煙氣輪機煙氣密封系統(tǒng)失效分析及處理

安潤平

（陜西延長石油（集團）有限責(zé)任公司延安煉油廠，陜西延安 727406）

0 引言

煙氣輪機主風(fēng)機組主要由煙氣輪機、軸流風(fēng)機和電機3 種機組構(gòu)成。在石油化工企業(yè)中，流化催化裝置的能源消耗程度大約占據(jù)總能耗的45%，煙氣輪機能夠回收再生煙氣中約為20%的熱能。根據(jù)初步統(tǒng)計，大部分石化企業(yè)已經(jīng)建立煙氣輪機動力回收系統(tǒng)，同時正在運行的煙氣輪機在節(jié)能減排方面帶來巨大效果，并且產(chǎn)生豐厚的經(jīng)濟收入。當煙氣密封系統(tǒng)出現(xiàn)故障時需要全面分析具體情況，在得出相應(yīng)結(jié)論的同時完善并改進具體方案，最終為煙氣輪機安全運行打下良好基礎(chǔ)。

1 煙氣密封系統(tǒng)簡述

煙機氣封系統(tǒng)重點采用3 道蜂窩密封方式。在軸高速運行過程中，軸的旋轉(zhuǎn)帶動飽和蒸汽以螺旋方式向前推進。當飽和蒸汽經(jīng)過蜂窩帶時，蜂窩帶擁有的無數(shù)六角網(wǎng)格將整團蒸汽充分分解，氣流被分解之后在六角網(wǎng)格含有的狹小空間內(nèi)形成各不相同的旋轉(zhuǎn)，而這些旋轉(zhuǎn)的實際強度會以螺旋汽流的實際強度為主。通過六角網(wǎng)格的有效隔絕，在軸與蜂窩帶之間產(chǎn)生無數(shù)道密閉的汽簾，汽簾的實際作用為能夠全面防止介質(zhì)流向外側(cè)，在顯著提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定程度以及降低內(nèi)部氣體溢出程度的基礎(chǔ)上，進而充分達到高效密封的實際效果。

除此之外，在密封效果方面為了以防萬一，通常會采用輔助密封方式。輔助密封一般應(yīng)用平滑性梳齒密封方法，可概括為在密封空腔引進凈化風(fēng)，進一步隔絕蒸汽和油系統(tǒng)，最后將凈化風(fēng)與被隔絕泄漏的蒸汽統(tǒng)一借助排凝管線釋放到大氣層中[1]。

2 煙氣密封系統(tǒng)失效的主要原因

2.1 機組在維護過程中未及時進行蒸汽排凝

機器在生產(chǎn)運行過程中會產(chǎn)生大量水蒸汽，當水蒸汽與其他氣體混合時會造成生產(chǎn)質(zhì)量降低。由于生產(chǎn)過程中很容易受到公用工程系統(tǒng)和自產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)波動的影響，因此在機器生產(chǎn)工作期間應(yīng)該使得密封蒸汽管線低點始終處于適當開啟的狀態(tài)，采用此類做法的主要目的在于確保產(chǎn)生的蒸汽不會含有其余的雜質(zhì)液體。如果機組在日常檢查維護機器的時候沒有對此項工作內(nèi)容產(chǎn)生足夠的重視，就會使得蒸汽系統(tǒng)發(fā)生波動的頻率增加，在波動過程中系統(tǒng)的低點位置無法及時將冷凝的水珠有效進行排出，導(dǎo)致在氣封位置堆積大量冷凝積液，加劇密封帶積灰現(xiàn)象，最后產(chǎn)生嚴重堵塞狀況。

2.2 主電機失電

在機組正常運行過程中，主電機經(jīng)常由于內(nèi)部故障原因而產(chǎn)生失電現(xiàn)象。在整個過程中，機組依然處于用電狀態(tài)，軸流風(fēng)機的實際功率是煙氣輪機和主電機功率的總量，并且整個機組的轉(zhuǎn)速、煙氣輪機和軸流風(fēng)機的振動頻率、位移狀況以及實際溫度都保持在未失電時的狀態(tài)，相關(guān)數(shù)據(jù)都顯示為正常。因為電機的實際作用為有效掌控整個機組的實際轉(zhuǎn)速，所以在電機突然出現(xiàn)失電的情況下，如果不能夠在第一時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并妥善處理，很容易發(fā)生嚴重事故。機組完全停機需滿足的3 個重要條件為煙氣輪機的實際轉(zhuǎn)速≤5700 r/min、軸流風(fēng)機靜葉角度>22°以及電機出現(xiàn)跳閘情況。在主電機失電后，軸流風(fēng)機靜葉角度以及電機跳閘條件已充分滿足，但是為了最大限度防止機組緊急停止運行對再生反應(yīng)造成影響，合理的措施為設(shè)計相應(yīng)聯(lián)鎖，同時啟用備用主電機并將備用機器切換入網(wǎng)[2]。

2.3 密封蒸汽使用不合理

機器密封過程中采用蒸汽的主要來源是由系統(tǒng)蒸汽管網(wǎng)產(chǎn)生，在差壓控制閥的作用下，將蒸汽注入到氣封體內(nèi)部的蒸汽密封部分。蒸汽密封部分的重要構(gòu)成部分為蜂窩密封帶和氣封體，當氣流流經(jīng)蒸汽密封段時，蜂窩密封帶會將氣流整體分割成大小不一的漩渦，渦流的形成會對后續(xù)氣流經(jīng)過產(chǎn)生一定阻礙程度，從而達到有效密封氣流的實際效果。

此類使用方法在一定程度上會產(chǎn)生嚴重弊端，在煙氣進入到密封部分過程中，可能會吸收蜂窩孔內(nèi)部大量熱能，使得溫度降低。此時如果在蜂窩孔處正好堆積許多密封蒸汽，在溫度降低的過程中就會使得蒸汽凝結(jié)成水滴，水滴在充分融合煙氣時，在長時間堆積的條件下產(chǎn)生大量灰塵，最終將密封孔完全堵塞。

2.4 煙氣中含有大量粉塵

在機器運行過程中，在煙氣方面的具體要求為粉塵濃度不能大于140 mg/Nm3，顆粒的實際濃度不能高于2%，如果調(diào)整的頻率過大，代表煙氣濃度嚴重超標。密封蒸汽壓力的實際控制部分為煙機動葉后部分排氣壓力和密封蒸汽壓差，為了使密封蒸汽全部進入煙氣流道，應(yīng)該確保密封體內(nèi)部的蒸汽壓力大于動葉之后的煙氣壓力，進而全面避免煙氣外泄的現(xiàn)象發(fā)生。在壓力控制方面的差值通常都會在0.025 MPa 附近，需要注意的事項為煙氣中要避免出現(xiàn)催化劑粉塵，如果粉塵濃度過高，會使得密封效果明顯降低。

2.5 煙機管道入口熱膨脹

在煙氣輪機開啟之后，首先需要進行的工作為檢查煙氣輪機的運行狀況。在檢查過程中如果發(fā)現(xiàn)管道與平臺板產(chǎn)生接觸情況，需要在第一時間移動平臺板使得管道始終保持在自由放置狀態(tài)，當處理完畢后重新開啟機器。在機器運行過程中，煙機入口的管道膨脹和收縮程度以及其自由狀態(tài)都會在開機過程中對整個機體產(chǎn)生一定作用力，進而導(dǎo)致在開機時發(fā)生較大振動現(xiàn)象。

為了充分保證煙機正常運行，可以以鋼結(jié)構(gòu)為基準安放標尺，然后在開機、關(guān)機和預(yù)熱時分別測量并記錄其實際生成數(shù)據(jù)，同時在匯總所有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上觀察變化形勢。所以在機器開機之前，最好可以查找曾經(jīng)的設(shè)計圖紙，通過充分對比管道的刻度值，使得煙氣輪機和入口處始終保持自由連接狀態(tài)，最終確保機組能夠正常運行[3]。

3 煙氣輪機密封系統(tǒng)泄漏情況

根據(jù)對曾經(jīng)煙機密封系統(tǒng)泄漏情況的基本調(diào)查，比較典型的案例為某處全新建立的催化裝置在2014 年建成，同年投入生產(chǎn)使用，在整個運行過程中密封系統(tǒng)正常運行，未發(fā)生任何泄漏狀況。在良好運行一年之后，突然發(fā)生煙氣泄漏的情況，因為泄漏程度在可控制范圍之內(nèi)并且依然滿足正常運行的基本條件，所以在整個生產(chǎn)過程中時刻保持專人看守。在運行過程中同時對機組的潤滑油質(zhì)展開檢測，最終結(jié)果為潤滑油質(zhì)處于正常水平。在運行2 年之后，企業(yè)計劃全面停工并檢修所有裝置，在詳細檢查煙機的密封系統(tǒng)過程中，發(fā)現(xiàn)蜂窩密封已經(jīng)被粉塵顆粒全面堵塞，在導(dǎo)致密封系統(tǒng)失效的同時，煙氣泄漏造成軸承箱的外壁靠煙機一側(cè)和軸承箱附近管線等許多位置出現(xiàn)嚴重腐蝕情況。

4 改善密封系統(tǒng)的具體措施

4.1 強化密封系統(tǒng)蒸汽質(zhì)量

為了有效改進密封系統(tǒng)失效的情況，其中一種方式為提高密封系統(tǒng)的蒸汽質(zhì)量，通過系統(tǒng)蒸汽源的飽和蒸汽直接轉(zhuǎn)變成為過熱蒸汽進而實現(xiàn)蒸汽質(zhì)量提高的目的。從飽和蒸汽轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽的基本原理為，繼續(xù)加熱飽和蒸汽，在溫度升高的基礎(chǔ)上超越此壓力狀態(tài)下的飽和溫度，此類處于全新狀態(tài)下的蒸汽為過熱蒸汽。過熱蒸汽與飽和蒸汽之間的明顯區(qū)別在于過熱蒸汽在冷卻時釋放的熱量非常少，并且產(chǎn)生凝結(jié)水的現(xiàn)象很少發(fā)生，從而使得密封系統(tǒng)堆積灰塵的程度顯著降低，進而保護整套機械設(shè)備。

4.2 在操作過程中確保其平穩(wěn)程度

在煙氣輪機運行過程中，為了使得機器始終處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，相關(guān)人員需要加大監(jiān)督煙氣輪機的吸入的煙氣濃度和顆粒程度，每過一個階段需要按時檢查三旋分離器的實際運行狀態(tài)，通過三旋分離器的正常運行，使得進入煙機的煙氣濃度和顆粒程度都能夠保持在既定范圍內(nèi)。如果需要添加催化劑，需要嚴格注意添加速度，整個過程要保持勻速和緩慢，同時在選擇加料器時需要使用小型加料器，以防止對煙機正常運行造成影響。最終相關(guān)人員還需注意每個環(huán)節(jié)都需要嚴格遵守相應(yīng)規(guī)范[4]。

4.3 管理過程中采用科學(xué)有效的措施

當煙氣輪機運行時，相關(guān)人員需要增加檢查蒸汽管道低點位置排出冷凝水具體狀況的頻率，進而確保蒸汽質(zhì)量符合實際標準，防止因為溫度過低產(chǎn)生冷凝水的現(xiàn)象發(fā)生情況逐漸增加，最終確保蒸汽在進入煙機的過程中不存在其他雜質(zhì)。

除此之外，在其他設(shè)備檢查過程中還需要時刻注意潤滑油使用情況、循環(huán)水的狀況以及機器整體泄漏程度，通過日常巡檢過程中在第一時間發(fā)現(xiàn)問題并進行優(yōu)化和完善，最終確保全面解決所有發(fā)現(xiàn)的問題，同時杜絕所有相似的隱患出現(xiàn)在機器運行過程中。

5 結(jié)束語

當前在煙氣輪機密封系統(tǒng)中，大部分工廠會采用3 道蜂窩密封方式，而3 道蜂窩密封方式在密封蒸汽等氣體過程中發(fā)揮顯著作用。雖然蜂窩密封方式擁有良好的效果，但是在應(yīng)用過程中經(jīng)常會發(fā)生管線嚴重腐蝕和蜂窩密封被粉塵顆粒堵塞等問題，對日常生產(chǎn)造成經(jīng)濟損失，并且蜂窩密封技術(shù)對氣體的質(zhì)量要求很高。因此當煙氣輪機在采用蜂窩密封技術(shù)時需要全面提高密封氣體的質(zhì)量，最終顯著強化密封實際效果。