中国石油化工集团公司九江石油化工总厂（江西332004）汪学峰压缩机组的透平机叶片结垢的原因和危害。采用低温低压饱和湿蒸汽清洗去除叶片结垢。
在生产运行中加强水质监督，保证蒸汽品质，取得了明显的效果，解决了机组运行存在的问题，从而提高了机组的运行效率，保障了机组高效、安全、稳定和经济运行。
刖目中国石化股份有限公司九江石化公司化肥厂化肥装置有空气压缩机组、氮气压缩机组、合成气压缩机组、氨压缩机组和二氧化碳压缩机组共五大机组，都属于透平压缩机组，分别采用1MPa、10MPa、7MPa、4MPa和4MPa过热蒸汽驱动透平机。氮气压缩机透平机和氨气压缩机透平机采用全冷凝式，空气压缩机透平机和合成气压缩机透平机采用抽汽凝汽式，二氧化碳压缩机透平机采用抽汽注汽凝汽式。五大机组于1996年9月试车成功投入运行，长期以来保持着良好的运行状态。
缩机组透平机在负荷未增加的情况下，主蒸汽消耗不断增加，且调节级后压力也有所上升，进汽调节阀开度也不断开大。在近1个月的时间内，新蒸汽进汽流量已由原来的98t/h增大至106t/h，调节级后压力也由原来的3.1MPa升至3.7MPa，调节汽阀开度开全，已无调节能力，且经常发生振动加剧的现象，只能采取降低汽轮机的负荷来维持运行，使机组安全运行受到严重影响。
平机也出现效率呈明显下降趋势等类似现象。空气压缩机组透平机因功率最大，蒸汽用量也最大，主蒸汽压力高、温度高，是最易结垢的机组。空气压缩机组汽轮机轮室压力出现上涨趋势，2010年2月最高达（工艺操作规程要求压力必须小于7.3MPa）。空气压缩机组透平机高压蒸汽调节阀经常处于全开状态。尽管采取了降低机组的负荷等措施，机组的运行工况仍然不稳定。通过提高蒸汽初压，增大进汽流量来保证化肥装置正常生产，但是降低了机组运行的安全可靠性，威胁到化肥装置安全稳定生产。
经过专家和工程技术人员会诊，分析造成上述状况的原因是透平机通流部分结垢、结盐引起，对机组的安全经济运行危害极大，因此必须尽快采取有效措施清除结垢物，确保化肥装置安全稳定生产。
装置进行停工检修，发现化肥氮气压缩机组和空气压缩机组的透平机叶片上均有不同程度的结垢现象，该公司质量管理中心分别采集氮气压缩机组和空气压缩机组透平机叶片结垢样品进行化验检测分析，通过测定垢样中的灼烧减量重量百分含量，硅、钠、钙、铁、镁、铝和锌等离子重量百分含量，分析数据中酸不溶物（主要成分为Si2）分别为90.1%和95.2%，垢样化验检测分析结果见表1、表2.表1氮气压缩机组透平机垢样表2空气压缩机组透平机垢样二、原因分析九江石化公司化肥检修指挥部牵头，组织机动处、科技开发处、化肥作业部、热电作业部、质量管理中心和检安石化工程公司等相关单位专业技术人员，就氮气压缩机组和空气压缩机组的透平机叶片结垢的性质和结垢形成的原因进行了成不同程度结垢的结论。
化肥空气压缩机组和氮气压缩机组的透平机叶片上结垢的酸不溶物主要成分为Si2.锅炉水中始终会含有少量（或微量）的盐类物质，工艺要求锅炉给水和主蒸汽中SiO2延迟焦化装置冷凝液、化肥合成装置冷凝液等3股冷凝液，进入采暖系统替代低压蒸汽作为热源，再进入化肥脱盐水装置进行处理。上述冷凝液经过采暖系统循环后，水中Fe23含量大幅上升，远远超过现有化肥脱盐水装置脱除铁离子的能力，造成二级除盐水Fe23超标，导致化肥氮气压缩机组和空气压缩机组的透平机、除氧器和锅炉锅筒等设备出现不同程度的铁腐蚀现象，如除氧器和锅筒内壁呈红色。
氮气压缩机组和空气压缩机组的透平机转子出现不同程度的腐蚀、叶片结垢现象，说明蒸汽中携带了铁离子、硅离子和钙离子等杂质。九江石化质量管理中心在检测冷凝液时，多次检测到Fe23含量超标。
虽然在发现超标时，立即切断冷凝液，分析不超时又继续使用，但这已说明，蒸汽中铁离子、硅离子、钙离子等杂质时有超标。
透平机喷嘴和动叶片在蒸汽中铁、硅、钙离子等杂质严重超标的情况下运行，逐渐形成结垢，对机组安全稳定运行产生影响。又根据主蒸汽流量增加、调节级后压力上升、凝汽器真空度同时上升，调节级后的第四至六级压力级结垢尤其比较严重；调节级、第二、第三级由于蒸汽参数较高，结垢相对要轻；第七、第八级在湿蒸汽区运行，故结垢的可能性较小。
工业生产中，由于蒸汽、凝结水品质不良，盐类和硅超标会导致化肥热电锅炉炉管结垢以及压缩机组的透平机通流系统叶片结垢、结盐、设备腐蚀等现象，对机组的安全、高效、经济运行危害极大，以化肥空气压缩机组的透平机为例。
当蒸汽、冷凝液品质降低，蒸汽中硅、钙、铁、镁、铝等离子超标，空气压缩机组的透平机喷嘴和叶片槽道结垢，产生化学腐蚀，造成叶片型损增大，级效率降低和叶片间蒸汽通流面积减小。在初压不变的情况下，透平机进汽量减少，影响空气压缩机组的出力。透平机热效率每下降0.1%，煤耗就会增加0.1%，全年累计就要多消耗5000多吨燃煤，能耗损失巨大。
如果机组带同样负荷，透平机叶片表面结垢后，蒸汽流量势必加大，叶片蒸汽弯曲应力增加；结垢的叶片离心力增加，叶片离心应力增加。这些都使叶片工作应力增加，导致叶片工作条件偏离设计工况，会改变成组叶片的频率和振型，使透平机叶片振动频率复杂化，叶片安全性会大大降低，严重时会导致透平机叶片损坏事故。
当透平机轮室压力明显升高时，透平机吸汽能力就会明显下降。因此，其最大输出功率就会大大降低，表现出来的现象是进汽调节阀阀杆明显开大甚至全开，最终还可能导致透平机转速下降。同时，沉积物还会引起机械干扰。例如，轴向推力的增加，会使透平机止推轴承过载。
另外，当透平机通流部分结垢严重时，将破坏配汽机构的正常工作，并且容易造成自动主汽门、调速汽门卡死的事故，有可能导致透平机在事故状态下紧急停机时自动主汽门、调速汽门动作不灵活或拒动的严重后果，以致透平机损坏。
九江石化公司针对化肥装置空气压缩机组、氮气压缩机组的透平机叶片结垢的情况，2010年3月化肥装置进行停工检修，清洗去除附着在透平机叶片上的结垢层。机械清洗及化学清洗虽然比较彻底，但检修时间长、费用高；湿蒸汽清洗过程简单易行，便于操作，不需要将机体与系统断开。专家们经过对几套透平机除垢清洗方案综合比较，最终决定采用湿蒸汽清洗方案进行试验。
以清洗化肥空气压缩机组透平机叶片结垢为例，采用在低负荷、低转速、降压、降温下，用低温低压饱和湿蒸汽冲洗清除结垢。使进入透平机第一个结垢级的蒸汽有2%的湿度，利用湿蒸汽做功的同时，冲刷结垢的喷嘴和动叶片，将结垢层溶解，并随做功后的排气凝结水带出。
操作方法是：降低化肥空气压缩机组透平机的负荷，将透平机由抽汽凝汽式变为全冷凝式运行，降低透平机的转速，选择3300r/min，此转速正好避过透平机的临界转速，且在26734233r/min这两个临界转速点之间有较宽的浮动范围。
严格控制主蒸汽流量不宜过大，防止轴向位移过大。蒸汽流量也不宜过低，过低会造成清洗不彻底。进汽温度略高于该压力下的饱和温度，根据清洗时的情况可在清洗后期适当提高新蒸汽的过热度，以减小对已清洗好的叶片的冲蚀，手动用自动主蒸汽阀门控制蒸汽流量，清洗过程中每10min检测一次凝结排水的电导率。并重点监控空气压缩机组透平机膨胀值、轴向位移、振动和温度等重要运行参数在指标范围之内，若运行参数出现大的波动以及主机监视参数过大应果断停机。
清洗时，空气压缩机组透平机的主要参数如下：主蒸汽进汽压机转速33003500r/min.〗月20日17时20分在锅炉压力、温度控制至以上要求后开始清洗，17时50分，检测凝结水电导率为155us/cm，继续清洗至20时10分，凝结水电导率降至21.8us/cm，又清洗30min，连续检测三次凝结水电导率均维持在20us/cm左右，清洗合格。清洗过程中，凝结水电导率呈明显下降趋势，证明透平机汽缸内的结垢物在逐渐减少，清洗效果比较明显。清洗完成后，将透平机主汽温度和压力逐渐提高，空气压缩机组提速正常并加载，这样有利于沉积物的进一步清除。
经过停机检查，空气压缩机组透平机叶片结垢层清除效果良好。
3月26日，化肥装置检修完后开工生产，空气压缩机组恢复满负荷运行，主蒸汽用量减少，各运行参数都控制在指标范围之内。
目前，空气压缩机组透平机已经连续运行8个月，透平机轮室压力在6.8MPa左右。在抽汽状态下，高压蒸汽调节阀开度基本达到了原始开车时的开度85%左右。在全凝时，高压蒸汽调节阀开度在50%左右，机组实现了经济安全运行，达到了预期效果。试验证明，使用低温低压饱和湿蒸汽冲洗清除透平机叶片结垢的方案是可行的。
九江石化公司针对空气压缩机组和氮气压缩机组的透平机叶片结垢的成因采取了相应的改进措施，并对蒸汽、冷凝液品质管理各环节存在的问题进行了整改。
质量管理中心加强水汽品质监督，及时采样、分析锅炉给水、炉水、疏水、冷凝液、饱和蒸汽、过热蒸汽等，保证水汽质量合格。
目前无法分析水中络合态的硅，在以后设备运行过程中，一旦发现锅炉水可溶性Si2含量超标要及时汇报，联系质量管理中心同时采锅炉水和除盐水样做全硅分析，对高温状态Si释放进行验证。
热电作业部脱盐水装置回收的各种冷凝液相对较为复杂，冷凝液回收要经机动处确认后，通过进一步优化工艺运行方式，对工艺冷凝液和透平冷凝液区别对待和处理。目前，焦化装置冷凝液已改炼油系统除油除铁装置处理后，进除氧器进行回收利用；采暖冷凝液目前因为没有过滤设备，暂时另外回收利用。通过以上措施，严格控制化肥脱盐水装置回收的各种冷凝液质量和蒸汽品质在工艺要求的范围之内，尽量减少含Si元素胶状物的形成。
化肥装置空气压缩机组和氮气压缩机组的透平机在运行过程中，发现有叶片结垢等类似问题要及时处理，避免运行工况进一步恶化。在机组运行一定的时间后，定期根据效率对机组的透平机通流部分结垢进行清洗，以保证机组运行效率，降低设备能耗，保障生产装置安全稳定运行。
机动处组织完善蒸汽、冷凝液的分析项目和频次，加强对蒸汽、冷凝液品质的监测和管理。化肥作业部、热电作业部在汽、水品质管理工作上存在不足，作业部尽快提出整改措施，成立攻关小组，按期完成攻关会布置的各项工作。
热电作业部整理全年回收焦化装置冷凝液期间锅炉水可溶性Si2含量超标的数据，完善锅炉锅筒水位的校零工作，使锅筒水位计显示真实可靠，严格监控锅筒水位，避免水位波动太大，同时加强检查与考核；进一步组织对锅炉水pH值不合格原因进行分析，并提出处理措施。作业部要完善在线监测仪表，对产汽单位磷酸三钠等药品耗量要逐月统计。
化肥作业部恢复合成氨装置气化炉废热锅炉加药工作，与质量管理中心对接解决废热锅炉取不到水样的问题，组织专题技术攻关进一步提高除氧水溶解氧合格率。
经过九江石化公司各部门的共同努力，通过采取一系列有效措施，严格监控汽、水品质，提高汽、水品质分析的准确性，严把汽、水品质的质量关，最大程度地降低了汽、水中的杂质含量，减少蒸汽对铁、硅、钙等离子的溶解携带，汽、水品质合格率逐月提高。
据九江石化质量管理中心统计，2008年全厂汽、水品质合格率是83.81%，2009年汽、水品质合格率是92.33%，2010年110月全厂汽、水品质合格率达到93.87%，11月合格率达到95.62%.机组透平机叶片结垢、积盐情况得到了明显改善，因汽、水品质原因引起的非计划停机、停炉事故没有发生，从而达到机组高效、安全、稳定和经济运行，延长机组运行周期和使用寿命的目的。GM
