ANWIL S.A., kierownik Biura Mechaniki
T
urbina parowa na instalacji produkcyjnej amoniaku jest turbiną zmiennoobrotową, napędzającą trzystopniową sprężarkę gazu syntezowego. Turbina dwukadłubowa wyproduko-wana została przez SFAC – Schneider (oznaczenie producenta: EMM16 2 C 2F) w 1969 roku, a jej moc nominalna i maksymalna wynosi odpowiednio 14010 kW oraz 15140 kW, przy prędkościach obrotowych 11100 RPM i 11655 RPM. Parametry oraz przepływ pary świeżej, upustowej i wylotowej do skraplacza zawarto w tabeli 1. Schemat układu turbiny parowejz zaznaczonym rozpływem pary przedstawiono na rysunku 1. Wymiary gabarytowe turbiny WP-SP:
2800x3000x2500 oraz NP: 2200x2000x1000.
Para świeża kierowana jest do turbiny poprzez za-wór Z-1, który pełni funkcję elementu wykonawczego dla układu sterowania prędkością obrotową turbiny.
Natomiast ilość pary do części SP i NP sterowana jest poprzez zawór Z-2. Zawór Z-1 składa się z siłownika hydraulicznego i belki zaworowej, do której przypięte są trzy zawory parowe (do 2005 roku były cztery).
Schemat zaworu wraz z zasilanymi skrzyniami dy-U T R Z Y M A N I E R dy-U C H dy-U
78 CHEMIA PRZEMYSŁOWA 1/2022
szowymi przedstawiono na rysunku 2. Zawór Z-2 ma podobną budowę jak Z-1. Składa się jednak z trzech zaworów parowych.
Zmiany procesowe
Z uwagi na uwarunkowania procesowe na in-stalacji amoniaku, gdzie upust z turbiny stanowi największe źródło pary średnioprężnej dla pieca reformingu, para świeża po przejściu przez stopień WP turbiny w różnym stopniu była kierowana do upustu. W latach 70. strumień pary upustowej
stano-wił ponad 90% pary świeżej, natomiast obecnie jest to 78-80%. Należy również nadmienić, że ponad 70%
mocy mechanicznej jest generowane w części WP.
Historycznie można wskazać kilka dat, które miały istotny wpływ na pracę całego turbozespołu, zarówno pod kątem zapotrzebowania na moc sprę-żarki, jak i zmian w samej turbinie. Pierwszą kluczową zmianą była modernizacja reaktora w 1998 roku, dla którego pracuje turbozespół, co przyczyniło się do zmniejszenia zapotrzebowania na moc sprężarki do ok. 11,5 MW. Następnie w 2005 roku, z uwagi na większe
U T R Z Y M A N I E R U C H U
CHEMIA PRZEMYSŁOWA 1/2022 79
zapotrzebowanie pary średnioprężnej do procesu tech-nologicznego, w turbinie dokonano modernizacji po-legającej na zaślepieniu skrzynki dyszowej nr 4 (fot. 1) oraz likwidacji częściowego zaślepienia skrzynki nr 3 (zaślepienie częściowe było wykonane przez wytwórcę turbiny w celu dopasowania do wymagań sprężarki).
Pozwoliło to na obniżenie mocy nominalnej turbiny i poprawienie sprawności przy obciążeniach czę-ściowych. W efekcie uzyskano zwiększenie wydatku masowego pary upustowej o blisko 5 t/h, kosztem
zmniejszenia ilości pary kierowanej do skraplacza przy zachowaniu mocy mechanicznej na wale. Poza zwiększeniem strumienia masy pary upustowej, zmianie uległa również jej temperatura, która została obniżona z 381°C do 365°C.
Od strony sprawnościowej zasadność takiej mo-dernizacji była oczywista, ponieważ straty dławienia w zaworach zostały ograniczone dla nowego punktu pracy turbozespołu. Natomiast zwiększyła się nie-równomierność zasilana części WP.
Analizując oryginalne ustawienie zaworów paro-wych dla układu belki zaworowej Z-1, przedstawione na rysunku 3, należy wskazać, że niemal cała para kierowana do turbiny była poprzez zawory 1, 2 i 4, natomiast zawór nr 3 służył jedynie zapewnieniu maksymalnej mocy turbiny.
W 2005 roku przelotność zaworów została skory-gowana poprzez przeprojektowanie otworów podłuż-nych beli zaworowej. Celem prac było zmniejszenie straty dławienia poprzez zmniejszenie tzw. przykry-cia zaworów. Oznacza to, że kolejny zawór regulacyjny miał się otwierać dopiero, gdy zawór poprzedni był już w pełni otwarty. Podejście to poprawia sprawność turbiny, ponieważ ogranicza straty dławienia do jed-nego zaworu. Dodatkowo w trakcie prac zmieniono kolejność otwierania zaworów, zaślepiono zawór nr 4 oraz usunięto częściową przegrodę skrzynki dyszo-wej nr 3. Uzyskaną przelotność układu zaworowego przedstawiono na rys. 4.
Porównując wykresy na rysunkach 3 i 4 widać, że przed modernizacją zawór 4 otwierał się około połowy przelotności skrzynki nr 2, natomiast po modernizacji zawór 3 otwiera się, gdy skrzynka nr 2 osiąga przelotność bliską nominalnej.
Rozwój technologiczny w procesie produkcji amo-niaku i wymiana głównego reaktora syntezy w 2013 roku spowodowały kolejne ograniczenia w zapotrze-bowaniu na moc sprężarki oraz znaczne odsunięcie się od optymalnego punktu pracy sprężarki. Stąd przeprowadzona w 2015 roku modernizacja sprężarki przyczyniła się do zmniejszenia zapotrzebowania na
Temperatura
[°C] Ciśnienie [bar]
Strumień masy[t/h]
Para świeża 530 112 146,3
Para upustowa 385 37 126,1 – 138,9
Para do
skraplacza 46 0,1 7,4 – 20,2
RYS. 1 Schemat układu turbiny parowej z zaznaczonym numerami łożysk. Oznaczenia: WP – cześć wysokoprężna, SP – część średnioprężna, NP – część niskoprężna
Para świeża kierowana jest do turbiny poprzez zawór Z-1, który pełni funkcję elementu wykonawczego dla układu sterowania prędkością obrotową turbiny. Natomiast ilość pary do części SP i NP sterowana jest poprzez zawór Z-2. Zawór Z-1 składa się z siłownika hydraulicznego i belki zaworowej, do której przypięte są trzy zawory parowe (do 2005 roku były cztery). Schemat zaworu wraz z zasilanymi skrzyniami dyszowymi przedstawiono na rysunku 2. Zawór Z-2 ma podobną budowę jak Z-1. Składa się jednak z trzech zaworów parowych.
RYS. 2 Schemat zaworów regulacyjnych Z1 oraz zasilanych skrzynek dyszowych TAB. 1
Parametry pary
RYS. 1 Schemat układu turbiny parowej z zaznaczonymi numerami łożysk.
Oznaczenia:
WP – cześć wysokoprężna, SP – część średnioprężna, NP – część niskoprężna
RYS. 2 Schemat zaworów
regulacyjnych Z1 oraz zasilanych skrzynek dyszowych
U T R Z Y M A N I E R U C H U
80 CHEMIA PRZEMYSŁOWA 1/2022
moc do ok. 9,2 MW, co stanowi już tylko 65% projek-towej nominalnej mocy turbiny.
Drgania turbiny
W grudniu 2018 roku po raz pierwszy odnotowano podwyższone drgania wirnika turbiny parowej, które trwały do kilkunastu minut i początkowo występowa-ły sporadycznie, ale w kolejnych miesiącach powta-rzały się coraz częściej, trwając coraz dłużej. Drgania osiągały największe amplitudy na łożysku nr 2 (rys.
1) części wysokoprężnej turbiny i malały w kierunku części niskoprężnej. Analiza drgań łożysk w funkcji stopnia otwarcia zaworu Z1 wykazała zależność tylko dla łożyska nr 2 i 3. Drgania łożyska nr 2 w kierunku X w funkcji stopnia otwarcia zaworu Z1 dla danych z czerwca 2019 roku przedstawiono na rysunku 5.
W trakcie planowego postoju remontowego turbi-ny pomiary wykazały wyzerowanie luzów w uszczel-nieniach bandażowych po jednej stronie turbiny oraz dwukrotne zwiększenie luzów po stronie przeciwnej.
FOT. 1 Zdjęcie korpusu WP-SP z widocznymi zaworami Z1 i Z2.
Zaślepiony zawór nr 4 znajduje się po lewej stronie zdjęcia