引风机汽轮机转速过高的原因分析

谢宗杰，贾瑞博

（中海石油建滔化工有限公司，海南东方 572600）

引风机汽轮机转速过高的原因分析

谢宗杰，贾瑞博

（中海石油建滔化工有限公司，海南东方 572600）

针对引风机汽轮机转速过高影响装置安全平稳运行并造成产量减小的问题，分别从引风机的设计、机械设备损坏、转化炉膛风道、工艺各项指标的操作控制以及仪表指示等方面分析和检查，查明主要原因是引风机入口烟气温度过高所致，提出解决引风机汽轮机转速过高的措施。

引风机；汽轮机转速；烟气温度

中海石油化学股份有限公司2 500 t／d甲醇装置，采用英国DAVY公司甲醇生产工艺技术，以海上天然气（甲烷含量61%）为原料，经过蒸汽转化炉转化为甲醇合成气，再经过压缩、合成、精馏等工序，生产符合GB338—2004国标优等品和美国联邦O－M－232K“AA”级标准的精甲醇产品。装置于2010年建成投产，生产中发现转化炉负荷超过94%时，引风机即达到最高控制转速10563 r／min，已经失去引风机汽轮机转速对炉膛负压的调节作用。为了保护转化炉的运行安全，炉膛负压分别设定高联锁和低联锁。引风机汽轮机转速过高，严重影响装置的安全平稳运行，制约装置满负荷生产，影响了产量，造成了巨大的经济损失。

1 工艺流程及工艺参数

1.1 天然气水蒸气转化制甲醇合成气工艺流程

甲醇装置采用顶烧式蒸汽转化炉，转化炉运行期间炉膛压力控制在－80 Pa。鼓风机、引风机均靠背压式蒸汽轮机带动，由鼓风机吸入的空气经过烟道气盘管与烟气换热预热至380℃后进入到转化炉作为燃烧空气，与进入转化炉的高压和低压两股燃料气进行混合燃烧，提供蒸汽转化反应所需要的热量，燃烧后的烟道气进行废热回收后经引风机排入大气。工艺流程见图1。

图1 天然气水蒸气转化制甲醇合成气工艺流程TI－1—引风机入口气体温度；PI－1—转化炉膛压力

1.2 引风机的设计参数

引风机由上海鼓风机厂有限公司设计并制造，风机规格型号为1854Z／1550，型式为离心式。主要参数[1]见表1。

表1 引风机参数

1.3 引风机汽轮机设计参数

引风机汽轮机由杭州汽轮机股份有限公司设计并制造，汽轮机规格型号为NG25／20，型式为背压式。主要参数见表2。

表2 引风机汽轮机参数

1.4 蒸汽转化炉运行参数

本装置采用顶烧式蒸汽转化炉，主要运行参数见表3。

表3 转化炉运行参数

2 影响引风机汽轮机转速过高的因素

2.1 引风机选型问题

引风机作为汽轮机驱动的主要设备，如果设计之初选型不当，实际运行时超过设计的最大功率，则有可能在装置低负荷运行时就已经达到了引风机的设计功率。为了提高装置的生产能力，必须提高汽轮机的转速，则有可能导致汽轮机的转速过高。

2.2 机械设备原因

2.2.1 有异物堵塞风道

在蒸汽转化炉至引风机入口的对流段分布有8组烟气换热盘管，每组盘管单根为水平布置与烟气流动方向垂直，从上到下每组盘管有10根换热管布满烟道，相邻2根管之间约有10cm的空隙，如果有异物堵塞换热盘管之间的缝隙造成烟气流动受阻，会使阻力增大。为了保证转化炉膛的负压，必然增加引风机的转速，就会造成引风机汽轮机转速过高。

2.2.2 引风机叶片变形、损坏

叶片作为引风机做功的直接部件，如果发生变形和损坏，即有可能造成引风机的效率和功率下降，最终无法满足转化炉的工艺要求，而导致引风机汽轮机的转速过高。

2.2.3 引风机入口风门挡板损坏或者开关不到位

引风机入口由2个风道口组成，每一个风道有一个风门挡板，每个风门挡板由9个风门叶片按百叶窗方式排列，2个风道的所有风门叶片连接在一个联轴节上由一个控制阀门控制。如果风门叶片损坏或者与联轴节的连接松动，就会造成引风机入口流通面积减小和阻力增大而导致引风机汽轮机转速的升高；控制阀门开关不到位也会造成引风机入口流通面积减小和阻力增大。为了满足工艺要求，提高引风机转速就会造成汽轮机转速过高。

2.3 工艺操作原因

2.3.1 转化炉堂负压控制过低

引风机的主要作用是保证转化炉膛负压稳定，使装置安全平稳运行。转化炉膛的负压是保证转化炉设备安全的重要控制指标，如果转化炉膛负压控制过低则会造成引风机做功增加，必然会导致引风机汽轮机转速过高。

2.3.2 烟道气氧含量控制过高

烟道气氧含量主要是由鼓风机来控制，如果氧含量控制过高就意味着更多的空气被送进转化炉，为了维持转化炉炉膛压力的稳定，引风机的做功也会跟着增加，造成引风机汽轮机转速的升高。图2为转化炉氧含量与引风机汽轮机转速的关系。

图2 转化炉氧含量与引风机汽轮机转速的关系

2.3.3 系统负荷过高

原料天然气和蒸汽混合后，在转化炉里发生转化反应生成CO、CO2和H2，其过程为一个吸热反应。随着原料气的增加反应所需要的热量也就随之增加，为了维持转化气出口温度在865℃，必须增加燃气流量和空气量来满足转化炉反应的需要，相应的要提高鼓风机、引风机的转速来维持转化炉的稳定，所以负荷过高也会造成引风机汽轮机转速过高。

2.3.4 引风机入口烟气温度过高

装置在开车正常后，一直存在引风机入口温度过高的现象。图3为2012年4月至2013年3月装置检修前1a的引风机入口烟气温度。

图3 引风机入口温度曲线

从图3可见，引风机的入口温度在1a的运行时间内基本维持在179℃左右，而引风机的入口温度设计值为160℃，实际运行温度超过设计温度19℃左右。引风机入口温度与转速的关系曲线见图4。

图4 引风机入口温度与转速的关系曲线

从图4可见，随着引风机入口温度的下降，引风机汽轮机转速明显下降。引风机入口温度的增加是造成引风机汽轮机转速过高的原因之一。

2.4 仪表指示不准确

在装置正常运行期间，所有调整都是依靠仪表指示变化作为依据，如果仪表的指示存在偏差会给操作人员错误的指导。影响引风机转速系统的参数众多，如转化炉炉膛负压、转化炉烟气氧含量、转化炉出口温度等参数。如果一个或多参数出现偏差将有可能导致引风机汽轮机转速过高。

3 影响引风机汽轮机转速过高的原因

针对可能引起引风机汽轮机转速过高的原因分析，在装置检修期间对设备进行了全面检查，在正常运行时对工艺操作条件进行了跟踪对比，并对仪表进行了在线调效。

3.1 引风机实际功率计算

为了确定实际运行期间的引风机功率，对运行期间烟气的流量进行了计算。转化炉的烟气是由进入转化炉的两股燃料气与空气混合燃烧后的产物。进入转化炉的燃料气为两股燃气，一股是高压燃气（天然气），一股是低压燃气（主要是PAS（氢气回收单元）的尾气），两股燃气的组分不同，耗氧量也不同。低压燃气的组分及耗氧量见表4。

表4 低压燃气组分及耗氧量

燃烧单位体积的低压燃气所消耗的空气量

完全燃烧单位体积的低压燃气所产生的气体量

所以得出完全燃烧单位体积的低压燃气后炉膛中剩余的气体量

高压燃气的组分及耗氧量见表5。

表5 高压燃气组分及耗氧量

燃烧单位体积的低压燃气所消耗的空气量

完全燃烧单位体积的低压燃气所产生的气体量

所以得出完全燃烧单位体积的低压燃气后炉膛中剩余的气体量M2＝A2×0.79（空气中的N2）＋B2＋CN2＋CCO2＝6.54×0.79＋2.042＋0.139＋0.229＝7.58

在正常生产时高压燃气消耗量为36×103m3／h，低压燃气消耗量为43×103m3／h。烟气氧含量以2%计算，正常生产时烟气流量

当引风机入口烟气温度设计值160℃、压力0.1 MPa，烟气流量

计算得出当烟气温度、压力正常时引风机的实际功率为198.1m3／s，小于其额定功率224.87m3／s。所以引风机的设计选型是满足使用要求的。

3.2 机械设备检查

2013年3月装置检修期间，设备及工艺技术人员对转化炉对流段进行了详细检查。在检查过程中，并未发现有异物阻塞及损坏的情况。在现场对整个风道和多个软连接进行了多次检查，并没有检查到明显的破损现象，转化炉膛和对流段的窥视孔完好；检修期间对风机内部的尘土附着物等进行了清除，也未发现叶片变形或损坏；检查引风机入口风门挡板所有叶片全都完好，叶片轴承润滑良好且与联轴节连接牢固，风门调节阀也做了行程试验均无问题。

3.3 工艺参数对比（表6）

表6 工艺参数对比

从表6可见，正常生产时装置负荷、炉膛负压和烟道气氧含量均在设计控制值之内，不是造成引风机转速升高的直接原因；引风机入口温度180℃高于其设计温度160℃，从前文分析得出引风机入口温度高会引起引风机汽轮机转速过高。

3.4 仪表检查

发现引风机汽轮机转速过高后，多次对炉膛负压表进行在线校正，均没有发现问题。现场压力表与主控压力表度数对比也基本相同；烟气氧含量的手动分析数据与主控显示氧含量一致；装置检修时对引风机汽轮机转速仪表等逐一进行了检查，均没有发现问题。

4 总 结

通过分析总结基本可以得出结论：引起引风机汽轮机转速过高的原因是引风机入口烟气温度过高。从表6中可以看出烟道气进口和出口的设计温度差为921℃，而实际的温度差为835℃，其原因是转化炉烟气对流段换热盘管的换热能力不足而造成烟气热量后移，导致引风机入口温度过高。决定下次装置检修时对转化炉对流段烟气换热盘管进行改造，提高转化炉对流段盘管的整体换热效率，以解决引风机汽轮机转速过高的问题，从而保证装置的安全平稳运行。

[1]王邦旭.引风机透平转速波动大原因分析与处理措施[J].化工设计通讯，2013，32（10）：13－16.

Cause analysis of the high speed of the fan turbine

Xie Zong-jie,Jia Rui-bo
（CNOOC Kingboard Chemical Co.，Ltd，Hainan Oriental 572600，China）

Aiming at a fan turbine speed is too high impact safety devices running smoothly and caused yield reduced，respectively from the draft fan design，machinery and equipment damage，transformation of the furnace duct，process indicators of the operation control and instrumentation instructions，etc.Analysis and inspection，find out main reason is cited fan inlet flue gas temperature due to the high is proposed to solve cited fan turbine speed is too high to measure.

Fan；Steam turbine；Flue gas temperature

TK284

B

1003-6490（2015）03-053-04

2014－09－17

谢宗杰（1987－），男，四川自贡人，助理工程师，2009年毕业于四川化工职业技术学院化学工程系应用化工专业，现在中海石油建滔化工有限公司工艺运行四队工作。