李长春，曹振涛，李卓彦，李凯

（1.中石化广元天然气净化有限公司，四川 广元 628400；2.四川中泽油田技术服务有限责任公司，四川 成都 610000）

高硫天然气净化装置的硫磺回收及尾气处理单元工序涉及到高温传热反应，通过克劳斯炉、尾气焚烧炉的传热，通常能够产出大量的高压蒸汽。为尽可能地节约含硫天然气净化装置的运行能耗，越来越多的装置选用了蒸汽透平设备，将蒸汽的热能直接转换成透平转子旋转的机械能，从而节约装置耗电量。分析蒸汽透平的运行问题，研究提升其投用时间的关键技术，对企业节约能源、提高经济效益有重要意义。

1 蒸汽透平运行现状

1.1 蒸汽透平介绍

某净化装置克劳斯风机（K-301A）为离心式鼓风机机组，是输送气体的机械，主要用于向Claus反应炉提供所需的燃料空气；该机组为蒸汽透平驱动，主要包括风机、齿轮箱和蒸汽轮机；机械部分主要包括离心式鼓风机、蒸汽透平及润滑油站等。汽轮机为中压背压式汽轮机，型号为505T，汽轮机机组采用WOODWARD 505数字电子调节器；体积流量额定值为22149.7Nm3/h，蒸汽透平消耗高压过热蒸汽流量最大值为13.5t/h，最低驱动流量为高压过热蒸汽流量需达到8t/h，投用期间每小时节约能耗为460KW.h。

1.2 运行存在问题

（1）装置蒸汽透平的投用必须在一定原料气负荷下有足够的富余蒸汽产量后才能投用，蒸汽富裕产量与装置负荷的匹配关系不明确，造成负荷波动时电驱备机频繁启动造成能耗增加。

（2）进出口管线热膨胀，导致透平位移、振动值异常升高。试车及运行过程中发现2台蒸汽透平K-301A均存在同一点的非驱动端振动问题，对蒸汽透平K-301A出口管线反复试车中发现，热对中时水平偏差0.5mm，在机组冷却到40℃时，再次复核对中，水平偏差0.18mm；且汽轮机出口管线U型管处易积水，在汽轮机背压暖管时，汽轮机轮室有积水风险，且跳车后，有低压蒸汽倒灌风险

2 蒸汽透平投用率提升技术

2.1 蒸汽透平投用与装置负荷匹配调控技术

蒸汽透平的稳定运行需要至少8t/h的高压过热蒸汽，该蒸汽来源主要依靠装置的自身富裕蒸汽产量提供，装置蒸汽主要产蒸汽及耗蒸汽设备见表1所示。为方便统计，用Eci符号表示各设备的蒸汽产出，Ehi符号表示消耗，t/h，下标i表示设备的序号，统计见表1。

表1 设备代号统计

蒸汽量平衡公式如下：

以上公式中要求Eh4的最小值大于8t/h，实际运行中S-701无实际指标要求，但为防止管线积水引发水击，过热蒸汽管网至S-701段的管线一般应最低保障蒸汽流量在 3t/h以上，界区外输蒸汽量最小消耗量为0t/h，热损失量为0.5t/h，即：

化简后：

令E富裕＝（Ec1＋Ec2）—（Eh1＋Eh2＋Eh3）

记录装置各个负荷点的运行数据做曲线如图1所示。

图1 原料气量与富裕蒸汽量的关系

通过线性回归得到经验公式：

反推计算可得出，当E富裕＞11.5t/h时，原料气的处理量Q应大于：

故投用透平的最低负荷应为6.24万方/小时，考虑到运行稳定性及波动性，通常规定原料气流量高于7万方时，应该稳定投运蒸汽透平。

2.2 蒸汽透平进口管线改造

（1）在透平出口U型弯管线处增加导淋防止U型管积水，并未防止积水及低压蒸汽在跳车后进行倒灌提出在U型管前增加出口单项阀和出口闸阀，双重保险，保证设备安全。

（2）蒸汽透平入口增加温度计，及时监测蒸汽入口温度，将尾炉过热段出口现场手动放空阀改为电动阀内操控制，一旦尾炉过热段温度异常下降，内操可及时放空，防止尾气焚烧炉异常运行状况下蒸汽温度压力变化导致的蒸汽透平跳车。

（3）测算不同温差下对中的差异情况，对管线进行走向改造，减少热膨胀管线长度，同时增设管线支架，以自然补偿与补偿器相结合的方式减小剩余应力，减缓应力造成管道位移和振动。

3 结语

蒸汽透平的投用率主要取决于设备自身完好性及装置处理负荷两方面。某含硫气田净化装置通过研究优化，克劳斯风机蒸汽透平投运率由76%提升至了85%，设备因管线应力引发振动跳车的次数降低至了1次/年以下，同时确定了7万方以下负荷才需启动电驱风机的操作原则，大幅降低了装置能耗，为同类型企业提升蒸汽透平的投用时间提供借鉴与参考。