年產(chǎn)180萬噸甲醇擴能改造項目建設(shè)及試車總結(jié)

周 明

(中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000)

中煤陜西榆林能源化工有限公司(下文統(tǒng)稱為公司)煤制烯烴項目一期建設(shè)規(guī)模為180萬t/a甲醇、60萬t/a聚烯烴，其中甲醇裝置作為主要工藝生產(chǎn)裝置，自2014年6月投產(chǎn)以來，一直保持平穩(wěn)運行且生產(chǎn)負荷一直處于較高負荷。公司高度重視技改創(chuàng)新工作，甲醇系統(tǒng)投運以來，先后進行了第八臺氣化爐建設(shè)、甲醇合成塔中心管改造、甲醇使用新型高效催化劑、新增氫氣膜分離等一系列技術(shù)改造，公司甲醇裝置實際產(chǎn)能已由180萬t/a提升至195萬t/a(折純)。

為進一步深挖潛能、節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)負荷和運行效率，公司委托設(shè)計單位對于甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)各裝置的產(chǎn)能富余情況進行測算與評估，經(jīng)評估：除甲醇裝置之外，甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)其他裝置現(xiàn)有設(shè)施生產(chǎn)能力均能夠滿足甲醇裝置改造后的生產(chǎn)要求。甲醇裝置擴能僅需增加合成氣壓縮機及空冷器等設(shè)施即可實現(xiàn)。擴能改造后，甲醇裝置可在目前實際產(chǎn)能基礎(chǔ)上再提高5%，達到205萬噸/年(折純)，并具有一定的操作彈性。

1 甲醇裝置流程及擴能改造方案

1.1 改造前的甲醇合成裝置簡介

公司甲醇合成裝置采用英國DAVY低壓甲醇合成工藝技術(shù)及Johnson Matthe甲醇合成催化劑來生產(chǎn)MTO級甲醇。甲醇合成裝置主要包括甲醇合成、合成氣/循環(huán)氣聯(lián)合壓縮機、穩(wěn)定塔、氫氣回收、公用工程和輔助設(shè)施等，其中兩臺甲醇合成反應器均采用蒸汽上升式合成塔，兩個甲醇合成塔采用串/并聯(lián)耦合方式布置。

1.2 擴能改造方案

經(jīng)甲醇合成專利商核算，甲醇合成塔包括配套的汽包、上升管、下降管、合成氣凈化槽、中間換熱器、甲醇分離器均不需要改造。甲醇擴能改造主要包括以下三部分內(nèi)容：

(1) 增加空冷器，提高冷卻效果。擴能后，如果冷卻效果差，會造成粗甲醇分離效果不好，致使壓縮機負荷增加、合成塔單程轉(zhuǎn)換率下降，同時合成副反應增加。鑒于現(xiàn)有公用工程循環(huán)水系統(tǒng)已沒有余量，增設(shè)甲醇水冷器已不現(xiàn)實，因此只能通過增設(shè)空冷器來提高冷卻效果。同時為了克服夏季的極端溫度，在所有空冷器(包括新的和舊的)下部增加冷卻水噴霧系統(tǒng)進行降溫。

(2) 增加壓縮機，提高入塔合成氣量。擴能前，現(xiàn)有的合成壓縮機為汽輪機驅(qū)動，汽輪機的調(diào)速氣閥開度已經(jīng)達到了98%，消耗蒸汽量也達到了108t/h(設(shè)計最大量為111.9t/h)，汽輪機基本沒有余量，且全廠4.1MPa蒸汽不富裕，需要通過9.8MPa蒸汽減壓。擴能后需要再增加7～9萬Nm3/h的新鮮氣量，20～30萬Nm3/h的循環(huán)氣量，因此新增一臺合成氣/循環(huán)氣壓縮機，采用離心式壓縮機，電機驅(qū)動。

(3)更換甲醇輸送泵，提高甲醇輸送量。甲醇裝置現(xiàn)有MTO甲醇泵的設(shè)計最大能力為393m3/h，即每小時甲醇最大輸送能力為286t/h，略小于62.5萬Nm3/h新鮮氣量時的平均產(chǎn)量，如果生產(chǎn)上再出現(xiàn)波動，會造成MTO甲醇輸送泵超電流，因此需更換甲醇精餾塔的甲醇輸送泵及電機。

2 擴能改造項目建設(shè)期間的安全管理要點

甲醇擴能改造項目施工周期為一年，在施工期間甲醇裝置處于正常生產(chǎn)狀態(tài)，屬于生產(chǎn)運行與基建施工的交叉期，為確保裝置生產(chǎn)和擴能項目建設(shè)同步安全有序進行，多措并舉加安全管理力度。

2.1 建立生產(chǎn)與項目建設(shè)的安全管理機制，明確各自的職責

(1) 實施生產(chǎn)區(qū)域硬防護，嚴格準入制度。在生產(chǎn)與建設(shè)交界區(qū)域設(shè)置隔離樁硬防護，未經(jīng)允許嚴禁項目施工人員進入生產(chǎn)裝置區(qū)。

(2 )建立交叉區(qū)域的定時定點巡檢制度。在生產(chǎn)與建設(shè)交界區(qū)域設(shè)立巡檢路線，固定巡檢點，實施定時巡檢，安排專業(yè)安全管理人員緊靠現(xiàn)場，加強施工作業(yè)過程的監(jiān)管，規(guī)范作業(yè)，確保項目建設(shè)與正常生產(chǎn)互不干擾。

(3) 嚴格特種作業(yè)的審批制度。對于項目建設(shè)期間裝置區(qū)的動火、吊裝、動土、登高等特種作業(yè)必須經(jīng)過裝置管理人員審批，對于動土作業(yè)，必須經(jīng)過公司技術(shù)管理部和機械動力部批準，做好地下隱蔽工程保護，防止造成地下管線、電纜損壞。對于吊裝或動土等引起的斷路作業(yè)，必須經(jīng)過消氣防中心和生產(chǎn)調(diào)度室批準，提前做好應急行駛路線規(guī)劃。

(4) 建立生產(chǎn)與建設(shè)溝通機制。由生產(chǎn)裝置作為項目管理主體，必須每天參加項目施工專題會，掌握工程建設(shè)進度，協(xié)調(diào)做好生產(chǎn)運行與項目建設(shè)的溝通問題。

(5 )做好施工人員的培訓教育和應急演練。施工人員不得擅自使用、操作現(xiàn)場任何閥門，作業(yè)過程中嚴禁踩踏任何工藝管線；必須令行禁止，必須參加公司組織的應急疏散演練，熟悉逃生撤離路線。

(6) 建立生產(chǎn)與施工應急聯(lián)動機制，在生產(chǎn)發(fā)生異常時，立即通知工程建設(shè)應急指揮部，停止所有施工作業(yè)，做好施工人員的疏散撤離。

2.2 重點交叉區(qū)域的安全防護要求

(1) 施工框架底部的設(shè)備設(shè)施必須采取硬防護，防止掉落的工具砸壞設(shè)備。

(2) 裝置區(qū)域的電纜槽盒必須使用防火毯包覆保護，地溝蓋板必須采用防火毯封堵，防止動火作業(yè)掉落的火星引起電纜或地溝內(nèi)的可燃氣著火。

(3) 施工期間的腳手架必須規(guī)范管理，必須經(jīng)專業(yè)人員驗收后方可使用，不得擅自拆除任何一根架桿，懸挑架桿必須符合規(guī)范要求。

(4) 加強可燃氣體檢測和動火管理，任何一個動火點必須配備一臺有毒可燃氣體報警儀，每周應定期對裝置區(qū)開展可燃氣體泄漏專項排查，凡發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)可燃氣體異常，要立即停止區(qū)域內(nèi)的所有動火作業(yè)。

3 擴能壓縮機單體試車及聯(lián)動試車注意事項

擴能改造項目建設(shè)完成，轉(zhuǎn)入單體試車及聯(lián)動試車時，應結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際，加強安全風險辨識和安全評估，識別可能存在的安全風險并制定好應對措施和預案。

3.1 擴能壓縮機單體試車的注意事項

壓縮機單體試車是聯(lián)動試車投用的前提，主要目的是檢驗和調(diào)整電氣、儀表、自動控制系統(tǒng)、防喘振系統(tǒng)及其附屬裝置的正確性和靈敏性，檢驗機組的潤滑系統(tǒng)，密封系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，工藝管路系統(tǒng)及其附屬設(shè)備的嚴密性，并對機組所有機械設(shè)備，電氣儀表等裝置的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試等方面的質(zhì)量進行全面的考核。在做好參數(shù)記錄的同時，由于單體試車使用的介質(zhì)是氮氣，與設(shè)計工況發(fā)生偏離，因此在試車時要特別注意以下事項：

(1) 在試車前一定要確認靜態(tài)調(diào)試全部合格，聯(lián)鎖靈敏好用，動作準確無誤。

(2) 試車過程中，如果發(fā)生泄漏著火，人員窒息，軸向位移大、振動大等其他影響到試車安全的情況時，應緊急停車，停止試車操作，直到事故排除。

(3) 由于試車的介質(zhì)是氮氣，氮氣分子量是正常生產(chǎn)工藝氣分子量的兩倍多，電機的電流可能會增加，應需密切關(guān)注主電機電流變化，一旦發(fā)現(xiàn)電流超高情況應立刻停車。

(4) 由于氮氣的分子量比正常生產(chǎn)工藝氣分子量大很多，應注意監(jiān)測軸向位移和喘振點，確保機組運行遠離喘振線，防止機組喘振。

(5)氮氣試車啟動正常后，可以逐步關(guān)小壓縮機的防喘振閥門，逐漸將壓縮機出口壓力提高，關(guān)小防喘振閥的過程要密切監(jiān)控壓縮機、增速機、電機的軸承溫度、位移、振動的變化，同時要注意壓縮機進出口溫度的變化，一旦發(fā)現(xiàn)軸承溫度、位移、振動、進出口溫度或防喘振曲線上的運行點比較接近喘振點時要立即停止升壓。

3.2 擴能壓縮機聯(lián)動試車前的風險辨識和安全評估

擴能壓縮機聯(lián)動試車前，公司組織召開了甲醇擴能壓縮機試車安全風險評估會，由公司領(lǐng)導、各職能部門、項目管理部、設(shè)計院、壓縮機廠家、甲醇裝置分管工藝、設(shè)備、電氣和儀表專業(yè)的負責人及有關(guān)管理人員參加會議，對試車存在的安全風險進行了研判，主要內(nèi)容有：

(1)可能存在擴能壓縮機出口壓力達不到設(shè)計值，擴能壓縮機不能并進生產(chǎn)系統(tǒng)的風險。擴能壓縮機設(shè)計出口壓力僅比甲醇系統(tǒng)正常運行壓力高0.1MPa，且系統(tǒng)壓力只能通過甲醇合成的氫碳比來進行調(diào)整，不可能通過透平壓縮機進行調(diào)整，一旦出口壓力達不到設(shè)計壓力，就必須停下來排查清楚原因再開車。

(2)可能存在啟機時擴能壓縮機內(nèi)部打小循環(huán)造成壓縮機出口溫度快速上升跳車的風險。按照設(shè)計院提供的操作導則，擴能壓縮機提壓并氣過程中氣體在系統(tǒng)內(nèi)打小循環(huán)，僅通過2寸的放空線進行放空，可能存在壓力未達到設(shè)計壓力，而壓縮機出口溫度和軸承溫度已快速上升，達到跳車值135℃的情況，此時必須立即停止試車。

(3)可能存在擴能壓縮機試車時引起在運行的系統(tǒng)大壓縮機跳車的風險。在試車期間如果造成大壓縮機跳車，就必須按照生產(chǎn)操作規(guī)程進行合成塔泄壓、合成壓縮機重新啟機、升至額定轉(zhuǎn)速，合成塔升溫、合成塔接氣等一系列操作，甲醇裝置會停車15小時左右，因此必須提前準備大壓縮機跳車后的應急預案，明確跳車后的應急處置步驟和各種物料的平衡。保持合理的甲醇和氫氣庫存量，確保甲醇和氫氣滿足后續(xù)烯烴裝置的穩(wěn)定運行需要，可以支撐擴能壓縮機試車及可能造成大壓縮機跳車帶來的甲醇減產(chǎn)問題。

(4) 可能存在兩臺壓縮機互相搶氣量，造成單臺壓縮機吸入量不足引起喘振的風險。在擴能壓縮機聯(lián)動試車時，由于管道設(shè)計、安裝或操作原因造成，兩臺壓縮機互相搶氣量，引起壓縮機吸入量不足，壓縮機喘振，振動增大，造成工藝管道焊口開裂或法蘭泄露風險。應與設(shè)計院、壓縮機廠家核對確認管路設(shè)計符合要求，壓縮機防喘振控制余量設(shè)計符合要求；聯(lián)動試車前，提前將擴能壓縮機需要的氣量切出系統(tǒng)放空，調(diào)整系統(tǒng)大壓縮機和合成塔運行工況平穩(wěn)后，再由擴能壓縮機接氣，將放空的氣量逐步接收并入系統(tǒng)，避免因操作引起擴能壓縮機氣量不足。

3.3 擴能壓縮機聯(lián)動試車前應準備的開車方案和應急預案

為充分做好擴能壓縮機聯(lián)動試車前的各項準備工作，確保擴能壓縮機聯(lián)動試車工作順利完成，在擴能壓縮機聯(lián)動試車前應認真準備好以下方案：

(1) 《擴能壓縮機的投用方案》，由于擴能壓縮機與大壓縮機是并聯(lián)關(guān)系，擴能壓縮機是電機驅(qū)動的沒有變頻器，開車后轉(zhuǎn)速直接升值額定轉(zhuǎn)速，而大壓縮機可以通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因此在方案中必須明確開車條件、檢查內(nèi)容、組織機構(gòu)、開車步驟、正常操作、停車步驟、操作指標、常見問題判斷、JHA風險分析等。

(2) 《擴能壓縮機投用(管道、法蘭大量泄漏)事故預案》，針對擴能壓縮機首次投用過程中可能出現(xiàn)管線振動引起焊口開裂、法蘭泄漏大量合成氣著火事故，明確應急處置的步驟和注意事項。

(3)《擴能壓縮機投用時大壓縮機跳車事故預案》，針對擴能壓縮機首次投用有可能造成大壓縮機跳車的風險，明確應急處置步驟和流程。特別是兩臺壓縮機的開、停車順序。

a. 明確兩臺壓縮機的開車順序：必須先開大的壓縮機，再開擴能壓縮機，因為擴能壓縮機氣量小，先啟動時氣量不能保證升溫還原使用量。

b. 明確兩臺壓縮機的停車順序：大壓縮機停車，擴能壓縮機立即停車，按照甲醇合成裝置停車進行處置；擴能壓縮機停車，要全力確保大壓縮機穩(wěn)定運行。

以上所有方案應按照制度要求，完成方案的評審、審批并組織培訓學習，所有應急預案必須組織培訓并完成應急演練。

4 甲醇擴能項目投用后的效果

在擴能項目試車人員、方案、物資等各項準備工作到位后，2018年10月18日甲醇擴能壓縮機聯(lián)動試車，一次性成功并入系統(tǒng)運行，合成氣量及甲醇產(chǎn)量均達到設(shè)計指標，2019年初完成了72h性能考核，MTO級甲醇質(zhì)量指標全部合格；甲醇平均產(chǎn)量達到6475t/d(折純)，達到擴能改造設(shè)計目標，經(jīng)濟效益顯著。該項目的成功投產(chǎn)為同類裝置擴能改造建設(shè)及試車提供了可復制、可借鑒、可推廣的經(jīng)驗，可具有良好的示范意義。