重油催化裂化装置汽轮机结垢的影响及对策

重油催化裂化装置汽轮机结垢的影响及对策侯传江,王国峰*，陆军，高峰中国石油锦西石化公司，辽宁葫芦岛125001摘要：气压机组是催化裂化装置的关键设备，机组能否高水平的运转对炼厂的安全生产、长周期平稳运行构成了严重威胁。介绍了锦西石化重油催化裂化装置蒸汽轮机结垢的影响，对结垢的原因进行了分析和讨论，详细介绍了饱和湿蒸汽在线清洗法、缓蚀阻垢剂法、化学冲洗和手工清除法等措施在汽轮机结垢中的应用。关键词：汽轮机；结垢；饱和湿蒸汽在线清洗法；缓蚀阻垢剂法；化学冲洗；手工清除法THEEFFECTOFTHEFOULINGOFTHESTEAMINTHEFCCUANDITSCOUNTERMEASURESHouChuanjiang,WangGuofeng*,LuJun,GaoFengJinxiPetrochemicalCompany,CNPC,Huludao125001Abstract:ThesteamturbineisthekeyunitinFCCU(fluidcatalyticcrackingunit),itisessentialforlong-termruningtokeepitingoodconditionssuchassecurityandstability.ThedffectsofthefoulingdepositionsontherunningofthesteamturbineintheFCCUofJinXiPetrochemicalCompanywerereviewed,thereasonsforthefoulingwereanalyzedanddiscussed,thesolutionmeasureofwetsteamlineblowing,thescaleandcorrosioninhibitor,chemicalcleaning,manualremovalwereapplied.KeyWords:steamturbine;fouling;wetsteamlineblowing;thescaleandcorrosioninhibitor;chemicalcleaning;manualremoval气压机组能否高水平的运转直接影响催化裂化装置的安全生产、长周期平稳运行，是保证装置经济效益的重要环节,这引起了我国业内人士的高度关注。汽轮机结垢就是常见的影响气压机组正常运转的主要问题之一，若不及时处理会导致装置操作波动剧烈，带来很大损失。目前，解决汽轮机结垢问题的方法有化学冲洗、手工清除法、饱和湿蒸汽在线清洗法、缓蚀阻垢剂法等，其中最常用是饱和湿蒸汽在线清洗法和缓蚀阻垢剂法。1蒸汽轮机结垢影响以锦西石化重油催化裂化装置气体压缩机组背压式工业汽轮机为例。自2008年气压机组开始运行状态变差，汽轮机结垢次数增加，结垢问题日趋严重，装置无法正常运行，主要表现如下：①汽轮机调节级后压力升高，由正常时的1.8Mpa逐渐升至3.0Mpa；②二次油压力达到0.45Mpa,油动机行程全开，汽轮机提速困难，装置的正常处理量为38000m3/h,气体压缩机的转速应为8000r/min，在汽轮机入口压力较高时，转速最高仅能维持在6000r/min左右，受气体压缩机转速的限制装置只能保持低负荷生产；③汽轮机蒸汽耗量的波动，正常转速下的蒸汽耗量由45t/h升到59t/h，影响锅炉系统蒸汽的平稳运行；④反应压力控制困难，给反应操作带来重大隐患。这种状况严重影响装置的安全生产，随时都有停工的危险。2蒸汽轮机结垢的原因分析通过对蒸汽汽轮机运行参数的分析，导致汽轮机这种状况的主要原因是[1]：当蒸汽夹带较多的盐类和其它杂质流经蒸汽轮机时，由于蒸汽轮机流道的金属表面覆盖着一层氧化膜，具有较强的吸附能力，这些盐类和杂质就会停留下来析出成垢。重油催化裂化装置的蒸汽轮机使用重油催化裂化装置余热锅炉系统自产的3.5MPa蒸汽。3.5MPa蒸汽的品质主要由产汽系统的汽包一些操作参数（如锅炉水含盐量、汽包水位和工作压力的影响等）影响，蒸汽中的Na+、SiO2含量时有超标。当锅炉汽包水中含有较多的可溶性盐类及悬浮物时；排污位置不当，汽水分离装置损坏及炉水监测制度不健全等原因造成的排污效果不好；蒸汽的不断发生，汽包水的不断浓缩，蒸发界面及炉水含盐量、碱度不断增加的共同作用，使大量的化学胶体粒子上升到蒸发表面成为可能，使汽包水蒸发夹带的的微小气泡因表面张力的变化而不易破裂，且相互之间难以合并变大，最终聚集蒸发界面上，形成泡沫层，引起蒸汽雾沫夹带和汽水共沸问题，使蒸汽含有较多的水分、盐类及其它杂质，并且它们随着蒸汽进入过热段，由于温度不断升高，大大超出对应饱和蒸汽温度。蒸汽夹带的水分被蒸发，留下高浓度的盐液和结晶盐尘，伴随着过热蒸汽进入汽轮机，并以极高速度流经喷嘴、各个压力级及蒸汽流道。最终高度粘结力使之附着在汽轮机流道上的所有构件上。从图1中可以看出，当炉水含盐量增大到某值后，蒸汽含盐量突然增多[2]。图1蒸汽含盐量与炉水含盐的关系（蒸发量D1D2)日常工作中，不合理的汽包液位控制加剧了蒸汽品质的恶化程度。汽包液位越高，汽水分离沉降的空间越小。蒸发过程中，蒸汽夹带的水滴在重力作用下会落下。如果液位过高，蒸汽夹带的水滴因沉降空间不足而落不下来，被蒸汽所携带。因此液位过高会严重影响汽水分离效果，使蒸汽品质的恶化。另外，汽包低液位运行会丧失连续排污作用，最终使蒸汽品质的恶化。若汽包长期低液位运行，则连续排污联通管开口完全或部分暴露在气相空间，排不出汽包蒸发界面浓缩高含盐炉水及漂浮的水渣，因而达不到汽包水水质改良的排污目的；更甚者汽包液位低于日常加药的联通管开口，不断加进去的药液直接被排到气相空间，不能与汽包水直接混合，反而蒸汽夹带含盐水滴量增加，严重的恶化蒸汽品质[3]。同时汽包工作压力，也对蒸汽品质有明显的影响[4]。汽包工作压力越高，发生的饱和蒸汽与水的密度差越小，汽包内汽水分离越困难，蒸汽夹带水滴的能力增强，蒸汽更易带水带盐。同时，汽包的压力的急剧波动也会导致过热蒸汽带水问题，特别是汽包的压力骤降可引发汽水共腾，使过热蒸汽携带大量水，严重时可发生水冲击，引发严重的汽轮机事故。3蒸汽轮机结垢的解决对策3.1饱和湿蒸汽在线清洗法[5]用饱和湿蒸汽在线清洗的方法进行汽轮机除垢,具有方法简便和不需要将机组解体等特点。所以已被广泛采用，成为目前解决汽轮机除垢问题最经济且有效的办法。图2汽轮机蒸汽清洗流程湿蒸汽在线清洗的工艺流程见图2，在汽轮机原有中压蒸汽入口管线上的疏水暖管放空阀处连接饱和湿蒸汽临时清洗线，并在该管线近气压机入口处安装测温表，在近注水处安装测压表，在汽轮机出口排汽管线最低处排凝设立一个蒸汽冷凝采样器。具体操作步骤如下：1、关闭汽轮机出、入口蒸汽阀门，开汽轮机出口消音器排气放空阀；卸压后开机体排凝阀，对机体进行冷却，当进气温度到达280℃时引饱和蒸汽。2、引装置内减温减压处的低压蒸汽（压力为1.0MPa，温度为300℃），疏水暖管至测温表指示大于250℃引至气轮机中压蒸汽入口处、气轮机出口背压蒸汽直接从消音器放空。变好流程后，按正常操作规程正常启动汽轮机，汽轮机转速平稳的控制在机组的低速运转范围内，不超过1000r/min。3、同时将锅炉软化水（温度为104℃，压力为5.01MPa）DN20临时管线注水阀打开，往清洗用低压蒸汽中注水，用测温表和测压表监测，人工手动调节注水量，形成清洗用饱和低压湿蒸汽（压力为0.7～1.0MPa，温度为150～180℃）。用该低压饱和湿蒸汽冲动汽轮机转动并同时进行清洗，将汽轮机动、静叶片及隔板轮盘等处的盐垢溶解冲洗干净，随气轮机出口背压蒸汽放空处排出。4、在清洗过程中，密切观察各部参数，机体排凝阀直排凝结水采样（30min/次），观察排气凝结水的颜色（由暗褐色逐步变成无色透明）；分析排气凝结水中Na+、SiO2含量及电导率直至正常值，从而判断清洗效果。汽轮机低速800～1000r/min运转，清洗4h后各项理化指标基本合格，继续清洗2h后停湿蒸汽，相关流程连接解除，清洗完毕。将流程改回正常运转流程，引3.5Mpa中压蒸汽疏水暖管后，按正常操作规程启动、暖机、机组升速运转正常。刚清洗后运行的汽轮机调节级后压力仅为1.8Mpa左右，蒸汽焓降明显，汽轮机效率增加，正常转速消耗的3.5Mpa中压蒸汽仅45t/h左右，低压饱和湿蒸汽在线清洗效果明显。每天少耗3.5MPa蒸汽近336t，节省近33600元/天。饱和湿蒸汽冲洗是将临时清洗装置产生的低压饱和湿蒸汽引入汽轮机，在低速运转状态下冲洗蒸汽通流部分可溶性积垢（主要是钠盐和SiO2混合物），积垢被湿蒸汽中凝结水溶解图3汽轮机清洗排气凝结水Na+、SiO2含量折线图冲刷带走而得以清除。从图3可以看出，Na盐在饱和湿蒸汽的作用下，很快大量溶解，由排汽带走；不溶解的SiO2开始缓慢脱落，在表层钠盐溶解后，转子上的结垢物开始出现蜂窝，蜂窝状的SiO2在湿蒸汽水滴的冲蚀作用下，逐渐脱落达到最高点，大量SiO2被湿蒸汽带走，达到彻底清洗汽轮机积垢的效果。3.2缓蚀阻垢剂法锦西石化重油催化裂化装置余热锅炉系统于2010年9月份开始使用Ashland公司研制的DREWPHOS-2600锅炉多功能缓蚀阻垢剂，此化学品是一种独特的聚合物混合体。首先，该药剂以低磷专利配方，有效的调节汽包水pH值，逐步消除了锅炉系统内部磷酸盐过度饱和沉积的难题。同时，具有抑制炉水表面生成泡沫的功能，有效地消除了饱和蒸汽对水滴的夹带，净化了蒸汽。同时，还具有溶解锅炉管道内部结垢物、抑制垢污再生成的阻垢、除垢和缓蚀作用；并且该专利药剂能够被部分溶解于中压蒸汽中，从而携带至汽轮机，对汽轮部机内部原有的污垢层实施有效的清洗，从而延长汽轮机平稳运行周期，使全装置能耗进一步降低[6]。DREWPHOS-2600缓蚀阻垢剂与水按一定比例在加剂罐充分混合，根据每个汽包的工况，有针对性地调整投加标准，用计量泵连续加入锅炉水中，装置按正常条件下，控制药剂注入量为10～20µg/g。从表1中可以看出，经过一年的工业应用，余热锅炉系统各汽包中炉水pH值控制非常平稳，能保持良好的锅炉水化学性质和洁净的过热蒸汽，3.5MPa蒸汽的Na+含量和SiO2含量均达到工艺指标（3.5MPa蒸汽的工艺指标Na+含量不大于20µg/L和SiO2含量不大于20µg/L）,气压机组运行平稳，减少了汽包排污。没有发生过汽轮机结垢问题，能长期有效地控制汽轮机结垢的发生。表1缓蚀阻垢剂应用前后汽包炉水和蒸汽主要性质对比项目应用前应用后汽包炉水液位，%40~6050pH值9~1210.5SiO2含量，µg/L11323873.5MPa蒸汽Na+含量，µg/L60.513.5SiO2含量，µg/L35.28.23.3化学冲洗法化学冲洗是在冲洗蒸汽中加入化学药剂进行冲洗，如加入一定浓度的NaOH溶液，连续清洗1h左右，NaOH与SiO2反应生成溶于水的Na2Si2O5，然后再用80℃以上的软化水冲洗，冲洗工作进出口水质相同方可，达到清洗汽轮机内硅垢的效果。由于化学药剂在一定程度上会腐蚀汽轮机构件，因此限制了推广使用。3.4手工清除法手工清除是在气压机组停机切出系统状态，将汽轮机解体，将喷嘴、隔栅板及转子拆卸吊出，分别置于检修专用支架上，先用高压软化水或专用清洗溶剂进行湿性冲洗，将软性污垢清除，然后用砂轮、砂纸或金属刮刀、扁铲等机械工具进行人工清除，清除积垢时严防损伤叶片、转子等构件。4结论带盐蒸汽是汽轮机结垢的主要原因，因此控制催化裂化装置的蒸汽品质问题，必须给予高度重视。缓蚀阻垢剂法避免了汽轮机湿蒸汽在线清洗不能从根本上解决结垢的问题。同时，应建立完整的锅炉水汽质量化学监测系统；校正取样位置，使其更具代表性和灵敏性；具体措施如下：①对照现场液位计，确保汽包水位平稳，运行中保证汽包水液位在中线附近波动±5%；②做好汽包连续排污、定期排污、上水加药、冲洗水位计和冲洗压力等操作；③严格控制炉水指标和给水质量。参考文献1孙瑾.蒸汽纯度对透平机的影响[J].化学工业与工程技术,2001,22