锅炉给水系统优化改造分析及实施效果
2021-01-10姚明伟
姚明伟
（国家能源集团宁夏煤业烯烃一分公司，宁夏银川750411 ）
国家能源集团宁夏煤业烯烃一分公司的烯烃装置锅炉给水动力站所产生的蒸汽主要是供给装置设备、管线伴热、工艺反应和汽轮机等使用。该锅炉给水动力站设计4台给水泵，提供锅炉用水及外供丙烯装置减温器用水，其中1#、2#泵为定速电机驱动，3#泵为液力耦合器调速电机驱动，4#泵为蒸汽透平驱动。锅炉给水泵故障导致了蒸汽压力波动、供给不稳定，严重影响汽轮机稳定运行，反之又影响了给水泵的正常运行，导致给水泵频繁损坏。
1 锅炉水泵存在问题分析
1.1 锅炉给水泵的主要参数
烯烃一分公司DG-280/9.81-II1型循环流化床锅炉为自然循环锅炉，锅炉水循环采用集中供水，分散引入、引出的方式。供水为压力12.5~13.5 MPa、pH值8.5~9.6、电导率≤15 μs/cm、硬度0 μmol/L的除盐水，产生的高压蒸汽温度510~530℃、压力（9.4±0.2）MPa、二氧化硅含量≤20 μg/L、Na＋≤5 μg/L、电导≤10 μs/cm。动力站给水泵P-292206A、P-292206B为定速电机驱动，P-292207泵为电机驱动＋液力耦合器调速，P-292208泵为蒸汽透平驱动。
1.2 存在问题分析
给水泵运行方式原设计为3开1备，为达到节能降耗目的，调整为2开2备。装置正常运行时，2台给水泵能够满足运行要求，但装置向甲醇分公司及烯烃一套供汽时，锅炉用水量增大，锅炉汽包补水困难，汽轮机只能降负荷，影响装置安全、高效运行。装置投运以来，调速给水泵故障率高，长期处于故障检修状态，制约了着装置的安全稳定运行。
2台泵运行时，工艺波动汽轮机转速降低给水泵扬程降低导致供水反顶，造成给水泵频繁损坏，不得不进行多次检修，严重影响了正常的供水要求。
1.2.1 故障现象
给水泵故障主要表现一是驱动端和非驱动端机械密封泄漏，二是轴向窜动量大导致振动值高达12 mm/s；1至9级叶轮、叶轮及壳体口环磨损；导叶套磨损；两侧轴承座变形；平衡盘、平衡套、平衡座磨损等。
P-292208解体发现存在密封环与叶轮之间间隙偏大很多，达到0.85~0.9 mm；导叶套与叶轮后轴颈之间间隙偏大很多，达到1.10~1.3 mm；平衡盘和平衡板磨损严重、平衡挡套偏磨、平衡衬套刺漏冲刷、推力轴瓦磨损严重、机封损坏漏水等。密封圈损坏、老化。
1.2.2 原因分析
P-292207、P-292208给水泵采用液力耦合器调节，转速存在滑差（1.5%~3%），调速不能及时跟踪给水泵扬程的变化，泵转速只能达到2 900 r/min，扬程低于定速泵，产生憋泵、出力不足现象，造成故障率偏高，三个多月就要检修一次。P-292206A、P-292206B锅炉给水泵为定速运行，2014年以来出力良好，运行可靠，故障率低。
当装置向甲醇分公司和烯烃一套装置供汽时锅炉负荷增加，用水量增大，若是2台锅炉给水泵运行，则给水压力偏低无法满足供水需求，若是3台给水泵运行则给水母管压力高，经常造成汽泵憋泵，不仅给水泵故障率较高，而多开1台给水泵造成了动力的浪费，能耗偏高。主要原因是在设计时，对系统汽轮机供汽量波动考虑不足，导致给水泵扬程不满足系统压力要求。
2 改造措施
2.1 新增1台小流量高压给水泵
根据装置实际工艺要求，新增1台小流量高压给水泵，运行方式为间歇启动。当锅炉供汽量增大，两台给水泵不能满足工艺要求时，及时启动小流量高压给水泵补水。这样，既能保证两台给水主泵（电机驱动泵＋汽轮机驱动泵）稳定运行，又能保证甲醇分公司和烯烃一套正常供汽，确保化工装置安全稳定高效运行。
2.2 改液力耦合器调节为定速调节
根据操作积累的经验，不需要在运行过程中液耦调节给水泵的速度，所以将P-292207调速给水泵液力耦合器拆除改为高压电机驱动，可满足正常运行需求，并作为电机驱动正常转速给水泵的备泵。
3 改造后效果
3.1 实现了平稳低耗运行
给水系统优化改造完成后，彻底解决了动力站供水系统给水泵故障率高的问题，实施2＋1给水泵运行方式，检维修工作量明显下降，装置能耗显著降低，确保了装置安全、稳定、高效运行。
3.2 经济效益
改造之前，三台给水泵运行（两台运行无法满足调峰的需求）能力过剩，其中定速给水泵电流为199 A，调速给水泵电流为184 A。运行工况调整后，实施1台汽轮机驱动泵＋1台电机驱动泵＋1台小流量高压给水泵运行的模式。电机驱动给水泵电流上涨至203 A，停用1台给水泵节约用电1 590 kW·h/h，全年运行按8 000 h、每kW·h按0.391元计算，则年可节约电费497.35万元。
新增小流量给水泵每小时耗电315 kW·h，计算全年（间歇操作，保守按年运行3 000 h计算）耗电费用37万元。则预计年可以节约电费460.35万元。
4 结论
煤化工装置安全稳定运行与设备优化和管理紧密相关，通过对设备与工艺总体分析，发现设备配置不合理问题，解决了装置的运行瓶颈，提升了装置运行安全可靠性和持续创效的能力，达到了节能降耗目的。
