時調整。其次每周三次化驗分析各裝置工藝凝結水的鈉離子、二氧化硅含量，控制二氧化硅小于100 μg/L、鈉離子小于100 μg/L，發現不合格及時處理，從源頭上保證除鹽水合格。最后每周三次化驗分析煉油一裝置汽包產的0.45 MPa蒸汽的鈉離子、二氧化硅含量，控制二氧化硅小于20 μg/L、鈉離子小于15 μg/L，發現不合格及時調整汽包排污直至合格為止，如發現換熱器泄漏則將換熱器切出檢修。

3.1.2 超高壓蒸汽品質

通過在線監控乙烯裝置裂解爐汽包排污水的PH值和電導率，控制PH在9.0～9.5、電導率小于30 μs/cm，每周三次化驗分析裂解爐汽包排污水二氧化硅，控制指標小于1 500 μg/L。如發現PH值不合格，則及時調整磷酸鹽的注入，如電導率、二氧化硅不合格，則加大裂解爐汽包排污，直至調整合格為止。

每天化驗分析公用工程輔助鍋爐及POX過熱爐蒸汽鈉離子、二氧化硅含量，控制二氧化硅小于15 μg/L、鈉離子小于5 μg/L，如發現超標則及時加大輔助鍋爐及POX過熱爐的排污、降低過熱爐液位，直至調整合格為止。

3.1.3 乙烯裝置三機復水

通過在線監控乙烯裝置三機復水的電導率，監控在線電導率小于10 μs/cm。每天化驗分析三機復水的鈉離子、二氧化硅含量，控制二氧化硅小于15 μg/L、鈉離子小于5 μg/L。如發現超標及時排查超高壓蒸汽品質，并作相應調整。

3.2 透平在線藥劑清洗

3.2.1 在線清洗劑性能

透平在線清洗保養劑UOCP-1696由耐高溫表面活性劑、滲透劑及剝離劑復配而成。特點是成膜性好、滲透性高，通過附著、滲透、剝離、緩蝕，能清除鍋爐、蒸汽管網及汽輪機葉片積鹽，同時對整個水汽系統進行防腐蝕保護。UOCP-1696性能指標如表1所示。

表1 UOCP-1696性能指標

3.2.2 在線清洗流程

根據藥劑UOCP-1696特性，在加注前需要調配一定比例的除鹽水進行稀釋，再注入到超高壓鍋爐給水中。在清洗過程中分為三個階段，第一階段的加藥位置在乙烯裝置界區超高壓鍋爐給水總閥閥后；第二階段清洗劑注入到乙烯裝置1#裂解爐減溫水調節閥后，跟隨減溫水直接注入超高壓蒸汽總管；第三階段，同時注入1#、2#裂解爐減溫水調節閥后，跟隨減溫水直接注入超高壓蒸汽總管。透平在線清洗流程如圖5所示。

圖5 透平在線清洗流程

4 處理效果

2020年5月20日至11月30日裂解氣壓縮機裂解氣壓縮機K20201透平輸出功率、透平進汽SS總量、乙烯裝置負荷變化趨勢如圖6。

圖6 透平在線清洗前后K20201透平輸出功率變化趨勢

4.1 蒸汽品質提升效果

汽輪機清洗保養劑注入前裂解氣壓縮機K20201透平輸出功率下降速率較快，5月20日至6月19日累計下降3 217 kW，下降速率為103.78 kW/天，至6月19日降至最低36 173 kW。5月9日開始，公司對蒸汽及凝液系統進行了全面排查，將不合格蒸汽和凝液及時切出處理，大幅提升了水汽品質，6月19日遏制住了裂解氣壓縮機K20201透平功率下降的趨勢，且K20201透平進汽及透平輸出功率略有回升。

通過對蒸汽系統的調整，提升了超高壓蒸汽品質。2020年6月20日后K20201透平輸出功率開始緩慢上升；至7月7日上升至37 687 kW，K20201透平進汽VHS總量升至420.5 t/h。

4.2 透平在線清洗效果

2020年7月8日開始透平在線藥劑清洗，至11月30日結束，加藥過程分為平緩過度期、快速上升期、緩慢上升期三個階段。

平緩過渡期：7月8日至7月21日，裂解氣壓縮機K20201透平功率37 625 kW下降至37 412 kW，上升速率為-0.68 kW/h。透平功率變化不明顯的原因是加藥位置在乙烯裝置超高壓鍋爐給水界區總閥閥后，跟隨超高壓鍋爐給水進入10臺裂解爐的汽包，通過汽包產汽攜帶進入超高壓蒸汽總管，經過分配，分別進入10臺裂解爐的汽包，每臺汽包均有5%～6%的排污量，考慮到汽包本身內部也存在垢物，部分清洗劑會作用在汽包的垢物上，減少了進入透平的藥劑量。

快速上升期：7月28日至9月28日，透平功率從37 413 kW逐漸上漲至40 522 kW，上升速率2.09 kW/h。7月28日，加藥點移至1#裂解爐減溫水調節閥后注入，跟隨減溫水直接注入超高壓蒸汽管網，經分配會分別進入裂解氣壓縮機K20201透平和丙烯制冷壓縮機K50501透平。相比上一階段，清洗透平的有效藥劑量在明顯升高。同時在和藥劑廠家研究調整藥劑配方后，逐步提高藥劑中滲透劑的比例，加強對垢物的剝離作用。自8月份開始，裂解爐爐水品質控制合格率保持95%以上，化水凝水合格率提升至89.7%，輔鍋蒸汽合格率提升至83.3%，水汽品質的提升為透平在線清洗創造有利條件，因此裂解氣壓縮機K20201透平輸出功率在這個階段上升比較明顯。

緩慢上升期：9月29日至11月30日，透平功率從40 567 kW上漲至41 189 kW，上升速率為0.42 kW/h。裂解氣壓縮機K20201透平輸出功率上升速率趨緩。清洗劑UOCP1696的清洗機理分為四步：附著→滲透→剝離→緩蝕。據判斷，上一階段中對前幾級葉輪的清洗作用比較明顯，垢層相對較松散容易被滲透剝離，而后幾級葉輪葉片上的垢層堅硬不易被滲透，導致在線清洗后期難度較大，透平輸出功率上升緩慢。透平在線清洗前后K20201透平輸出功率變化趨勢如圖6。

三個階段清洗藥劑消耗總量21.7 t，裂解氣壓縮機K20201透平功率由37 625 kW上漲至41 189 kW，合計上升3 564 kW。

5 結論

（1）導致乙烯裝置裂解氣壓縮機透平輸出功率下降的主要原因是透平結垢，而透平結垢的主要原因是透平驅動超高壓蒸汽品質差。

（2）通過加大對水汽品質的管控力度，調整裂解爐汽包的液位及排污可提高產汽品質，提高凝結水、超高壓鍋爐給水、超高壓蒸汽的品質，從蒸汽源頭上進行了管控，有利于壓縮機透平的平穩運行。

（3）此次大機組透平實施在線藥劑清洗為國內同行業首次，經過不斷摸索，通過不斷優化在線清洗流程和改進清洗藥劑配方，從7月8日至11月30日，累計清洗145天，裂解氣壓縮機透平輸出功率得以恢復，證實了透平在線藥劑清洗的可行性和有效性。