射汽抽气器蒸汽的选择对煤化工装置运行的影响

薛令光

(鄂尔多斯市国泰化工有限公司 内蒙古鄂尔多斯 017418)

射汽抽气器蒸汽的选择对煤化工装置运行的影响

薛令光

(鄂尔多斯市国泰化工有限公司 内蒙古鄂尔多斯 017418)

概述了汽轮机射汽抽气器的作用及工作原理，简要介绍了煤化工装置中射汽抽气器的蒸汽来源。通过实例剖析了当前射汽抽气器选择汽源所存在的问题，提出了同一套装置中的射汽抽气器汽源应统一且以2.0 MPa蒸汽为汽源的观点。

汽轮机；射汽抽气器；煤化工

射汽抽气器是汽轮机的重要辅机，如何根据企业蒸汽管网的实际情况选择合理压力等级的蒸汽源是保障汽轮机组稳定运行的关键因素之一。笔者结合所经历的煤化工项目中几台汽轮机组的运行情况，就蒸汽源的选择对煤化工装置运行的影响分析如下。

1 汽轮机射汽抽气器的作用及工作原理

射汽抽气器的作用是将漏入凝汽器内的空气和蒸汽中所含的不凝性气体连续不断地抽出，保持凝汽器始终处于高度真空状态，其运行状况直接影响凝汽器内绝对压力的大小，对汽轮机组的安全、经济运行起着重要作用。

图1 射汽抽气器的主要部件

射汽抽气器的主要部件如图1所示，其工作原理：蒸汽减压产生高速气流并在混合室中形成夹带，把汽轮机凝汽器中的不凝性气体和未完全冷凝的乏汽带出进入扩压管后排出，或进入冷却室降温冷凝再排出。射汽抽气器的工作流程：工作蒸汽经工作喷嘴自工作压力P0膨胀至混合室压力Pl(略低于凝汽器压力)，由于压降很大，喷嘴出口的蒸汽流速很大；由于混合室的压力略低于抽气口的压力，故凝汽器中的蒸汽与空气的混合物被吸进混合室并与工作喷嘴出口的工作气流在混合室中混合，然后进入扩压管，流速逐渐降低，压力逐渐升高[1]。

目前，常用的射汽抽气器均为两级抽气器，即2组蒸汽并联，2根扩压管后增设2个冷却室，一级冷却室混合气出口连接二级混合室。两级抽气器的工作方式：第1级抽引蒸汽产生的高速气流在一级混合室与不凝气混合，经扩压管进入一级冷却室冷凝成水，未冷凝的气体再与第2级抽引蒸汽产生的高速气流在二级混合室汇合后经扩压管进入二级冷却室冷凝；经2次抽引后，不凝气中的蒸汽被冷凝回收，无法冷凝的空气则排放至大气中。

2 射汽抽气器的蒸汽来源

由于煤化工装置中具有大量的回收热量，存在多个压力等级的蒸汽管网(一般为9.8，2.0，1.0和0.5 MPa)，所以抽气器在蒸汽来源的选择上就存在多种情况，目前常用的情况有3种：①使用主管网高压蒸汽，在界区内引出分支作为抽气用汽源；②使用2.0 MPa蒸汽管网的蒸汽作为汽源，该管网蒸汽是化工装置的余热副产的蒸汽与来自锅炉的一级减温减压器后的蒸汽汇合后所形成；③使用1.0 MPa蒸汽管网的蒸汽作为汽源，该管网蒸汽是由化工装置相对温度较低的余热产生的蒸汽与来自锅炉的二级减温减压器后的蒸汽汇合后所形成。

3 射汽抽气器所用汽源存在的问题

3.1 影响抽气器使用寿命

河北某焦炉气制甲醇装置空分工段配置了3.5 MPa全凝式汽轮机，射汽抽气器从高压力蒸汽管网引蒸汽作为汽源。该机组运行1年后，凝汽器真空度从额定的-85 kPa升高至-60 kPa，并有继续升高的趋势。当时尽管采取各种措施来提高真空度，包括增设临时管道用脱盐水降低抽气器冷却水温度、适当提高抽气器蒸汽压力以提高抽引蒸汽流速、检修和清洗凝汽器等，但真空度只能在-70 kPa左右维持一段时间，随后又缓慢上升至-60 kPa，夏季真空度甚至更低。

在此种状况下维持运行1年后，对抽气器拆检，检查喷嘴并无异常；对射汽抽气器进行内部除垢后，真空度只能达到-55 kPa；随后更换喷嘴测试，真空度可以达到-90 kPa，从而确定是喷嘴发生变形而造成抽气器抽引效率下降。经分析，造成喷嘴发生变形的原因是抽气用的蒸汽来自高等级蒸汽管网，而射汽抽气器所需的蒸汽压力要求为1.5 MPa左右，但当时在射汽抽气器的蒸汽分支上没有设置减温减压器，运行中很容易造成抽引蒸汽超压，甚至在真空度降低时为提高射汽抽气器抽引能力而人为提高蒸汽压力，喷嘴在长期超压环境下运行，最终发生变形。由于抽气器喷嘴的通径本身就小，稍有变形就会造成抽引能力下降，影响凝汽器真空度。此种变形一般很难通过肉眼判断，即便进行测量，若没有专用工具和专业技术人员，也难以准确判断。

采用此种设计方式时，抽引的蒸汽温度高，降低了抽气器抽引效率。射汽抽气器做功后的蒸汽需用汽轮机凝汽器的冷凝液冷却后再收集，当蒸汽源压力高时，相应的蒸汽温度也高，需要的凝汽器冷凝液量就会增大。但在负荷一定的情况下，汽轮机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气的冷却量减少，不凝气的聚集造成真空度降低，抽气效率下降，汽轮机的效率也会随之降低。此外，射汽抽气器长期在超高温的状态下运行，对其材质影响增大，也会缩短其使用寿命。

3.2 引发蒸汽管网调整困难

在煤化工项目中，由于存在多个不同压力等级的蒸汽管网，不同汽轮机的射汽抽气器混用不同等级压力蒸汽作为抽引汽源是比较常见的设计。由于存在多台汽轮机，其做功蒸汽压力一般在2.0 MPa以上，但其射汽抽气器汽源一般是引自1.0 MPa和2.0 MPa公共蒸汽管网，这部分蒸汽在正常工况下一般来自化工系统的副产蒸汽，来自锅炉减温减压器的减压蒸汽作为补充。汽轮机组作为较大的运行机组，启停相对比较复杂，所以当化工系统出现故障时，一般要求保障汽轮机组运行，特别是空分系统的汽轮机组更是重点保护对象。汽轮机组使用多管网蒸汽时，就给蒸汽管网的调整带来较大困难。

山东某煤制甲醇装置空分系统配置的全凝式汽轮机以9.8 MPa的蒸汽作为主蒸汽，射汽抽气器采用2.0 MPa蒸汽，而合成循环气压缩机组、净化丙烯气压缩机组配置的汽轮机采用2.0 MPa蒸汽作为主蒸汽，射汽抽气器采用1.0 MPa蒸汽作为汽源。在实际运行过程中，曾多次出现因气化、变换及热回收系统发生故障而导致副产蒸汽量减少的情况，为保证空分系统汽轮机的正常运行，不得不减少2.0 MPa蒸汽管网的用户数量，切出1.0 MPa蒸汽管网的所有用户，由此导致合成系统和净化系统的汽轮机抽气器无法工作，这2个系统的汽轮机被迫停车。这还是在调整及时的状况下才保住空分系统的汽轮机不停车，否则将引起全系统停车。

内蒙古某煤制甲醇装置采用1.0 MPa蒸汽管网的蒸汽作为空分系统汽轮机射汽抽气器的汽源，汽轮机主蒸汽采用9.8 MPa的高压蒸汽。此种设计状况更复杂，涉及范围更广，造成系统停车的可能性也更大。因为在气化、变换及热回收系统发生故障而导致副产蒸汽量减少的情况下，如果要保证空分系统的正常运行，除了保证高压蒸汽管网稳定外，还要跨过2.0 MPa蒸汽管网稳定1.0 MPa蒸汽管网，或三个等级的蒸汽管网压力都要保证，这个调整几乎涉及全系统的每个车间，任何一个环节出现问题都会导致1.0 MPa蒸汽管网压力不稳，造成空分系统停车，最终引发全系统停车。同时，由于1.0 MPa蒸汽不是汽轮机的动力源，所以蒸汽品质不高，若在管道吹扫时未引起足够重视，管道内杂质较多，将造成抽气器的喷嘴堵塞，从而引起抽气效率和机组做功效率下降、能耗增大。

4 选择2.0 MPa蒸汽作为射汽抽气器汽源的优势

选择2.0MPa蒸汽作为射汽抽气器汽源具有如下优势。

(1)从整个装置蒸汽管网设置来说，一般煤化工项目2.0 MPa蒸汽压力等级之上是9.8 MPa压力等级的蒸汽，在系统无法提供副产蒸汽时，锅炉减温减压器可将蒸汽压力由9.8 MPa直接减压至2.0 MPa，操作相对比较简单，涉及的车间少，控制较容易。

(2)由于装置中存在多个以2.0 MPa蒸汽作为动力源的汽轮机，故2.0 MPa蒸汽品质较高，且其管道洁净度不亚于9.8 MPa蒸汽管道，一般不会出现抽气器喷嘴堵塞等问题。

(3)2.0 MPa蒸汽压力和温度适中，过热度也相对较低，对射汽抽气器喷嘴的材质要求大大降低，即使采用材质较差的喷嘴，其对喷嘴的损害也较轻。相对高压力等级的蒸汽，2.0 MPa蒸汽对射汽抽气器中与之换热的凝汽器冷凝液的需求量较少，或者说在同样的冷凝液量下，其效率也相对较高。

5 射汽抽气器汽源统一的重要性

若整个装置都是以2.0 MPa的蒸汽作为射汽抽气器的汽源，空分系统的汽轮机使用9.8 MPa的蒸汽作为动力源，则其射汽抽气器汽源可以从2.0 MPa蒸汽管网上接入；合成循环气压缩机组、净化丙烯气压缩机组等其他系统的动力蒸汽采用2.0 MPa蒸汽，射汽抽气器所需气源只需从动力蒸汽管网上引分支即可。如此一来，当气化、变换及热回收系统发生故障而副产蒸汽量减少时，依靠锅炉减温减压器调整2.0 MPa蒸汽管网压力，不仅动作较快，而且压力容易稳定。即使在2.0 MPa蒸汽管网压力难以保证的情况下，也可以有选择性地停运合成循环气压缩机组和净化丙烯气压缩机组中的1台，从而大幅减轻了工作量，也为整个系统的再次开车带来较大便捷。

6 结语

对于煤化工企业来说，一次开车的费用动辄上百万元，尽可能缩短开车时间，对节能降耗、优化生产、实现经济效益最大化具有重大意义，其中减少汽轮机停车次数和数量显得尤为重要。因此，汽轮机射汽抽气器选择优质、统一、容易操控的汽源，对整个装置的运行影响是极其深远的。

[1] 华东电业管理局.汽轮机运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，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，鄂尔多斯市国泰化工有限公司经理

TK264.1+4

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1006- 7779(2017)02- 0041- 03

2017- 02- 13)