煤制乙二醇轉(zhuǎn)機(jī)選型與優(yōu)化

郜善軍

(安陽(yáng)永金化工有限公司 ， 河南 安陽(yáng) 455133)

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煤制乙二醇轉(zhuǎn)機(jī)選型與優(yōu)化

郜善軍

(安陽(yáng)永金化工有限公司 ， 河南 安陽(yáng) 455133)

介紹了煤制乙二醇裝置中轉(zhuǎn)機(jī)的選型及運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題及解決辦法，為新上或技改提供了參考。

煤制 ； 乙二醇 ； 轉(zhuǎn)機(jī) ； 優(yōu)化

0 前言

安陽(yáng)年產(chǎn)20萬(wàn)t煤制乙二醇項(xiàng)目是河南省重點(diǎn)項(xiàng)目，是國(guó)內(nèi)建成并達(dá)標(biāo)的單套能力最大項(xiàng)目之一。該項(xiàng)目于2012年底建成投運(yùn)，一次開車成功并產(chǎn)出優(yōu)等品。近幾年來(lái)，經(jīng)過(guò)對(duì)試生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題不斷總結(jié)完善，生產(chǎn)工藝不斷優(yōu)化，各類轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)機(jī))的選型及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高了裝置和設(shè)備運(yùn)行的安全性，最終實(shí)現(xiàn)了裝置滿負(fù)荷、長(zhǎng)周期運(yùn)行，最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行周期達(dá)到160 d，各項(xiàng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)保持在同行業(yè)前列水平。本文結(jié)合該裝置生產(chǎn)運(yùn)行中轉(zhuǎn)機(jī)技改經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)并探討煤制乙二醇轉(zhuǎn)機(jī)選型應(yīng)注意關(guān)注的問(wèn)題。

1 主要轉(zhuǎn)機(jī)選型

目前國(guó)內(nèi)年產(chǎn)20萬(wàn)t的煤制乙二醇都是采用草酸酯加氫法制取乙二醇工藝技術(shù)，在局部細(xì)節(jié)上存在差異。該工藝技術(shù)僅主裝置需要配套轉(zhuǎn)機(jī)260臺(tái)套，涵蓋種類多，工藝條件要求較苛刻，有汽輪機(jī)、大型離心壓縮機(jī)、往復(fù)式活塞壓縮機(jī)、真空泵、往復(fù)柱塞泵、屏蔽泵、磁力泵、離心泵、高速泵等附屬配套，同時(shí)工藝物料也比較復(fù)雜。因此轉(zhuǎn)機(jī)的選型好壞牽涉到后期裝置的運(yùn)行周期、檢修維護(hù)、備件費(fèi)用等。

1.1 合成與加氫循環(huán)壓縮機(jī)

合成與加氫循環(huán)機(jī)是乙二醇裝置中最核心的兩臺(tái)工藝設(shè)備。合成循環(huán)機(jī)擔(dān)負(fù)草酸酯制備系統(tǒng)工藝氣體的循環(huán)，提供循環(huán)流量和壓力源。加氫循環(huán)機(jī)擔(dān)負(fù)粗乙二醇制備系統(tǒng)工藝氣體的循環(huán)，提供循環(huán)流量和壓力源。這兩臺(tái)設(shè)備停機(jī)就意味著系統(tǒng)停車，他們有循環(huán)量大、軸功率大、聯(lián)鎖多的特點(diǎn)；一般選擇離心式壓縮機(jī)，該類型離心壓縮機(jī)及配套電氣儀表國(guó)內(nèi)完全可以制造。

1.1.1 合成循環(huán)機(jī)

表1 合成循環(huán)機(jī)

草酸酯合成系統(tǒng)比較復(fù)雜，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①組分復(fù)雜(有8種以上)且組分比例范圍窄，相對(duì)分子質(zhì)量大，平均相對(duì)分子質(zhì)量為33；②酯化和羰基化兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)串聯(lián)在一個(gè)系統(tǒng)中，互起作用，3 min一個(gè)循環(huán)，操作彈性??；③反應(yīng)壓力低，(0.3～0.4 MPa)。這幾方面造成造成設(shè)備及管道直徑大，軸功率很大(8 000～10 000 kW)，系統(tǒng)聯(lián)鎖復(fù)雜。

合成循環(huán)壓縮機(jī)循環(huán)量一般在28×104Nm3/h左右，由于升壓低、中間不設(shè)級(jí)間冷卻，出口溫度≤90 ℃，管道直徑大，一般采用雙吸單出，機(jī)殼水平剖分，干氣密封氣源原則上采用N2，條件許可采用潔凈的CO更好。

驅(qū)動(dòng)方式可選汽驅(qū)或電驅(qū)，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。公司設(shè)計(jì)采用汽輪機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定。缺點(diǎn)：高壓蒸汽管道原始吹掃，汽機(jī)和管道熱膨脹，每次汽機(jī)大修需要單獨(dú)暖管，單試合格后，再和壓縮機(jī)聯(lián)試，最惡劣的情況是單試不合格的開缸，時(shí)間長(zhǎng)，不保險(xiǎn)，汽輪機(jī)大修后試車到備機(jī)一般需要4 d左右，這些要充分考慮。目前考慮國(guó)內(nèi)大型煤化工的需要，上電、南陽(yáng)、佳木斯都有10 000 kW以上增安型異步電動(dòng)機(jī)，考慮到維護(hù)操作，如果電網(wǎng)許可，也可采用電驅(qū)。

1.1.2 加氫循環(huán)機(jī)

加氫循環(huán)機(jī)參數(shù)如表2所示。

表2 加氫循環(huán)機(jī)

加氫組分比較單一，主要是氫氣，加氫系統(tǒng)對(duì)氫酯比有一定要求，循環(huán)量一般在68×104Nm3/h左右，系統(tǒng)壓力在3.0 MPa，壓力降在300 kPa以內(nèi)。因此，考慮循環(huán)量及范圍、前后壓差，該離心機(jī)采用葉輪順排布置、機(jī)殼垂直剖分，單進(jìn)單出結(jié)構(gòu)，不設(shè)中間冷卻器，設(shè)液力耦合器用于調(diào)速，增速機(jī)、配備ITCC運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，級(jí)間采用迷宮密封，軸端采用干氣密封，密封氣采用潔凈工藝氣，采用膜片聯(lián)軸器。這種配置，機(jī)器操作簡(jiǎn)單、維修方便，開停、運(yùn)行、調(diào)速、安裝、維護(hù)。

由于氫分子小，壓縮比小，軸功率在3 000 kW左右，一般選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

1.2 草酸酯輸送泵的選擇

草酸酯分子式為C4H6O4，相對(duì)分子質(zhì)量118，熔點(diǎn)54 ℃，相對(duì)密度1.15，可與甲醇互溶，有毒性。草酸酯泵的主要作用是把液體草酸酯由0.2 MPa加壓到4 MPa送到加氫系統(tǒng)進(jìn)行加氫反應(yīng)。可選泵型有柱塞泵、多級(jí)屏蔽泵、多級(jí)離心泵、高速泵等，這幾種泵型都可以滿足工藝要求，不同之處在于使用維護(hù)上。柱塞泵的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行穩(wěn)定、調(diào)節(jié)方便，缺點(diǎn)是介質(zhì)容易泄漏難處理，同時(shí)進(jìn)出口管線振動(dòng)難控制。多級(jí)屏蔽泵的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)泄漏，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，13級(jí)葉輪組，裝配精度高，特別是滑動(dòng)軸承易受潤(rùn)滑散熱影響而破損，屏蔽套一旦破損需要返廠維修。多級(jí)離心泵的優(yōu)點(diǎn)是耐沖擊、運(yùn)行穩(wěn)定，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修安裝對(duì)中精度要求高，泵體兩頭機(jī)封要求高。

高速泵的優(yōu)點(diǎn)是單級(jí)葉輪、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，缺點(diǎn)是巡檢水平要求高，問(wèn)題預(yù)判水平高，由于葉輪不帶蓋板、直線葉片，轉(zhuǎn)速高，一旦出現(xiàn)碰磨，會(huì)出現(xiàn)比較大的破壞。

公司原采用三柱塞往復(fù)泵，管道振動(dòng)大，造成設(shè)備管口振裂、管架平臺(tái)振動(dòng)，多次加固處理仍有隱患，隨著負(fù)荷的增加振動(dòng)會(huì)相應(yīng)增大；同時(shí)柱塞填料函介質(zhì)泄漏無(wú)法根治，后采取引流收集槽方案予以解決。為保證系統(tǒng)高負(fù)荷生產(chǎn)，解決運(yùn)行隱患，經(jīng)過(guò)多次調(diào)研，對(duì)能滿足工藝需要的多種泵型對(duì)比分析，從消除管道振動(dòng)、解決介質(zhì)泄漏、檢修安裝要求、備件等幾方面分析，認(rèn)為高速泵具有優(yōu)勢(shì)，后采用高速泵后，單泵連續(xù)運(yùn)行周期突破90 d。高速泵有臥式和立式兩種，各有優(yōu)缺點(diǎn)，從檢修維護(hù)上建議采用臥式，采用雙端面帶沖洗機(jī)封，沖洗液可以用甲醇、乙二醇、白油等。

不管選用哪種泵型，草酸酯一旦泄漏就會(huì)結(jié)晶，碰到水會(huì)水解成草酸，溫度低于54 ℃也會(huì)結(jié)晶。因此備泵、切泵時(shí)都要用甲醇進(jìn)行洗泵，防止管線及泵腔草酸酯結(jié)晶，一旦結(jié)晶，及時(shí)用蒸汽吹開；時(shí)間長(zhǎng)了，就需要拆泵檢修。

1.3 酯化塔釜循環(huán)泵選型

酯化塔是一個(gè)回收亞硝酸甲酯的反應(yīng)塔，它由氧氣、甲醇、一氧化氮反應(yīng)生成亞硝酸甲酯，屬于劇烈放熱反應(yīng)。塔釜溶液循環(huán)泵擔(dān)負(fù)溶液降溫移熱的作用，是一臺(tái)核心設(shè)備。該塔釜溶液主要為甲醇，含有部分碳酸二甲酯、水及其他雜質(zhì)，溫度60～70 ℃，流量120～180 m3/h，揚(yáng)程80 m，該泵流量和氧閥聯(lián)鎖。

磁力泵、屏蔽泵、離心泵都可以達(dá)到工藝需要，區(qū)別在長(zhǎng)周期運(yùn)行上。最早選用的是磁力泵，運(yùn)行一周后就報(bào)廢了；后改為帶尾管屏蔽泵，運(yùn)行周期最長(zhǎng)60 d，表現(xiàn)為電流波動(dòng)大、碳化硅軸承壽命短、易破碎，造成裝置運(yùn)行不穩(wěn)多次切氧。經(jīng)過(guò)多次分析，認(rèn)為主要原因：一是溶液溫度接近汽化溫度，造成滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑不充分，摩擦熱不能及時(shí)拿走；二是溶液中含有約1.5%的硝酸，對(duì)泵腔運(yùn)轉(zhuǎn)部件有一定腐蝕作用，從而造成掉塊進(jìn)入屏蔽套和轉(zhuǎn)子間造成磨損。

考慮到離心泵操作彈性及抗沖擊性能優(yōu)于磁力泵和屏蔽泵，同時(shí)避開了磁力泵和屏蔽泵軸承和介質(zhì)接觸的缺點(diǎn)，最終選用了化工離心泵，過(guò)流部件采用耐硝酸不銹鋼，采用雙端面帶沖洗機(jī)封， 改造后該泵最長(zhǎng)運(yùn)行周期142 d。

1.4 合成尾氣壓縮機(jī)選型

表3 合成尾氣壓縮機(jī)選型

為保證合成系統(tǒng)循環(huán)氣氣體組分，需要連續(xù)抽出部分尾氣進(jìn)行處理，除去循環(huán)氣中氮?dú)狻⒍趸嫉葻o(wú)用組分，這股氣量一般在1 000～3 000 Nm3/h，加壓到1.0 MPa送吸收塔處理。該增壓機(jī)要求運(yùn)行穩(wěn)定可靠，一旦停機(jī)，會(huì)對(duì)合成系統(tǒng)化工組分造成波動(dòng)，系統(tǒng)憋壓。

停機(jī)處理氣量不大，壓縮比不高，一般采用二級(jí)壓縮機(jī)可以滿足工藝要求，可選機(jī)型有LW、DW往復(fù)壓縮機(jī)，兩種機(jī)型各有優(yōu)缺點(diǎn)，從實(shí)際運(yùn)行效果和維護(hù)方便上建議采用DW型，無(wú)油潤(rùn)滑。

需要注意的是，合成尾氣壓縮機(jī)原料氣是合成后循環(huán)氣入口前組分，氣體酸性，對(duì)一段氣缸有腐蝕現(xiàn)象。在入口增加了高效冷卻分離器，效果可以。也可以原始訂貨時(shí)要求一段氣缸采用內(nèi)襯缸套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.5 精餾系統(tǒng)真空泵的選型

粗乙二醇中含有乙二醇、甲醇、乙醇、二乙二醇等十幾種組分，需要經(jīng)過(guò)脫醇、脫水、脫脂等工序得到精乙二醇。其中乙二醇產(chǎn)品精餾系統(tǒng)設(shè)計(jì)為抽真空操作，真空泵運(yùn)行好壞對(duì)產(chǎn)品純度、透光率影響很大。真空泵的選型也很重要，活塞和液環(huán)真空泵都能滿足工藝要求。液環(huán)真空泵處理氣量大，但對(duì)真空度要求2 kPa、抽氣量1 440 Nm3/h的工藝條件來(lái)說(shuō)，活塞完全可以滿足要求。

需要注意的是，真空泵前分離器分離效果一定要經(jīng)常檢查；真空泵后抽出氣體變?yōu)閹⒄龎簹怏w，抽出氣體中含有的濕氣會(huì)馬上凝結(jié)為液滴。因此為防止真空泵液擊，真空泵進(jìn)出管線配管注意留出一定坡度，向外坡。

1.6 其他轉(zhuǎn)機(jī)的選型

乙二醇合成系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)主要甲醇、草酸酯、碳酸酯、乙醇、乙二醇等，這些介質(zhì)易燃易爆有毒，要根據(jù)介質(zhì)特性和工藝條件對(duì)泵型進(jìn)行篩選，達(dá)到運(yùn)行的長(zhǎng)周期。盡量利用它們的的優(yōu)點(diǎn)、避開缺點(diǎn)，原則上首先選屏蔽泵，其次選離心泵，盡量不選磁力泵。

工藝要求流量大、溫度較高、介質(zhì)組分有變化時(shí)，一般選擇化工離心泵，選擇好機(jī)封形式。工藝要求流量不大、溫度低于沸點(diǎn)、組分穩(wěn)定時(shí)，一般選用屏蔽泵。工藝要求流量較小、揚(yáng)程不高、常溫、組分穩(wěn)定時(shí)可以選用磁力泵。

2 轉(zhuǎn)機(jī)配套注意事項(xiàng)

泵前過(guò)濾器，屏蔽泵、磁力泵、離心泵、高速泵對(duì)雜質(zhì)小顆粒反應(yīng)很敏感，一般采用270 μm(50目)以上，T型、籃式都可以。離心壓縮機(jī)前過(guò)濾器要求廠家配套提供，對(duì)阻力提出要求，一般不大于1 kPa。離心泵原則上不選填料密封，選機(jī)械密封，國(guó)內(nèi)較好的有四川日機(jī)和丹東克隆，有毒介質(zhì)采用雙端面，易結(jié)晶介質(zhì)采用帶沖洗。油位原則上不選外置油杯，容易造成假油位。電機(jī)要給出廠家要求，盡量統(tǒng)一，便于后期維護(hù)。原則上轉(zhuǎn)機(jī)電流，出口流量要引入DCS畫面，便于監(jiān)控。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)煤制乙二醇裝置實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題的多個(gè)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)給出了具體處置建議措施。選出適合工藝條件的轉(zhuǎn)機(jī)只是第一步，轉(zhuǎn)機(jī)的運(yùn)行周期和日常的運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)管理更是密切相關(guān)。通過(guò)這幾年的裝置運(yùn)行管理，我們認(rèn)為轉(zhuǎn)機(jī)潤(rùn)滑油的管理、屏蔽泵和磁力泵開停泵時(shí)軸承的充分過(guò)流潤(rùn)滑，工藝條件的變化都要時(shí)刻關(guān)注，這樣轉(zhuǎn)機(jī)才能開好，才能達(dá)到長(zhǎng)周期運(yùn)行。

2016-08-28

郜善軍(1971-)，男，高級(jí)工程師，從事煤化工生產(chǎn)與技術(shù)管理工作，電話：0372-5402567。

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1003-3467(2016)11-0032-03