論大型合成氨、甲醇裝置離心式壓縮機(jī)的試車

吳雙月

東華工程科技股份有限公司 安徽合肥 230002

大型合成氨、甲醇裝置中的合成氣壓縮機(jī)和冰機(jī)一般都采用離心式壓縮機(jī)，為了降低運(yùn)行成本，其驅(qū)動(dòng)型式多為蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。離心式壓縮機(jī)是生產(chǎn)裝置的核心設(shè)備，具有轉(zhuǎn)速高、機(jī)械效率高、輸氣均勻、維護(hù)簡(jiǎn)單、占地面積小、振動(dòng)小、潤(rùn)滑油消耗少，能經(jīng)濟(jì)方便地調(diào)節(jié)負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。但離心式壓縮機(jī)一般投資比較大，所以一般都沒有備機(jī)。離心式壓縮機(jī)技術(shù)較為復(fù)雜，使用中如發(fā)生故障或事故，往往造成非常嚴(yán)重的后果，損失也相當(dāng)慘重。因此為它所設(shè)置的保護(hù)系統(tǒng)也相當(dāng)復(fù)雜，安裝后都要進(jìn)行單機(jī)試車、聯(lián)動(dòng)試車及投料試車。

由我公司總承包的某公司30萬t/ a 合成氨和30萬t/ a 甲醇裝置的合成氨合成氣壓縮機(jī)、甲醇合成氣壓縮機(jī)、合成氨冰機(jī)、甲醇冰機(jī)均采用離心式壓縮機(jī)，且都為凝汽式透平驅(qū)動(dòng)。此四臺(tái)壓縮機(jī)工程設(shè)計(jì)均由我公司設(shè)計(jì)并全程參與壓縮機(jī)試車及試生產(chǎn)。本文對(duì)此四臺(tái)壓縮機(jī)試車及投料生產(chǎn)中存在的問題及解決方法做一簡(jiǎn)要總結(jié)，并結(jié)合其他的工程設(shè)計(jì)提出建議，以供參考。

1 離心式壓縮機(jī)基本情況介紹

本項(xiàng)目四臺(tái)離心式壓縮機(jī)分別為合成氨合成氣壓縮機(jī)、甲醇合成氣壓縮機(jī)、合成氨冰機(jī)、甲醇冰機(jī)，其中合成氨合成氣壓縮機(jī)、甲醇合成氣壓縮機(jī)為垂直剖分結(jié)構(gòu)；合成氨冰機(jī)、甲醇冰機(jī)為水平剖分結(jié)構(gòu)。合成氨合成氣壓縮機(jī)及透平由日本三菱公司生產(chǎn)；甲醇合成氣壓縮機(jī)、合成氨冰機(jī)、甲醇冰機(jī)的壓縮機(jī)均為沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司生產(chǎn)；甲醇合成氣壓縮機(jī)、合成氨冰機(jī)的透平由杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)，甲醇冰機(jī)的透平由杭州中能汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)。

此4 套離心式壓縮機(jī)及透平主要技術(shù)參數(shù)如表1、表2 所示。

表1 四套壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)一覽表

表2 四套壓縮機(jī)汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)一覽表

2 透平單機(jī)試車過程中出現(xiàn)的問題、原因分析及解決措施和建議

2.1 冷凝系統(tǒng)真空無法達(dá)到設(shè)計(jì)值

2.1.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

2011 年10月26日，甲醇冰機(jī)透平單機(jī)試車。在一切準(zhǔn)備就緒后，啟動(dòng)開車抽氣器和主抽氣器，冷凝系統(tǒng)真空達(dá)到15kPa，能滿足設(shè)計(jì)要求啟動(dòng)透平。當(dāng)透平轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/ min時(shí)，由于冷凝液無法排出，現(xiàn)場(chǎng)就地排冷凝液。這時(shí)透平真空度急劇下降，汽輪機(jī)排汽溫度高，現(xiàn)場(chǎng)停車。

2.1.2 原因分析

綜合以上信息，首先考慮有地方漏真空，于是用正壓充水方法查漏點(diǎn)，但未查到漏點(diǎn)。

繼續(xù)準(zhǔn)備就緒，抽真空，真空度又達(dá)到15kPa，啟動(dòng)透平后又由于冷凝液無法排出就地排放，真空度又下降到25 kPa 以上，汽輪機(jī)排汽溫度高，停車。

以上幾次停車過程都發(fā)現(xiàn)透平冷凝液就地排放的時(shí)候，系統(tǒng)真空下降快。現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)，排氣安全閥的密封水管道尺寸只有DN15；由于透平冷凝液現(xiàn)場(chǎng)排放后，泵出口壓力降低，導(dǎo)致排氣安全閥的密封水不能連續(xù)進(jìn)水。因此懷疑排氣安全閥水封有問題。

2.1.3 解決措施和建議

拆開排氣安全閥，發(fā)現(xiàn)排氣安全閥水封的高度低于回水管口高度。通過加高排氣安全閥水封圍堰，同時(shí)更換抽氣器的噴嘴，繼續(xù)開車，冷凝系統(tǒng)的真空度達(dá)到11kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

建議以后工程設(shè)計(jì)中考慮開車時(shí)排氣安全閥的密封水采用外界的脫鹽水，避免由于冷凝液就地排放時(shí)密封水壓力不夠?qū)е抡婵詹▌?dòng)。

2.2 透平排汽溫度高于設(shè)計(jì)值

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

甲醇冰機(jī)透平單機(jī)試車，在轉(zhuǎn)速6800r/ min 時(shí)，透平排汽溫度達(dá)到120℃。由于溫度超標(biāo)，制造商試車人員要求停止試車。

2.2.2 原因分析

透平排汽溫度高有如下幾種可能：

(1) 進(jìn)后汽封的管道在后氣缸有漏點(diǎn)，蒸汽直接漏進(jìn)導(dǎo)致溫度高；

（2）溫度儀表有問題，顯示不準(zhǔn)確；

（3）汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的問題。

2.2.3 解決措施和建議

制造商從總部派遣有經(jīng)驗(yàn)的調(diào)試人員到現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)此透平的特點(diǎn)，在單機(jī)試車時(shí)候，由于沒有負(fù)荷，存在鼓風(fēng)效應(yīng)，高溫的氣體沒有完全做功即到了透平的排氣端；如果帶負(fù)荷試車，過了臨界轉(zhuǎn)速后溫度即可以降下來?，F(xiàn)場(chǎng)將透平和壓縮機(jī)連接后繼續(xù)試車，在轉(zhuǎn)速3000r/ min 時(shí)，排汽溫度已經(jīng)達(dá)到140℃，但繼續(xù)升速并且過臨界轉(zhuǎn)速達(dá)6800r/ min 時(shí)，透平排汽溫度降為80℃，試車合格。

建議以后的工程設(shè)計(jì)對(duì)于杭州中能這種型式的汽輪機(jī)，汽輪機(jī)的輔機(jī)及儀表設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到試車時(shí)候的高溫工況。

2.3 透平振動(dòng)聯(lián)鎖跳車

2.3.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

合成氨冰機(jī)透平單機(jī)試車，當(dāng)轉(zhuǎn)速升到300 r/ min 時(shí)，透平進(jìn)汽端振動(dòng)值超標(biāo)，聯(lián)鎖跳車；

2.3.2 原因分析

透平振動(dòng)聯(lián)鎖值為63μm，在轉(zhuǎn)速為300 r/ min 時(shí)，振動(dòng)值為67μm，超過聯(lián)鎖值跳車。由于開車時(shí)調(diào)節(jié)閥開度較大，回調(diào)時(shí)導(dǎo)致振動(dòng)偏高。

2.3.3 解決措施建議

根據(jù)實(shí)際情況，將透平振動(dòng)聯(lián)鎖值由63μm 修改為80μm，繼續(xù)試車，透平在試車初期振動(dòng)最大值為72μm，試車成功。由于原始開車時(shí)透平蒸汽調(diào)節(jié)閥回調(diào)大，在透平平穩(wěn)運(yùn)行后需要將振動(dòng)聯(lián)鎖值修改為原設(shè)計(jì)值，以保證透平長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 透平轉(zhuǎn)速顯示不一致

2.4.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

合成氨合成氣壓縮機(jī)透平單機(jī)試車時(shí)，發(fā)現(xiàn)ITCC 顯示屏上透平轉(zhuǎn)速的測(cè)速顯示SI 和KI 顯示不一致。

2.4.2 原因分析

透平測(cè)速一般有三個(gè)測(cè)速探頭SE，有一個(gè)鍵相探頭KE，此兩種探頭測(cè)出來的速度應(yīng)當(dāng)一致。由于SE 測(cè)速是通過測(cè)速齒輪的齒數(shù)計(jì)算出來的，按照三菱公司設(shè)計(jì)文件，測(cè)速齒輪的齒數(shù)為23個(gè)，但根據(jù)KE 顯示的速度反算測(cè)速齒輪的齒數(shù)應(yīng)為30個(gè)，由于安裝的時(shí)候沒有數(shù)齒輪數(shù)，儀表組態(tài)的時(shí)候按設(shè)計(jì)文件23個(gè)組態(tài)，可能設(shè)計(jì)文件存在錯(cuò)誤。但是三菱公司現(xiàn)場(chǎng)試車指導(dǎo)人員堅(jiān)決認(rèn)為設(shè)計(jì)文件不會(huì)有問題，并且確定他們?cè)O(shè)計(jì)的齒輪不可能是偶數(shù)，通過和三菱總部人員溝通也認(rèn)為設(shè)計(jì)文件沒有問題，懷疑是儀表組態(tài)有問題。

2.4.3 解決措施和建議

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，業(yè)主和設(shè)計(jì)院要求打開透平端蓋，具體數(shù)測(cè)速齒輪齒數(shù)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，測(cè)速齒輪齒數(shù)為30個(gè)，并讓三菱公司現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)人員親自確認(rèn)通過后，總部修改設(shè)計(jì)文件，按30個(gè)齒數(shù)重新儀表組態(tài)，SI 和KI 數(shù)據(jù)一致。

建議以后透平安裝時(shí)，認(rèn)真核實(shí)測(cè)速此輪齒數(shù)并記錄，以備儀表組態(tài)時(shí)和設(shè)計(jì)文件校對(duì)。

2.5 透平試車時(shí)缸內(nèi)有異響聲

2.5.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

合成氨冰機(jī)透平單機(jī)試車時(shí)，在透平低速暖機(jī)階段，現(xiàn)場(chǎng)人員用聽筒聽透平缸內(nèi)響聲時(shí)候，發(fā)現(xiàn)透平排汽端缸內(nèi)有異響聲，要求緊急停車。

2.5.2 原因分析

缸內(nèi)有響聲，有多種可能：

（1）透平排汽端缸內(nèi)因有盤車裝置，有可能是手動(dòng)盤車和刺輪沒有完全脫離；

（2）缸內(nèi)有很小的異物；

（3）缸內(nèi)的疏水不好。

由于DCS 上顯示透平的振動(dòng)值未出現(xiàn)異常，所以懷疑疏水問題?，F(xiàn)場(chǎng)檢查所有的疏水閥，閥門均是打開的，沒有發(fā)現(xiàn)異常，可能是疏水管道堵塞?，F(xiàn)場(chǎng)用手摸透平疏水閥，發(fā)現(xiàn)疏水管道溫度很低，因此判斷疏水管道堵塞。

2.5.3 解決措施和建議

拆開疏水管道和疏水膨脹箱上的閥門，發(fā)現(xiàn)閥門上出廠自帶的防止污染的塑料蓋沒有拆去即安裝上，當(dāng)場(chǎng)將塑料蓋拆去。

建議在以后的設(shè)備、管道安裝時(shí)，應(yīng)清理設(shè)備、管道上所有的異物，避免影響開車。

3 壓縮機(jī)聯(lián)動(dòng)試車中出現(xiàn)的問題、原因分析及解決措施和建議

3.1 壓縮機(jī)付推軸承溫度高跳車

3.1.1 現(xiàn)場(chǎng)情況2011年11月15日甲醇合成氣壓縮機(jī)試車，在8800 r/ min時(shí)，壓縮機(jī)一個(gè)付推軸承的溫度高聯(lián)鎖停車。

3.1.2 原因分析

有幾種可能原因?qū)е聹囟雀撸?/p>

（1）潤(rùn)滑油供應(yīng)不足；

（2）軸承摩擦；

（3）熱電偶自身問題。

3.1.3 解決措施和建議

現(xiàn)場(chǎng)查看潤(rùn)滑油情況，潤(rùn)滑油正常；通過拆下軸承蓋和軸承，發(fā)現(xiàn)熱電偶接線和壓縮機(jī)平衡盤有摩擦，導(dǎo)致熱電偶接線斷裂。重新?lián)Q熱電偶時(shí)，針對(duì)壓縮機(jī)機(jī)器設(shè)計(jì)中沒有考慮熱電偶接線固定的問題，現(xiàn)場(chǎng)采用704 膠將熱電偶接線固定，試車成功。

建議在壓縮機(jī)機(jī)器的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮埋入式的熱電偶接線的固定，避免由于類似的原因發(fā)生事故；工程公司在審查制造商資料時(shí)候，應(yīng)重點(diǎn)審查。

3.2 壓縮機(jī)軸承蓋冒氣管冒油

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

甲醇冰機(jī)試車，當(dāng)轉(zhuǎn)速到6900 r/ min 時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承蓋冒氣管冒油，現(xiàn)場(chǎng)緊急停車。

3.2.2 原因分析

由于壓縮機(jī)試車時(shí)，干氣密封和壓縮機(jī)之間的連接管已經(jīng)連接，干氣密封一級(jí)泄露氣管去火炬管的閥門沒有打開，壓縮機(jī)密封腔內(nèi)的氣體無法排出，直接到軸承端，氣體將潤(rùn)滑油形成氣泡從軸承蓋的冒氣管帶出。

3.2.3 解決措施和建議

打開一級(jí)密封排氣管，同時(shí)調(diào)整潤(rùn)滑油壓力和隔離氣壓力不要太大。

建議以后試車前需要做好充分準(zhǔn)備和檢查，將所有的閥開、關(guān)情況做好記錄。

3.3 潤(rùn)滑油泵聯(lián)鎖停車

3.3.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

合成氨合成氣壓縮機(jī)試車時(shí)，潤(rùn)滑油泵突然聯(lián)鎖停車，導(dǎo)致壓縮機(jī)聯(lián)鎖停車。

3.3.2 原因分析

壓縮機(jī)試車時(shí)，同時(shí)采用油濾機(jī)對(duì)油箱的油進(jìn)行過濾。由于設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)?rùn)滑油泵有保護(hù)措施，即潤(rùn)滑油箱的液位到一定液位時(shí)候才能啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵，設(shè)計(jì)了泵的允許開車條件，但電氣專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)將允許開車條件設(shè)計(jì)為聯(lián)鎖條件。在油濾機(jī)對(duì)油箱進(jìn)行過濾的時(shí)候，油箱液位瞬間降低使?jié)櫥捅寐?lián)鎖停車，導(dǎo)致潤(rùn)滑油總管供油壓力低，最終聯(lián)鎖停壓縮機(jī)。

3.3.3 解決措施和建議

修改電氣設(shè)計(jì)，將潤(rùn)滑油泵的聯(lián)鎖停車修改為泵的允許開車條件，并且要求采用油濾機(jī)操作時(shí)嚴(yán)格控制油箱的液位。

建議以后工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)和制造商溝通，了解制造商的意圖，避免因設(shè)計(jì)理念不一致導(dǎo)致錯(cuò)誤。

3.4 壓縮機(jī)振動(dòng)值突然增大

3.4.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

合成氨合成氣壓縮機(jī)試車時(shí)，在壓縮機(jī)過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，壓縮機(jī)振動(dòng)值瞬時(shí)突然增大，稍后下降。

3.4.2 原因分析

合成氨合成氣壓縮機(jī)試車是采用氮?dú)庠囓嚕⑶沂情]路循環(huán)。由于開車時(shí)，壓縮機(jī)缸內(nèi)的壓力只有2kgf/ cm2就沖轉(zhuǎn)開車，并且為了保證壓縮機(jī)缸內(nèi)壓力不升高，關(guān)小了入口氮?dú)忾y，在暖機(jī)的低轉(zhuǎn)速時(shí)，入口流量能滿足要求，在壓縮機(jī)升速過臨界時(shí)，由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速快速升高，入口流量來不及補(bǔ)充，導(dǎo)致壓縮機(jī)接近喘振。通過進(jìn)口壓力顯示，在快速過臨界時(shí)，壓縮機(jī)進(jìn)口壓力下降到1kgf/ cm2。

3.4.3 解決措施和建議

試車時(shí)候提高缸內(nèi)壓力，并且壓縮機(jī)過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)增大壓縮機(jī)入口氮?dú)庋a(bǔ)充量。

建議以后壓縮機(jī)聯(lián)動(dòng)試車時(shí)候盡量能開式試車，一定要保證壓縮機(jī)的進(jìn)口流量，特別是在過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，要充分考慮轉(zhuǎn)速的提高，壓縮機(jī)吸氣量增大而需要補(bǔ)充進(jìn)口氣體的情況。

4 壓縮機(jī)投料試車中出現(xiàn)的問題、原因分析及解決措施和建議

4.1 合成氨冰機(jī)帶液

4.1.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

合成氨冰機(jī)嚴(yán)重帶液，進(jìn)口分離器液氨液位升高，壓縮機(jī)喘振。

4.1.2 原因分析

試生產(chǎn)的時(shí)候是當(dāng)?shù)囟?，且冰機(jī)負(fù)荷低，壓縮機(jī)的防喘振閥一般有40%的開度，由于冰機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，防喘振管線是將壓縮機(jī)出口高溫氣體經(jīng)過水冷器冷卻后回到壓縮機(jī)入口，在冰機(jī)負(fù)荷低且當(dāng)?shù)貧鉁氐偷臅r(shí)候，經(jīng)過防喘振冷卻器后的氣體已經(jīng)冷凝，回流的氣體嚴(yán)重帶液，導(dǎo)致進(jìn)口分離器液位高，壓縮機(jī)帶液。

4.1.3 解決措施和建議

在防喘振冷卻器出口氣體管道上設(shè)置溫度報(bào)警，當(dāng)溫度低于50℃時(shí)候，手動(dòng)關(guān)小冷卻器的循環(huán)水閥，保證回流氣體不帶液。

建議在以后的工程設(shè)計(jì)中采用溫度控制自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻器循環(huán)水閥，保證回流氣體溫度不低于50℃。

4.2 冰機(jī)停車后儲(chǔ)罐液氨進(jìn)入進(jìn)口分離器

4.2.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

合成氨冰機(jī)停車后，發(fā)現(xiàn)液氨儲(chǔ)罐的液氨減少并進(jìn)了入口分離器。

4.2.2 原因分析

冰機(jī)設(shè)計(jì)過程中，為了防止喘振回流氣體溫度高而影響冰機(jī)的效率，一般均設(shè)計(jì)噴氨管線。在冰機(jī)試生產(chǎn)過程中，由于負(fù)荷較低，防喘振管線和噴氨管線上的控制閥均需要打開。在冰機(jī)停車后，由于沒有及時(shí)關(guān)閉噴氨閥，導(dǎo)致儲(chǔ)罐的液氨通過噴氨閥一直進(jìn)入到進(jìn)口分離器。

4.2.3 解決措施和建議

鑒于冰機(jī)停車后噴氨閥沒有自動(dòng)關(guān)閉的事實(shí)，為了減少人為操作失誤，增加冰機(jī)停車聯(lián)鎖關(guān)閉噴氨閥，并要求操作人員關(guān)注冰機(jī)停車后噴氨閥的閥位。

建議以后的工程設(shè)計(jì)時(shí)考慮開車工況，對(duì)噴氨管線的溫控閥設(shè)計(jì)為停車聯(lián)鎖關(guān)閉，避免人為操作失誤導(dǎo)致事故。

4.3 甲醇合成氣壓縮機(jī)新鮮段防喘振閥不能全關(guān)閉

4.3.1 現(xiàn)場(chǎng)情況

甲醇合成氣壓縮機(jī)投料試車，轉(zhuǎn)速在9710r/ min 時(shí)，循環(huán)段防喘振閥可以關(guān)閉，流量也滿足要求，但新鮮段防喘振閥不能關(guān)閉；為了關(guān)閉新鮮段，降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，隨著轉(zhuǎn)速的降低，循環(huán)段流量下降，循環(huán)段防喘振閥需要打開，不能關(guān)閉。

4.3.2 原因分析

甲醇合成氣壓縮機(jī)采用單缸的缸外混合工藝，新鮮氣和循環(huán)氣在合成工序的EOR 和SOR 工況下，軟件包提供的參數(shù)相差較大，為了滿足軟件包的不同工況下的參數(shù)要求，可能制造商新鮮段設(shè)計(jì)流量偏大。

4.3.3 解決措施和建議

由于壓縮機(jī)進(jìn)口切斷閥采用兩位閥，沒有調(diào)節(jié)的作用，在壓縮機(jī)不能通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)滿足多工況的情況下，也不能通過調(diào)節(jié)進(jìn)口壓力來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的流量。

建議以后工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)不同工況壓縮機(jī)參數(shù)相差較大情況，首先需要和制造商核實(shí)在不改變進(jìn)口壓力下，工藝參數(shù)是否能通過改變轉(zhuǎn)速滿足，如果不能滿足，需考慮對(duì)進(jìn)口切斷閥采用調(diào)節(jié)閥，在不同工況下調(diào)節(jié)壓縮機(jī)入口壓力，以滿足工藝生產(chǎn)中多變的工況的要求。

壓縮機(jī)是工廠的心臟設(shè)備，需從設(shè)計(jì)的源頭做好技術(shù)工作，從施工安裝中確保質(zhì)量，從精心操作上維護(hù)平穩(wěn)運(yùn)行，才能保證工廠的運(yùn)行平穩(wěn)。

1 時(shí)鈞,汪家鼎,余國(guó)琮,陳敏恒主編. 化學(xué)工程手冊(cè)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 1996

2 胡建洲. 大型離心式壓縮機(jī)試車工作總結(jié)[J]. 天然氣與石油2010,5：45- 48