射汽抽氣器蒸汽的選擇對煤化工裝置運行的影響

薛令光

(鄂爾多斯市國泰化工有限公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017418)

射汽抽氣器蒸汽的選擇對煤化工裝置運行的影響

薛令光

(鄂爾多斯市國泰化工有限公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017418)

概述了汽輪機射汽抽氣器的作用及工作原理，簡要介紹了煤化工裝置中射汽抽氣器的蒸汽來源。通過實例剖析了當前射汽抽氣器選擇汽源所存在的問題，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。

汽輪機；射汽抽氣器；煤化工

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

1 汽輪機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)，其運行狀況直接影響凝汽器內(nèi)絕對壓力的大小，對汽輪機組的安全、經(jīng)濟運行起著重要作用。

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，把汽輪機凝汽器中的不凝性氣體和未完全冷凝的乏汽帶出進入擴壓管后排出，或進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，然后進入擴壓管，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抽氣器，即2組蒸汽并聯(lián)，2根擴壓管后增設(shè)2個冷卻室，一級冷卻室混合氣出口連接二級混合室。兩級抽氣器的工作方式：第1級抽引蒸汽產(chǎn)生的高速氣流在一級混合室與不凝氣混合，經(jīng)擴壓管進入一級冷卻室冷凝成水，未冷凝的氣體再與第2級抽引蒸汽產(chǎn)生的高速氣流在二級混合室匯合后經(jīng)擴壓管進入二級冷卻室冷凝；經(jīng)2次抽引后，不凝氣中的蒸汽被冷凝回收，無法冷凝的空氣則排放至大氣中。

2 射汽抽氣器的蒸汽來源

由于煤化工裝置中具有大量的回收熱量，存在多個壓力等級的蒸汽管網(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)的蒸汽與來自鍋爐的一級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溫度較低的余熱產(chǎn)生的蒸汽與來自鍋爐的二級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題

3.1 影響抽氣器使用壽命

河北某焦爐氣制甲醇裝置空分工段配置了3.5 MPa全凝式汽輪機，射汽抽氣器從高壓力蒸汽管網(wǎng)引蒸汽作為汽源。該機組運行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。當時盡管采取各種措施來提高真空度，包括增設(shè)臨時管道用脫鹽水降低抽氣器冷卻水溫度、適當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行1年后，對抽氣器拆檢，檢查噴嘴并無異常；對射汽抽氣器進行內(nèi)部除垢后，真空度只能達到-55 kPa；隨后更換噴嘴測試，真空度可以達到-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自高等級蒸汽管網(wǎng)，而射汽抽氣器所需的蒸汽壓力要求為1.5 MPa左右，但當時在射汽抽氣器的蒸汽分支上沒有設(shè)置減溫減壓器，運行中很容易造成抽引蒸汽超壓，甚至在真空度降低時為提高射汽抽氣器抽引能力而人為提高蒸汽壓力，噴嘴在長期超壓環(huán)境下運行，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肉眼判斷，即便進行測量，若沒有專用工具和專業(yè)技術(shù)人員，也難以準確判斷。

采用此種設(shè)計方式時，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凝汽器的冷凝液冷卻后再收集，當蒸汽源壓力高時，相應(yīng)的蒸汽溫度也高，需要的凝汽器冷凝液量就會增大。但在負荷一定的情況下，汽輪機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，汽輪機的效率也會隨之降低。此外，射汽抽氣器長期在超高溫的狀態(tài)下運行，對其材質(zhì)影響增大，也會縮短其使用壽命。

3.2 引發(fā)蒸汽管網(wǎng)調(diào)整困難

在煤化工項目中，由于存在多個不同壓力等級的蒸汽管網(wǎng)，不同汽輪機的射汽抽氣器混用不同等級壓力蒸汽作為抽引汽源是比較常見的設(shè)計。由于存在多臺汽輪機，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自化工系統(tǒng)的副產(chǎn)蒸汽，來自鍋爐減溫減壓器的減壓蒸汽作為補充。汽輪機組作為較大的運行機組，啟停相對比較復(fù)雜，所以當化工系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，一般要求保障汽輪機組運行，特別是空分系統(tǒng)的汽輪機組更是重點保護對象。汽輪機組使用多管網(wǎng)蒸汽時，就給蒸汽管網(wǎng)的調(diào)整帶來較大困難。

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)氣壓縮機組、凈化丙烯氣壓縮機組配置的汽輪機采用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。在實際運行過程中，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)汽輪機的正常運行，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)的汽輪機抽氣器無法工作，這2個系統(tǒng)的汽輪機被迫停車。這還是在調(diào)整及時的狀況下才保住空分系統(tǒng)的汽輪機不停車，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)汽輪機射汽抽氣器的汽源，汽輪機主蒸汽采用9.8 MPa的高壓蒸汽。此種設(shè)計狀況更復(fù)雜，涉及范圍更廣，造成系統(tǒng)停車的可能性也更大。因為在氣化、變換及熱回收系統(tǒng)發(fā)生故障而導(dǎo)致副產(chǎn)蒸汽量減少的情況下，如果要保證空分系統(tǒng)的正常運行，除了保證高壓蒸汽管網(wǎng)穩(wěn)定外，還要跨過2.0 MPa蒸汽管網(wǎng)穩(wěn)定1.0 MPa蒸汽管網(wǎng)，或三個等級的蒸汽管網(wǎng)壓力都要保證，這個調(diào)整幾乎涉及全系統(tǒng)的每個車間，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會導(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，由于1.0 MPa蒸汽不是汽輪機的動力源，所以蒸汽品質(zhì)不高，若在管道吹掃時未引起足夠重視，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

選擇2.0MPa蒸汽作為射汽抽氣器汽源具有如下優(yōu)勢。

(1)從整個裝置蒸汽管網(wǎng)設(shè)置來說，一般煤化工項目2.0 MPa蒸汽壓力等級之上是9.8 MPa壓力等級的蒸汽，在系統(tǒng)無法提供副產(chǎn)蒸汽時，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，操作相對比較簡單，涉及的車間少，控制較容易。

(2)由于裝置中存在多個以2.0 MPa蒸汽作為動力源的汽輪機，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，一般不會出現(xiàn)抽氣器噴嘴堵塞等問題。

(3)2.0 MPa蒸汽壓力和溫度適中，過熱度也相對較低，對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，其對噴嘴的損害也較輕。相對高壓力等級的蒸汽，2.0 MPa蒸汽對射汽抽氣器中與之換熱的凝汽器冷凝液的需求量較少，或者說在同樣的冷凝液量下，其效率也相對較高。

5 射汽抽氣器汽源統(tǒng)一的重要性

若整個裝置都是以2.0 MPa的蒸汽作為射汽抽氣器的汽源，空分系統(tǒng)的汽輪機使用9.8 MPa的蒸汽作為動力源，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)氣壓縮機組、凈化丙烯氣壓縮機組等其他系統(tǒng)的動力蒸汽采用2.0 MPa蒸汽，射汽抽氣器所需氣源只需從動力蒸汽管網(wǎng)上引分支即可。如此一來，當氣化、變換及熱回收系統(tǒng)發(fā)生故障而副產(chǎn)蒸汽量減少時，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合成循環(huán)氣壓縮機組和凈化丙烯氣壓縮機組中的1臺，從而大幅減輕了工作量，也為整個系統(tǒng)的再次開車帶來較大便捷。

6 結(jié)語

對于煤化工企業(yè)來說，一次開車的費用動輒上百萬元，盡可能縮短開車時間，對節(jié)能降耗、優(yōu)化生產(chǎn)、實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化具有重大意義，其中減少汽輪機停車次數(shù)和數(shù)量顯得尤為重要。因此，汽輪機射汽抽氣器選擇優(yōu)質(zhì)、統(tǒng)一、容易操控的汽源，對整個裝置的運行影響是極其深遠的。

[1] 華東電業(yè)管理局.汽輪機運行技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，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，鄂爾多斯市國泰化工有限公司經(jīng)理

TK264.1+4

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1006- 7779(2017)02- 0041- 03

2017- 02- 13)