12MW抽汽背压式汽轮机组应用总结

Aug 2012 化肥设计 Chemical Fertilizer Design 第 50 卷第 4 期 2012 年 8 月 12 MW 抽汽背压式汽轮机组应用总结 赵欣亮 蒋昭辉 三星化工有限责任公司 安徽 涡阳233610 摘要 介绍了 12 MW 抽汽背压式汽轮机组的运行参数 工艺流程 主要设备及设计特点 简述了机组的调试和运 行情况 排查了机组试车过程出现的问题及原因 提出了机组运行的注意事项 结果表明 机组总投资 1 300 万元 含土建 管道安装费用 机组现满负荷运行 每小时节电 3 696 kW h 每年可节约开支 1 117 万元 1 年多即可收 回投资 关键词 12 MW 抽汽背压式汽轮机组 试车 运行 总结 doi 10 3696 j issn 1004 8901 2012 04 012 中图分类号 TQ113 251文献标识码 B文章编号 1004 8901 2012 04 0036 04 Applying Summarization for Back Extracting Turbine with a Capacity of 12 MW ZHAO Xin liang JIANG Zhao hui Three Stars Chemical Engineering Company Ltd Woyang Anhui233610hina Abstract Author has introduced the operating parameters process flow main equipment and design features for back extracting turbine set with a capacity of 12 MW has briefly described the commissioning and operating situation of this turbine set has inspected the problems existing in commissio ning progress and its reason has proposed the matters to be noticed in operation of turbine set Result indicates that the total investment of turbine set is only 13 million Yuan RMB including civil pipeline installation fee operating can be made under full load electricity can be saved by 3 696 kW per hour 11 770 000 Yuan RMB can be saved approximately annually this investment can be recovered in a period more than one year Key words back extracting turbine set with a capacity of 12 MW commissioning operating summarization doi 10 3696 j issn 1004 8901 2012 04 012 安徽三星化工有限责任公司原有3 台抽凝式汽 轮机 能耗较大 且抽汽压力不能满足化工生产 1 3 MPa 蒸汽的需要 因此公司决定淘汰 3 MW 抽凝式 机组 并在该位置新上 1 台 12 MW 的抽背汽轮机组 来满足化工生产所需1 3 MPa 和0 5 MPa 的蒸汽用 量 同时达到节能耗降的目的 该套机组和原有的 6 MW 12 MW 汽轮机重新整合成目前的供热 供电 系统 既解决了蒸汽供需紧张的问题 又降低了发 电 供热成本 给企业带来了较高的经济效益 笔 者以下从机组概况 调试与试运行 运行效益等方 面对 12 MW 抽汽背压式汽轮机组的应用情况作一 总结 供同行参考 1确定方案 鉴于本公司已经存在 2 台抽汽凝汽型机组的 实际情况 通过对化工工段用电 用汽平衡的研究 决定采用抽汽背压式机组主要基于以下几点考虑 1 抽汽冷凝式通过冷凝造成大量能量损失 而抽汽背压式机组没有蒸汽冷凝 可节省大量循环 冷却水 2 110 kV 变电站投入生产后 企业用电不会 紧张 长远打算也不需要发更多的电 机组可提供 1 3 MPa 蒸汽供尿素等后工段使用 3 由于 2009 年 5 月的扩能改造 合成氨产量 已由 23 万 t a 上升到 30 万 t a 后工段用汽紧张需 尽快解决 2机组概况 2 1机组优点 抽背汽轮发电机与抽凝机组相比 热利用率相 对提高 30 其与背压机组的比热利用相同 但其 可以提供 2 种以上不同参数的蒸汽 一种是抽汽压 力为 1 3 MPa 中压蒸汽供尿素以及变换工段使用 另一种是经过背压压力为0 5 MPa 的蒸汽供造气工 段使用 机组的灵活性高 发电的同时还可缓解企 业蒸汽供给不足的问题 作者简介 赵欣亮 1973 年 男 安徽涡阳人 1992 年毕业于安徽 省化工学校化工工艺专业 工程师 现任三星化工有限责任公司副 总经理 从事化工生产技术管理等工作 63 2 2运行参数 12 MW 抽汽背压式机组的抽汽流量为 30 t h 范围为20 40 t h 背压排汽流量为102 t h 范围为 90 115 t h 主蒸汽参数变化范围及操作要求 如下 1 蒸汽温度为 435 420 445 蒸汽压力 为 3 43 MPa 3 14 3 63 MPa 2 当主汽门前蒸汽压力为 3 73 MPa 或温度 为 450 时 每次运行不超过 30 min 全年累计不超 过 20 h 3 当主汽门前蒸汽压力小于 3 14 MPa 或蒸 汽温度小于 420 时 应按规定减负荷运行 4 为保证机组安全和经济运行 必须严格按 照 热力特性曲线 所规定的工况操作 5 汽机长期运行时所带最低负荷应在额定负 荷的 1 3 以上 机组运行中主要监视参数见表 1 发电机主要 监视参数见表 2 表 1机组主要监视参数 序号名称主要参数 1主汽门前蒸汽压力 MPa3 14 3 63 2温度 420 445 3主油泵出口油压 MPa1 08 最大 1 2 4轴加疏水箱液位2 5 4 5 5油泵组进口油压 MPa0 12 最大 0 14 6润滑油压 MPa0 08 0 15 7冷油器出口油温 35 45 8轴承回油温度 65 9轴承温度 75 10轴承振动 mm 0 05 11EH 泵控制油压 MPa2 5 3 5 12EH 泵控制油温 35 45 表 2发电机主要监视参数 序号名称参数 1发电机额定功率 kW12 000 2发电机周波 Hz50 0 5 3发电机进风温度 20 40 4发电机定子线圈最高允许温度 120 2 3工艺流程 来自锅炉的新蒸汽经隔离门到主汽门 主汽 门内装有蒸汽滤网 以分离蒸汽中的水滴和防止杂 物进入汽轮机 蒸汽由主汽门经三通接头分别进 入汽轮机蒸汽室两侧 蒸汽在汽轮机中膨胀做功抽 出部分蒸汽进入工业热网 另一部分蒸汽继续做功 后 其排汽进入排汽热网 汽轮机可有调整抽汽和背压排汽 调整抽汽和 排汽主要供工业用汽 抽汽管道上装有液压止回 阀 以避免蒸汽倒流影响汽轮机运行安全 当主汽 门关闭或甩负荷时 抽汽阀连动装置亦随之动作 并使抽汽阀操纵座内腔压力水被排出 使抽汽阀在 弹簧作用下确保关闭 背压排汽管道应安装安全 阀 电站热力系统由电力设计单位按实际需要和 汽轮机本体情况设计决定 主蒸汽管路 抽汽管路 排汽管路应尽量对称 布置或增加热补偿弯头 以尽可能抵消或减小对汽 轮机的推力 机组工艺流程见图 1 图 1机组工艺流程 2 4主要设备 12 MW 抽背汽轮机组为中压 单缸 抽汽 背压 式汽轮机 其设备主要有汽轮机本体 此外还有冷 油器 轴封加热器 减温器等辅机 以及 DEH 电液 调节部分所组成 12 MW 抽汽背压式汽轮机组主 要设备参数见表 3 表 3 12 MW 抽气背压式汽轮机组主要设备参数 序号 设备名称数量 台参数 1汽轮机1功率12MW 抽汽量30 t h 排汽102 t h 2轴封加热器2冷却水量 30 t h 压力 0 58 MPa 3冷油器2 冷却面积 40 m2 冷却水量 117 t h 4减温器1流量 80 t h 5电控油泵站1油压 3 5 MPa 油温 35 45 2 5设计特点 12 MW 抽汽背压式汽轮机组转子由 1 级复速 级和 4 级压力级组成 压力级叶片均为我国新研 发 自行设计的新型直叶片 该叶片造价低廉 热效 率高 是近来国家大力推广的产品 本机组具有调 整抽汽 1 3 MPa 和背压排汽 0 5 MPa 2 种参数蒸汽 供化工用汽 既可满足发电又可满足供汽 机组的 73 第 4 期赵欣亮 等 12 MW 抽汽背压式汽轮机组应用总结 运用可谓达到了 吃干榨净 的效果 为确保机组安全稳定运行 调节系统采用南京 汽轮机厂自主研发的国内最先进的电液调节系 统 DEH NK 其由计算机控制部分 也称数字 控制系统 和 EH 液压执行机构组成 系统控制精度 和自动化水平较高 热电负荷自整性也大为提高 3机组调试 机组的调试过程十分严细 从机械的 DCS 调 试 到整个开机过程和运行调节过程实现了自动 化 安全自动保护 一旦出现故障即实现记忆 可迅速查处故障原因 不必推理分析判断 大大缩 短了排除故障的时间 调试分为 4 个步骤 从机 组整套启动开始 操作人员严格按照制定的启动方 案进行操作 冲临界平稳过关 2 800 r min 电液转 换动作自动调节 第 1 步获得了成功 标志着电液 转换系统正确 第 2 步系统自动缓慢升速到额定 3 000 r min 标志着调节系统安全可靠 为安全并网 发电打下了基础 第3 步合闸并网发电 第4 步 增负荷暖机 由排空平稳转化为向化工送汽 机组 背压运行成功 电负荷升至 5 000 kW h 已经具备 投抽汽 这是最后一关 同时也是最关键的一关 为确保安全和不影响全厂生产 采取超常规投抽汽 操作 即自然投抽汽 4机组投资 抽汽背压机组总投资 1 300 万元 其中土建费 用 73 85 万元 管道安装费用 19 54 万元 设备及技 术投资 1 206 61 万元 2008 年 11 月土建施工 2009 年 5 月完成设备安装和工艺配管 2009 年 6 月 9 日冲转并网 升负荷到 2 MW 由排汽向化工单元 提供 0 5 MPa 蒸汽 5运行情况 2009 年 6 月 10 日采用不可调自然投方式由抽 汽口先向外供少量蒸汽 然后逐步增加负荷 十分 顺利地把抽汽投入到自动状态 抽汽压力自动控制 在 1 2 MPa 随后电负荷也逐渐加到额定的 12 MW 抽汽量稳定在40 t h 排汽量为100 t h 达到了设计 上的最理想状态 机组运行 3 年来极为稳定 并积 累了一定的运行操作经验 如在正常运行过程中 要结合工厂实际来调整运行工艺 以获得最优的运 行工况 我公司 1 2 MPa 的蒸汽不够用 每小时还 有 25 t 蒸汽要经过减温减压至 1 2 MPa 于是在运 行调节时 在允许范围内尽可能加大抽汽量 这样 就减少了双减的开度 降低了背压压力 既优化了 工况还可发电 6机组振动 汽轮机组试车及运行过程中曾出现过异常振 动的问题 这是汽轮机常见故障中较为复杂的一种 故障 机组投运后的测振数据显示 在额定发电 12 MW 抽汽为 30 t h 时 振动值 0 007 mm 额定 0 005 mm 且此时的轴向位移也偏大 由于机组 的振动往往受多方面的影响 只要与机组本体有关 的任何一个设备或介质都会成为机组振动的原因 比如进汽参数 疏水 油温 油质等等 没有查出原 因时不能轻易打开机组进行检查 应通过可能引起 汽轮机振动的汽流激振 转子热变形 摩擦振动等 几个主要原因进行排查 1 汽流激振的排查 汽流激振的原因 一是出 现较大量值的低频分量 二是受到运行参数变化的影 响 振动增大并呈突发性 例如负荷变化就可引起叶 片受不均衡气体来流的冲击发生汽流激振 排查的 方式是 长时间记录机组每次的振动数据和机组满 负荷运行的数据 做出成组曲线 观察曲线的变化趋 势和范围 进行改变升降负荷速率的实验 观察从 5 t h 到40 t h 的抽汽量逐一变化的过程和曲线变化 的情况 通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重 调特性来消除汽流激振 也就是可以采取减少负荷变 化的频率和避开产生汽流激振的负荷范围的方式来 避免再次发生汽流激振 排查结果表明 汽流激振 引起的机组振动可以避免 2 转子热变形的排查 通过长期测得的振动 数据 振动信号的相位是判断机组振动临界转 速的非常重要参数之一 也是进行故障诊断的重要 参考信息 同时还是进行转子现场动平衡必不可少 的重要数据 机组虽装有振动监测表 但准确度较差 我们 主要靠便携式振动表来定期监测振幅偏差 机组转子变形所引发的振动一般发生在机组 冷态启动定速后带负荷阶段 当转子温度逐渐升 高 材质内应力释放将引起转子热变形 一倍频振 动增大 同时可能伴随相位变化 由于引起了转子 弯曲变形将会导致机组异常振动 转子弯曲即转 子质量偏心 因而会产生与质量偏心类似的旋转矢 量激振力 同时轴弯曲会使两端产生锥形运动 因 而在轴向还会产生较大的工频振动 另外 转轴弯 曲时 由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的 离心力相位不同 两者之间相互作用会有所抵消 转 83 化肥设计2012 年第 50 卷 轴的振幅在某个转速下会有所减小 即在某个转速 上 转轴的振幅会产生一个 凹谷 依据携带型振 动表监测的数据 分析认为机组的异常振动有可能与 转子热变形有关 遂与汽轮机制造厂协商 打开机组 更换了新的转子以减低机组的异常振动 总之 机组振动测试结果是研究机组运行状况 的重要依据 因此必须加强对机组振动的监测 做 到制度化和经常化 当机组振动值突然增大并达 到规程规定值时 应及时果断停机 防止损坏扩大 若机组振动增大 但尚未达到紧急停机的振动值 时 应及时对比分析 查找原因 并采取措施防止设 备损坏事故的发生 7技改措施 1 原汽轮机组汽封漏汽的回收设计是直接配 管到除氧器内进行回收 但在实际运行过程中 一 旦除氧器压力高于漏汽压力就会出现倒流 造成汽 封漏汽进入油系统导致润滑油质量下降 甚至出现 水进入油内和机内的情况 威胁机组的安全运行 技改措施是利用 1 台旧的换热器 用汽封漏汽加热 进入除氧器的脱盐水 冷凝下来的凝水直接利用位 差回到输水箱重复使用 这样既回收了汽封漏汽的 热量 又解决了倒流的问题 2 原汽轮机油的过滤设计是在电液阀后加滤 网过滤 运行中多次出现脏物卡住电液阀的情况 造成高低压调杆不动作 影响机组的安全运行 采 取的技改措施是在电液阀前增加 1 个 25 mm 的旁 滤 解决了电液阀被卡的问题 3 原开机时设计是固定 1 个冲转速率 然后 通过控制系统自动调整主汽门开度 但实际运行 中 转速波动较大 技改措施是根据开机时转速的 不同阶段 设定不同的主汽门阀位限制 设定最大 和最小开度 使进汽量的波动不致太大 转速上升 平稳 并节约开机时间 8经济效益 12 MW 抽汽背压式汽轮机操作弹性高 该机组 主要以汽定电 同时降低了用电 用汽费用 减少了 大量能量损失 该工艺与抽凝式或背压式工艺相 比 可提供 2 种不同压力的蒸汽 而且节能效果显 著 目前该机组满负荷运行 担负着三星化工有限 公司生产上所需的 0 5 MPa 和 1 3 MPa 的全部用 汽 按额定工况耗汽量 10 82 kg kW h 计算 每小 时机组节电 3 696 kW h 每天可节约 31 032 元 全 年节约 1 117 15 万元 而且除了油冷器需要少量冷 却水外 不再需要大量冷却水来冷凝蒸汽 节能效 果极为显著 具有良好的经济效益和环保效益 收稿日期 2012 04 24 行 业 信 息 2012 年第 1 季度有关化肥行业主要经济指标 序号行业类别 企业数 个 资产总计 万元 1 3 月累计 同比 主营业务收入 万元 1 3 月累计 同比 利润总额 万元 1 3 月累计 同比 利税总额 万元 1 3 月累计 同比 1石油和化学工业合计26 647810 374 26415 7270 392 05614 717 248 611 15 037 115 149