摘要：某炼油厂1#催化气压机的一条进汽支线因流速过低而内部蒸汽温降严重，当其供汽比例提高时，气压机进汽母管蒸汽温度大幅下降，本文介绍分析了该问题及其解决方法。
关键词：蒸汽；管线；流速；温降
1 概述
某炼油厂1#催化气压机由背压式汽轮机驱动，进行富气等介质的压缩，该气压机所用蒸汽为中压汽（压力为3.5MPa左右，温度为420℃左右），排汽为低压汽（压力为0.9MPa左右，温度为290℃左右）。2016年上半年，该机组多次出现进汽温度大幅下降的情况，4月18日发生的一次尤为严重（见图1：炼油一部中压汽相关参数曲线图，红色曲线即为该1#催化气压机进汽温度），近20分钟里进汽温度由426℃下降至285℃，直接威胁机组的设备安全，降低了机组出力，1#催化当时濒临停工状态。
炼油一部中压汽简要流程见图2，汽源有两个：1#余热炉和热电作业部。正常情况下，热电作业部约25-30 t/h中压汽供给炼油一部（图2中AB段），其中20-25 t/h在焦化平台供给焦化气压机（图2中BC段），余下部分流向1#催化（图2中BE段：中压汽关键管段），与1#余热炉产汽一起（图2中DE段），供给1#催化气压机（图2中EF段）。炼油一部1#催化气压机所使用的中压蒸汽，主要由1#余热炉提供，少量由热电作业部补充，特殊情况下，1#余热炉产汽较多，供给1#催化气压机后，剩余部分流向焦化平台。1#余热炉和热电作业部所产中压汽的温度非常稳定，一般均在435℃左右。
通过分析1#催化气压机进汽温度大幅下降时的全厂中压汽系统工况，尤其是炼油一部中压汽相关参数曲线图（见图1）可知，事发的整个过程，1#余热炉产汽温度都稳定在439℃左右，焦化气压机进汽温度都稳定在398℃左右（热电作业部距离焦化约700米，中压汽温降一般约30℃），表明两个汽源当时供汽温度十分正常，问题不在汽源上。
从焦化平台至1#催化段中压汽管线（该管线上无远程温度测点），长约250米，管径较大（DN350管线约150米，DN250管线约100米），因管线保温表面散热而存在热量损失，当蒸汽流过该段管线时，蒸汽温度必然随之下降，流速越低时间越久，温降越严重，尤其是介质停滞时，中压汽甚至可能凝结积水。
由炼油一部中压汽相关参数曲线图（见图1）可知：事发前，1#催化气压机进汽流量、1#余热炉产汽流量分别为43.8t/h、42.4t/h，导致从焦化平台至1#催化段的中压汽流量仅为1.4 t/h，通过计算可知焦化平台至1#催化段末端蒸汽为湿饱和蒸汽状态，温度约244℃，随后1#催化气压机进汽因故小幅增加，而1#余热炉产汽量基本稳定不变，使焦化平台至1#催化段中压汽管线内更多的湿饱和蒸汽进入1#催化气压机，导致1#催化气压机进汽温度开始降低，蒸汽做功能力降低，进汽流量被迫进一步增加，短时间内形成恶性循环，导致1#催化气压机进汽温度最低降至285℃。
1#催化气压机进汽温度降低前和最低时的蒸汽工况分析计算如下：
1#催化气压机进汽温度降低前，1#催化气压机进汽管线（图2中EF段）、1#余热炉产汽管线（图2中DE段）、焦化平台至1#催化段（图2中BE段），其蒸汽流量分别为q a1、q b1、q c1，1#催化侧（靠近图2中E点侧）蒸汽温度分别为ta1、tb1、tc1，蒸汽比焓分别为h a1、h b1、h c1，热流量分别为Q a1、Q b1、Q c1；1#催化气压机进汽温度最低时，1#催化气压机进汽管线、1#余热炉产汽管线、焦化平台至1#催化段，其蒸汽流量分别为q a2、q b2、q c2，1#催化侧（靠近图2中E点侧）温度分别为ta2、tb2、tc2，蒸汽比焓分别为h a2、h b2、h c2，热流量分别为Q a2、Q b2、Q c2。各工况下各点的蒸汽压力基本稳定在3.5MPa。因1#余热炉与1#催化（图2中DE段）距离较近，1#催化与1#催化气压机（图2中EF段）距离较近，而流量均较大，忽略两段管线内的蒸汽温降。
已知p=3.5 MPa，ta1=426℃，tb1=439℃，查表可知h a1= 3282 kJ/kg、h b1= 3311kJ/kg，又已知q a1= 43.8 t/h，q b1= 42.4 t/h，可知Q a1= q a1* h a1= 143751MJ/h，Q b1= q b1* h b1= 140386 MJ/h；因整个过程仅有蒸汽的热量传递而无能量转化，在1#催化处（图2中E点）进出蒸汽的能量平衡，故Q c1= Q a1- Q b1= 3365 MJ/h，而q c1= q a1- q b1=1.4 t/h，可知h c1=Qc1/q c1=2403kJ/kg，查表可知tc1=244℃，干度为0.78。
已知p=3.5 MPa，ta2=285℃，tb2=439℃，查表可知h a2=2933 kJ/kg、h b2= 3311kJ/kg，又已知q a2=58.2 t/h，q b2= 45.3 t/h，可知Q a2= q a1* h a2= 170700MJ/h，Q b2= q b2* h b2= 149988 MJ/h；同上，Q c2= Q a2- Q b2= 20712MJ/h，而q c2= q a2- q b2=12.9 t/h，可知h c2=Qc2/q c2=1605kJ/kg，查表可知tc2=244℃，干度为0.31。
由以上分析计算可知（因各测点可能存在误差，且忽略了图2中DE段、EF段的温降，计算结果仅供参考），极端情况下，焦化平台至1#催化段的中压汽管线，因管线较长，蒸汽流速过低，管线保温表面散热导致内部蒸汽温度下降严重，达到湿饱和状态，干度约在0.31-0.78，工况变化时，这些低温蒸汽大量进入1#催化气压机，是造成1#催化气压机进汽温度突降的根本原因。
3 对策
为了避免上述问题发生，消除隐患，采取了以下优化调整和改造措施：
炼油一部适当开启1#余热炉的减温减压器，将1#余热炉所产中压汽部分转化为低压汽，减少1#余热炉外供中压汽流量，或直接改变1#余热炉产汽量，从而主动打破1#催化与1#余热炉的中压汽近平衡状态，使焦化平台至1#催化段中压汽流量能够保持在5t/h以上。另外，计划在焦化平台至1#催化中压汽管线末端，安装远程温度测点，以便实时监控主动调整，防止该管线温降过大。
2016年5月，热电作业部在焦化平台至1#催化中压汽管线上，安装了疏水器，以便及时排掉可能存在的管道积水。另外，申报了热电作业部至1#催化中压汽管线的保温完善计划，以减少其散热损失，控制蒸汽温降。
采取了以上一系列措施后，1#催化气压机进汽温度基本稳定，未再出现温度异常下降的情况。
4 结束语
对于比较复杂的大型蒸汽管网，尤其是炼厂汽轮机的供汽管网，蒸汽流速对蒸汽温度有直接的影响，关系到设备的安全运行，需要引起足够的重视，采取有效的调整措施。
参考文献：
[1]李诚.热工基础[M].北京：中国电力出版社，2006
[2]景朝晖.热工理论及应用[M].北京：中国电力出版社，2006
论文作者:袁康,凌畅
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/26
标签：蒸汽论文; 管线论文; 温度论文; 余热论文; 压机论文; 中压论文; 分别为论文; 《电力设备》2017年第5期论文;