薛令光

(鄂爾多斯市國(guó)泰化工有限公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017418)

射汽抽氣器蒸汽的選擇對(duì)煤化工裝置運(yùn)行的影響

薛令光

(鄂爾多斯市國(guó)泰化工有限公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017418)

概述了汽輪機(jī)射汽抽氣器的作用及工作原理，簡(jiǎn)要介紹了煤化工裝置中射汽抽氣器的蒸汽來(lái)源。通過(guò)實(shí)例剖析了當(dāng)前射汽抽氣器選擇汽源所存在的問(wèn)題，提出了同一套裝置中的射汽抽氣器汽源應(yīng)統(tǒng)一且以2.0 MPa蒸汽為汽源的觀點(diǎn)。

汽輪機(jī)；射汽抽氣器；煤化工

射汽抽氣器是汽輪機(jī)的重要輔機(jī)，如何根據(jù)企業(yè)蒸汽管網(wǎng)的實(shí)際情況選擇合理壓力等級(jí)的蒸汽源是保障汽輪機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。筆者結(jié)合所經(jīng)歷的煤化工項(xiàng)目中幾臺(tái)汽輪機(jī)組的運(yùn)行情況，就蒸汽源的選擇對(duì)煤化工裝置運(yùn)行的影響分析如下。

1 汽輪機(jī)射汽抽氣器的作用及工作原理

射汽抽氣器的作用是將漏入凝汽器內(nèi)的空氣和蒸汽中所含的不凝性氣體連續(xù)不斷地抽出，保持凝汽器始終處于高度真空狀態(tài)，其運(yùn)行狀況直接影響凝汽器內(nèi)絕對(duì)壓力的大小，對(duì)汽輪機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要作用。

圖1 射汽抽氣器的主要部件

射汽抽氣器的主要部件如圖1所示，其工作原理：蒸汽減壓產(chǎn)生高速氣流并在混合室中形成夾帶，把汽輪機(jī)凝汽器中的不凝性氣體和未完全冷凝的乏汽帶出進(jìn)入擴(kuò)壓管后排出，或進(jìn)入冷卻室降溫冷凝再排出。射汽抽氣器的工作流程：工作蒸汽經(jīng)工作噴嘴自工作壓力P0膨脹至混合室壓力Pl(略低于凝汽器壓力)，由于壓降很大，噴嘴出口的蒸汽流速很大；由于混合室的壓力略低于抽氣口的壓力，故凝汽器中的蒸汽與空氣的混合物被吸進(jìn)混合室并與工作噴嘴出口的工作氣流在混合室中混合，然后進(jìn)入擴(kuò)壓管，流速逐漸降低，壓力逐漸升高[1]。

目前，常用的射汽抽氣器均為兩級(jí)抽氣器，即2組蒸汽并聯(lián)，2根擴(kuò)壓管后增設(shè)2個(gè)冷卻室，一級(jí)冷卻室混合氣出口連接二級(jí)混合室。兩級(jí)抽氣器的工作方式：第1級(jí)抽引蒸汽產(chǎn)生的高速氣流在一級(jí)混合室與不凝氣混合，經(jīng)擴(kuò)壓管進(jìn)入一級(jí)冷卻室冷凝成水，未冷凝的氣體再與第2級(jí)抽引蒸汽產(chǎn)生的高速氣流在二級(jí)混合室匯合后經(jīng)擴(kuò)壓管進(jìn)入二級(jí)冷卻室冷凝；經(jīng)2次抽引后，不凝氣中的蒸汽被冷凝回收，無(wú)法冷凝的空氣則排放至大氣中。

2 射汽抽氣器的蒸汽來(lái)源

由于煤化工裝置中具有大量的回收熱量，存在多個(gè)壓力等級(jí)的蒸汽管網(wǎng)(一般為9.8，2.0，1.0和0.5 MPa)，所以抽氣器在蒸汽來(lái)源的選擇上就存在多種情況，目前常用的情況有3種：①使用主管網(wǎng)高壓蒸汽，在界區(qū)內(nèi)引出分支作為抽氣用汽源；②使用2.0 MPa蒸汽管網(wǎng)的蒸汽作為汽源，該管網(wǎng)蒸汽是化工裝置的余熱副產(chǎn)的蒸汽與來(lái)自鍋爐的一級(jí)減溫減壓器后的蒸汽匯合后所形成；③使用1.0 MPa蒸汽管網(wǎng)的蒸汽作為汽源，該管網(wǎng)蒸汽是由化工裝置相對(duì)溫度較低的余熱產(chǎn)生的蒸汽與來(lái)自鍋爐的二級(jí)減溫減壓器后的蒸汽匯合后所形成。

3 射汽抽氣器所用汽源存在的問(wèn)題

3.1 影響抽氣器使用壽命

河北某焦?fàn)t氣制甲醇裝置空分工段配置了3.5 MPa全凝式汽輪機(jī)，射汽抽氣器從高壓力蒸汽管網(wǎng)引蒸汽作為汽源。該機(jī)組運(yùn)行1年后，凝汽器真空度從額定的-85 kPa升高至-60 kPa，并有繼續(xù)升高的趨勢(shì)。當(dāng)時(shí)盡管采取各種措施來(lái)提高真空度，包括增設(shè)臨時(shí)管道用脫鹽水降低抽氣器冷卻水溫度、適當(dāng)提高抽氣器蒸汽壓力以提高抽引蒸汽流速、檢修和清洗凝汽器等，但真空度只能在-70 kPa左右維持一段時(shí)間，隨后又緩慢上升至-60 kPa，夏季真空度甚至更低。

在此種狀況下維持運(yùn)行1年后，對(duì)抽氣器拆檢，檢查噴嘴并無(wú)異常；對(duì)射汽抽氣器進(jìn)行內(nèi)部除垢后，真空度只能達(dá)到-55 kPa；隨后更換噴嘴測(cè)試，真空度可以達(dá)到-90 kPa，從而確定是噴嘴發(fā)生變形而造成抽氣器抽引效率下降。經(jīng)分析，造成噴嘴發(fā)生變形的原因是抽氣用的蒸汽來(lái)自高等級(jí)蒸汽管網(wǎng)，而射汽抽氣器所需的蒸汽壓力要求為1.5 MPa左右，但當(dāng)時(shí)在射汽抽氣器的蒸汽分支上沒(méi)有設(shè)置減溫減壓器，運(yùn)行中很容易造成抽引蒸汽超壓，甚至在真空度降低時(shí)為提高射汽抽氣器抽引能力而人為提高蒸汽壓力，噴嘴在長(zhǎng)期超壓環(huán)境下運(yùn)行，最終發(fā)生變形。由于抽氣器噴嘴的通徑本身就小，稍有變形就會(huì)造成抽引能力下降，影響凝汽器真空度。此種變形一般很難通過(guò)肉眼判斷，即便進(jìn)行測(cè)量，若沒(méi)有專用工具和專業(yè)技術(shù)人員，也難以準(zhǔn)確判斷。

采用此種設(shè)計(jì)方式時(shí)，抽引的蒸汽溫度高，降低了抽氣器抽引效率。射汽抽氣器做功后的蒸汽需用汽輪機(jī)凝汽器的冷凝液冷卻后再收集，當(dāng)蒸汽源壓力高時(shí)，相應(yīng)的蒸汽溫度也高，需要的凝汽器冷凝液量就會(huì)增大。但在負(fù)荷一定的情況下，汽輪機(jī)凝汽器的冷凝液量是一定的，如此便造成抽引用的高速蒸汽和不凝氣的冷卻量減少，不凝氣的聚集造成真空度降低，抽氣效率下降，汽輪機(jī)的效率也會(huì)隨之降低。此外，射汽抽氣器長(zhǎng)期在超高溫的狀態(tài)下運(yùn)行，對(duì)其材質(zhì)影響增大，也會(huì)縮短其使用壽命。

3.2 引發(fā)蒸汽管網(wǎng)調(diào)整困難

在煤化工項(xiàng)目中，由于存在多個(gè)不同壓力等級(jí)的蒸汽管網(wǎng)，不同汽輪機(jī)的射汽抽氣器混用不同等級(jí)壓力蒸汽作為抽引汽源是比較常見(jiàn)的設(shè)計(jì)。由于存在多臺(tái)汽輪機(jī)，其做功蒸汽壓力一般在2.0 MPa以上，但其射汽抽氣器汽源一般是引自1.0 MPa和2.0 MPa公共蒸汽管網(wǎng)，這部分蒸汽在正常工況下一般來(lái)自化工系統(tǒng)的副產(chǎn)蒸汽，來(lái)自鍋爐減溫減壓器的減壓蒸汽作為補(bǔ)充。汽輪機(jī)組作為較大的運(yùn)行機(jī)組，啟停相對(duì)比較復(fù)雜，所以當(dāng)化工系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，一般要求保障汽輪機(jī)組運(yùn)行，特別是空分系統(tǒng)的汽輪機(jī)組更是重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。汽輪機(jī)組使用多管網(wǎng)蒸汽時(shí)，就給蒸汽管網(wǎng)的調(diào)整帶來(lái)較大困難。

山東某煤制甲醇裝置空分系統(tǒng)配置的全凝式汽輪機(jī)以9.8 MPa的蒸汽作為主蒸汽，射汽抽氣器采用2.0 MPa蒸汽，而合成循環(huán)氣壓縮機(jī)組、凈化丙烯氣壓縮機(jī)組配置的汽輪機(jī)采用2.0 MPa蒸汽作為主蒸汽，射汽抽氣器采用1.0 MPa蒸汽作為汽源。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，曾多次出現(xiàn)因氣化、變換及熱回收系統(tǒng)發(fā)生故障而導(dǎo)致副產(chǎn)蒸汽量減少的情況，為保證空分系統(tǒng)汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，不得不減少2.0 MPa蒸汽管網(wǎng)的用戶數(shù)量，切出1.0 MPa蒸汽管網(wǎng)的所有用戶，由此導(dǎo)致合成系統(tǒng)和凈化系統(tǒng)的汽輪機(jī)抽氣器無(wú)法工作，這2個(gè)系統(tǒng)的汽輪機(jī)被迫停車。這還是在調(diào)整及時(shí)的狀況下才保住空分系統(tǒng)的汽輪機(jī)不停車，否則將引起全系統(tǒng)停車。

內(nèi)蒙古某煤制甲醇裝置采用1.0 MPa蒸汽管網(wǎng)的蒸汽作為空分系統(tǒng)汽輪機(jī)射汽抽氣器的汽源，汽輪機(jī)主蒸汽采用9.8 MPa的高壓蒸汽。此種設(shè)計(jì)狀況更復(fù)雜，涉及范圍更廣，造成系統(tǒng)停車的可能性也更大。因?yàn)樵跉饣?、變換及熱回收系統(tǒng)發(fā)生故障而導(dǎo)致副產(chǎn)蒸汽量減少的情況下，如果要保證空分系統(tǒng)的正常運(yùn)行，除了保證高壓蒸汽管網(wǎng)穩(wěn)定外，還要跨過(guò)2.0 MPa蒸汽管網(wǎng)穩(wěn)定1.0 MPa蒸汽管網(wǎng)，或三個(gè)等級(jí)的蒸汽管網(wǎng)壓力都要保證，這個(gè)調(diào)整幾乎涉及全系統(tǒng)的每個(gè)車間，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致1.0 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力不穩(wěn)，造成空分系統(tǒng)停車，最終引發(fā)全系統(tǒng)停車。同時(shí)，由于1.0 MPa蒸汽不是汽輪機(jī)的動(dòng)力源，所以蒸汽品質(zhì)不高，若在管道吹掃時(shí)未引起足夠重視，管道內(nèi)雜質(zhì)較多，將造成抽氣器的噴嘴堵塞，從而引起抽氣效率和機(jī)組做功效率下降、能耗增大。

4 選擇2.0 MPa蒸汽作為射汽抽氣器汽源的優(yōu)勢(shì)

選擇2.0MPa蒸汽作為射汽抽氣器汽源具有如下優(yōu)勢(shì)。

(1)從整個(gè)裝置蒸汽管網(wǎng)設(shè)置來(lái)說(shuō)，一般煤化工項(xiàng)目2.0 MPa蒸汽壓力等級(jí)之上是9.8 MPa壓力等級(jí)的蒸汽，在系統(tǒng)無(wú)法提供副產(chǎn)蒸汽時(shí)，鍋爐減溫減壓器可將蒸汽壓力由9.8 MPa直接減壓至2.0 MPa，操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單，涉及的車間少，控制較容易。

(2)由于裝置中存在多個(gè)以2.0 MPa蒸汽作為動(dòng)力源的汽輪機(jī)，故2.0 MPa蒸汽品質(zhì)較高，且其管道潔凈度不亞于9.8 MPa蒸汽管道，一般不會(huì)出現(xiàn)抽氣器噴嘴堵塞等問(wèn)題。

(3)2.0 MPa蒸汽壓力和溫度適中，過(guò)熱度也相對(duì)較低，對(duì)射汽抽氣器噴嘴的材質(zhì)要求大大降低，即使采用材質(zhì)較差的噴嘴，其對(duì)噴嘴的損害也較輕。相對(duì)高壓力等級(jí)的蒸汽，2.0 MPa蒸汽對(duì)射汽抽氣器中與之換熱的凝汽器冷凝液的需求量較少，或者說(shuō)在同樣的冷凝液量下，其效率也相對(duì)較高。

5 射汽抽氣器汽源統(tǒng)一的重要性

若整個(gè)裝置都是以2.0 MPa的蒸汽作為射汽抽氣器的汽源，空分系統(tǒng)的汽輪機(jī)使用9.8 MPa的蒸汽作為動(dòng)力源，則其射汽抽氣器汽源可以從2.0 MPa蒸汽管網(wǎng)上接入；合成循環(huán)氣壓縮機(jī)組、凈化丙烯氣壓縮機(jī)組等其他系統(tǒng)的動(dòng)力蒸汽采用2.0 MPa蒸汽，射汽抽氣器所需氣源只需從動(dòng)力蒸汽管網(wǎng)上引分支即可。如此一來(lái)，當(dāng)氣化、變換及熱回收系統(tǒng)發(fā)生故障而副產(chǎn)蒸汽量減少時(shí)，依靠鍋爐減溫減壓器調(diào)整2.0 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力，不僅動(dòng)作較快，而且壓力容易穩(wěn)定。即使在2.0 MPa蒸汽管網(wǎng)壓力難以保證的情況下，也可以有選擇性地停運(yùn)合成循環(huán)氣壓縮機(jī)組和凈化丙烯氣壓縮機(jī)組中的1臺(tái)，從而大幅減輕了工作量，也為整個(gè)系統(tǒng)的再次開(kāi)車帶來(lái)較大便捷。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于煤化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，一次開(kāi)車的費(fèi)用動(dòng)輒上百萬(wàn)元，盡可能縮短開(kāi)車時(shí)間，對(duì)節(jié)能降耗、優(yōu)化生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化具有重大意義，其中減少汽輪機(jī)停車次數(shù)和數(shù)量顯得尤為重要。因此，汽輪機(jī)射汽抽氣器選擇優(yōu)質(zhì)、統(tǒng)一、容易操控的汽源，對(duì)整個(gè)裝置的運(yùn)行影響是極其深遠(yuǎn)的。

[1] 華東電業(yè)管理局.汽輪機(jī)運(yùn)行技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.

TheInfluenceofSelectionofSteamforSteamJetEjectoronOperationofCoalChemicalUnit

XUE Lingguang

(Ordos Guotai Chemical Co., Ltd., Ordos 017418, China)

The function and work principle of steam jet ejector of steam turbine are summarized, and the steam source of steam jet ejector in coal chemical unit are introduced briefly. Through example, the problems existed in selection of steam source of steam jet ejector currently are analyzed, and a point of view that all steam jet ejectors in a same unit should have a unified steam source and it should be 2.0 MPa steam is proposed .

steam turbine; steam jet ejector; coal chemical industry

薛令光(1971—)，男，鄂爾多斯市國(guó)泰化工有限公司經(jīng)理

TK264.1+4

B

1006- 7779(2017)02- 0041- 03

2017- 02- 13)