某化工廠汽輪機(jī)積鹽原因分析及對(duì)策

陶樹(shù)成 周渤洋 盛杰興

摘要:文章針對(duì)某化工廠蒸汽汽輪機(jī)積鹽的實(shí)際情況,對(duì)其主要成因進(jìn)行了分析,并提出了處理辦法和預(yù)防措施,包括對(duì)于中壓余熱爐嚴(yán)格按照《中小型鍋爐運(yùn)行規(guī)程》及《火力發(fā)電廠水汽監(jiān)督導(dǎo)則》執(zhí)行水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)的管理;完善余熱鍋爐汽水分離系統(tǒng)、分級(jí)蒸發(fā)系統(tǒng),使其能夠?qū)崿F(xiàn)徹底的汽水分離;完善該鍋爐的連續(xù)排污系統(tǒng);嚴(yán)格控制各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo),保證各項(xiàng)指標(biāo)波動(dòng)平穩(wěn)等。

關(guān)鍵詞:化工廠;汽輪機(jī)積鹽;余熱鍋爐;沉積物

中圖分類(lèi)號(hào):TQ111文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)20-0179-02

在鍋爐給水指標(biāo)合格的情況下,加強(qiáng)鍋內(nèi)水處理的管理工作,并保證鍋爐的合理運(yùn)行工況,是防止過(guò)熱器和汽輪機(jī)內(nèi)積鹽、保證機(jī)組安全長(zhǎng)周期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素。某廠裝置汽輪機(jī)采用的中壓蒸汽,主要由該廠鍋爐車(chē)間提供,多年來(lái)運(yùn)行未出現(xiàn)因蒸汽品質(zhì)原因影響汽機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)而需停車(chē)處理的問(wèn)題。該廠經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)改造,其蒸汽平衡結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本變化:主要生產(chǎn)裝置由外供中壓汽轉(zhuǎn)變?yōu)橥廨斨袎浩?并于開(kāi)車(chē)后,經(jīng)常出現(xiàn)后級(jí)用汽的汽輪機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)數(shù)下降被迫停機(jī)檢修的問(wèn)題。對(duì)全廠中壓蒸汽管網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行造成威脅,長(zhǎng)期不解決,必然會(huì)影響全廠能耗水平,還會(huì)造成加速過(guò)熱器內(nèi)積鹽,增加了爆管的危險(xiǎn)。因此,盡早查出蒸汽品質(zhì)惡化的原因,并采取切實(shí)可行的措施解決,使蒸汽指標(biāo)最終被控制在正常范圍內(nèi),保證系統(tǒng)平穩(wěn)、安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,將具有現(xiàn)實(shí)意義。

一、汽輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行存在的問(wèn)題及危害

(一)存在的問(wèn)題及原因

2002年7月以來(lái),某廠一裝置采用了中壓余熱爐產(chǎn)汽作為熱源后,出現(xiàn)了汽機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降,運(yùn)行2～3周時(shí)間即需停機(jī)清洗的現(xiàn)象,通過(guò)加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)督情況有所好轉(zhuǎn);自2006年以來(lái)又多次發(fā)生類(lèi)似的現(xiàn)象;經(jīng)對(duì)汽輪機(jī)停車(chē)解體檢查,發(fā)現(xiàn)葉片積鹽嚴(yán)重,經(jīng)過(guò)對(duì)垢樣分析,其成分中主要為鈉鹽,并含有少量的硅酸鹽成分。通過(guò)對(duì)余熱爐爐水及蒸汽品質(zhì)的日常監(jiān)督,發(fā)現(xiàn)爐水pH及磷酸根指標(biāo)變化較大,表明加藥、排污不均勻;蒸汽指標(biāo)鈉含量基本在100?滋g/kg以上,高時(shí)達(dá)6000?滋g/kg;二氧化硅含量基本在80?滋g/kg以上,高時(shí)達(dá)2000?滋g/kg。此時(shí)為全面查找鍋爐蒸汽品質(zhì)問(wèn)題,水質(zhì)化驗(yàn)人員對(duì)除鹽水及給水、動(dòng)力鍋爐、余熱鍋爐的爐水、蒸汽品質(zhì)同時(shí)進(jìn)行了監(jiān)測(cè),并在生產(chǎn)中對(duì)積鹽嚴(yán)重的汽輪機(jī)改供動(dòng)力鍋爐蒸汽,發(fā)現(xiàn)除鹽水、給水、動(dòng)力爐汽水品質(zhì)均不存在問(wèn)題,積鹽嚴(yán)重的汽機(jī)改供動(dòng)力鍋爐蒸汽后,消除了積鹽嚴(yán)重的現(xiàn)象。以上事實(shí)可以斷定,汽機(jī)積鹽嚴(yán)重的問(wèn)題是由裝置余熱爐產(chǎn)汽不合格造成的。

(二)余熱鍋爐蒸汽品質(zhì)惡化的原因

通過(guò)對(duì)該廠裝置汽機(jī)垢樣分析,初步可判斷催化余熱爐送出的中壓蒸汽產(chǎn)生了蒸汽污染,即蒸汽中硅酸鈉等鹽類(lèi)物質(zhì),由于此類(lèi)物質(zhì)的存在,影響了汽機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

該廠的余熱鍋爐為中壓汽包鍋爐,而中壓鍋爐蒸汽污染的主要原因是蒸汽帶水。

1.余熱鍋爐運(yùn)行工況對(duì)蒸汽帶水的影響。該余熱鍋爐汽包水位控制不好,波動(dòng)過(guò)大,當(dāng)水位過(guò)高時(shí),會(huì)使汽包上面的汽空間高度減少,縮短水滴飛濺到蒸汽引出管口的距離,不利于自然分離,造成蒸汽帶水量大。

2.余熱鍋爐負(fù)荷突變。由于受到化工裝置生產(chǎn)負(fù)荷變化,余熱鍋爐的負(fù)荷變化頻繁,有時(shí)出現(xiàn)超負(fù)荷情況,在負(fù)荷和壓力突變時(shí),汽包經(jīng)常出現(xiàn)虛假水位現(xiàn)象,汽包水位忽高忽低,汽水分離效果變差,特別在過(guò)負(fù)荷運(yùn)行時(shí),來(lái)自上升管蒸汽量增多,汽水混合物動(dòng)能增加,使得由于機(jī)械撞擊、噴濺所形成水滴的量和動(dòng)能都增大,蒸汽運(yùn)載水分的能力增大,汽空間高度小,汽水分離惡化;資料統(tǒng)計(jì)顯示,隨著負(fù)荷增加,蒸汽濕分緩慢逐漸增大,當(dāng)達(dá)到一個(gè)臨界負(fù)荷時(shí),再增負(fù)荷,蒸汽濕分就會(huì)急劇增加,為此,余熱鍋爐運(yùn)行負(fù)荷應(yīng)低于這一臨界值。

3.汽包汽空間高度不適合,使得蒸汽帶水嚴(yán)重。當(dāng)汽包內(nèi)經(jīng)汽水混合物引入汽包的方式、蒸汽從汽包引出的方式、汽包內(nèi)汽水分離裝置的結(jié)構(gòu)等原因造成的汽水分離不好時(shí),影響到汽空間高度,使得蒸汽帶水嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)對(duì)汽包內(nèi)部部件檢查發(fā)現(xiàn),該廠余熱鍋爐的汽包內(nèi)部汽水裝置存在缺陷:該裝置余熱鍋爐的汽包旋分的底部浸入深度不夠,另外旋分筒頂部的分離器經(jīng)常松動(dòng)脫落,導(dǎo)致汽水分離效果不好。

4.鍋爐排污系統(tǒng)不完善或排污不及時(shí),爐水含鹽量增加到一定程度時(shí),因蒸汽帶水與爐水含鹽量成正比關(guān)系,未進(jìn)行及時(shí)處理(如爐水中含油、有機(jī)物或水渣較多、加藥較多時(shí)),使得爐水品質(zhì)經(jīng)常惡化,加劇了蒸汽帶水。經(jīng)檢查分析,該裝置余熱鍋爐排污量小,另外汽包內(nèi)的連續(xù)排污裝置排污系統(tǒng)缺陷。

(三)產(chǎn)汽不合格帶來(lái)的危害

1.含有大量雜質(zhì)成分的蒸汽進(jìn)入汽機(jī)本體后,隨著蒸汽溫度、壓力的變化,部分鹽類(lèi)隨著溶解度的變化,使得汽機(jī)中各級(jí)隔板和葉輪上不同程度的積存,造成設(shè)備受力不均,嚴(yán)重時(shí)機(jī)組無(wú)法運(yùn)行。

2.鍋爐受熱面積鹽后,造成換熱效果下降,使得管壁溫度提高,將迫使過(guò)熱段金屬降低金屬材料的機(jī)械性能,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使受熱面管發(fā)生變形和破裂等失效事故,危及鍋爐設(shè)備的安全。

二、汽輪機(jī)的積鹽過(guò)程

(一)汽輪機(jī)鹽類(lèi)沉積物的形成過(guò)程

1.鍋爐過(guò)熱蒸汽中的雜質(zhì)一般有以下幾種形態(tài):一種是呈蒸汽溶液,這主要是硅酸和各種鈉化合物;另一種呈固態(tài)微粒狀,這主要是沒(méi)有沉積下來(lái)的固態(tài)鈉鹽和鐵的氧化物。此外,對(duì)于中、低壓鍋爐的過(guò)熱蒸汽中還有微小的氫氧化鈉濃縮液滴。實(shí)際上過(guò)熱蒸汽的雜質(zhì)大部分呈第一種形態(tài),后兩種形態(tài)的量通常是很少的。過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后,這些雜質(zhì)會(huì)沉積在它的蒸汽通流部分,這種現(xiàn)象稱(chēng)做汽輪機(jī)積鹽,沉積的物質(zhì)稱(chēng)為鹽類(lèi)沉積物。

2.汽輪機(jī)內(nèi)形成沉積物的過(guò)程主要是:帶有各種雜質(zhì)的過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后,由于壓力和溫度降低,鈉化合物和硅酸在蒸汽中的溶解度隨壓力降低而減小,當(dāng)其中某種物質(zhì)的溶解度下降到低于它在蒸汽中的含量時(shí),該物質(zhì)就會(huì)以固態(tài)析出,并沉積在蒸汽通流部分。此外,蒸汽中那些微小的氫氧化鈉濃縮液滴以及一些固態(tài)微粒,也可能粘附在汽輪機(jī)的蒸汽通流部分,形成沉積物。

(二)過(guò)熱蒸汽中各種雜質(zhì)在汽輪機(jī)內(nèi)沉積的特性

1.鈉化合物,主要為Na2SO4、Na3PO4、Na2SiO3、NaCl和NaOH等,其中Na2SO4、Na3PO4、Na2SiO3在蒸汽中溶解度較小,最先析出,主要沉積在汽機(jī)高壓級(jí)內(nèi);NaCl和NaOH的溶解度稍大一些,主要沉積在汽輪機(jī)的中壓級(jí)內(nèi)。該裝置汽輪機(jī)的積鹽主要是鈉鹽。

2.硅酸在汽輪機(jī)內(nèi)形成的SiO2沉積物,不溶于水、質(zhì)地堅(jiān)硬,常有不同的結(jié)晶形態(tài)。

三、汽輪機(jī)內(nèi)積鹽的清除

如汽輪機(jī)內(nèi)有沉積物,應(yīng)及時(shí)地清除,以免積累過(guò)多影響汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。沉積在汽輪機(jī)內(nèi)的易溶鹽,可用濕蒸汽清洗的辦法除掉,汽輪機(jī)可進(jìn)行帶負(fù)荷清洗和空載運(yùn)行清洗兩種;沉積在汽輪機(jī)內(nèi)部的不溶于水的沉積物,一般是在汽輪機(jī)大修時(shí),用機(jī)械方法清除,如用噴砂法清除汽輪機(jī)上的沉積物等。對(duì)于結(jié)有SiO2的中壓汽輪機(jī),可將轉(zhuǎn)子吊出汽缸,放入到3%～5%NaOH溶液中,通入蒸汽煮,再用水清洗干凈。該廠汽輪機(jī)屬于中壓蒸汽驅(qū)動(dòng)的汽輪機(jī),積鹽主要是鈉鹽,采取的方法是濕蒸汽清洗法。

四、采取的措施

對(duì)于該廠汽輪機(jī)結(jié)垢的問(wèn)題,根據(jù)其成因,應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行控制:

1.對(duì)于中壓余熱爐嚴(yán)格按照《中小型鍋爐運(yùn)行規(guī)程》及《火力發(fā)電廠水汽監(jiān)督導(dǎo)則》執(zhí)行水質(zhì)及運(yùn)行參數(shù)的管理;嚴(yán)格執(zhí)行工藝控制指標(biāo)(壓力、溫度、產(chǎn)汽量)及水質(zhì)控制指標(biāo),必須保證給水水質(zhì)控制在規(guī)定的范圍內(nèi),以達(dá)到減少進(jìn)入鍋爐水中的雜質(zhì)量,保證從汽包引出的是清潔的飽和蒸汽,并防止它在后段的污染。

2.完善余熱鍋爐汽水分離系統(tǒng)、分級(jí)蒸發(fā)系統(tǒng),使其能夠?qū)崿F(xiàn)徹底的汽水分離;對(duì)該余熱鍋爐的旋風(fēng)分離器安裝尺寸進(jìn)行合理調(diào)整:旋風(fēng)分離器入口管中心線在汽包最高水位(運(yùn)行的最高水位)以上,使得筒內(nèi)水位低于進(jìn)口管的邊緣;旋分的底部伸入水中,其浸入深度在水位線下200mm處,防止蒸汽由下部竄出,這樣確保了汽水分離的效果。

3.完善該鍋爐的連續(xù)排污系統(tǒng):連續(xù)排污管裝在正常水位200～300mm以下,且遠(yuǎn)離凈段與鹽段的水連通管。并且加強(qiáng)連續(xù)排污及定期排污,正常水質(zhì)時(shí),要求定期排污24小時(shí)一次,水質(zhì)異常時(shí)加大排污頻次;并嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

4.加強(qiáng)爐水加藥的管理,在水質(zhì)惡化的情況下,加大排污率(包括連排和定排),加強(qiáng)換水,并認(rèn)真分析爐水水質(zhì)和蒸汽品質(zhì),待蒸汽品質(zhì)合格后方能進(jìn)入用汽設(shè)備。

5.嚴(yán)格控制各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo),保證各項(xiàng)指標(biāo)波動(dòng)平穩(wěn),減少或消除鍋爐負(fù)荷、負(fù)荷變化速度和汽包液位等波動(dòng)對(duì)品質(zhì)的影響。避免超、低負(fù)荷及液位控制超標(biāo)而引起汽水分離不好,造成蒸汽攜帶水分從而攜帶鹽分,使用汽設(shè)備結(jié)垢。

6.委托有關(guān)科研所對(duì)余熱爐進(jìn)行熱化學(xué)試驗(yàn),求得保證良好鍋爐蒸汽品質(zhì)的運(yùn)行工況,并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,調(diào)整好鍋爐運(yùn)行工況,使其負(fù)荷、負(fù)荷變化速度、汽包水位不超過(guò)試驗(yàn)確定的允許范圍,以保證蒸汽品質(zhì)合格。

五、結(jié)論

通過(guò)采取以上一些措施,該廠于2008年5月對(duì)該爐進(jìn)行了檢修,采取了行之有效的內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造措施。開(kāi)車(chē)后運(yùn)行一段時(shí)間表明,該裝置余熱鍋爐產(chǎn)汽品質(zhì)完全符合中壓鍋爐汽水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),徹底消除了對(duì)汽輪機(jī)積鹽的影響,保證了機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介:陶樹(shù)成(1975-),男,吉林人,吉林燃料乙醇有限公司熱電廠工程師,研究方向:鍋爐運(yùn)行及技術(shù)管理。