合成氣壓縮機防喘振工藝回路改造與應用

李志敏

摘 要：合成氣壓縮機在煤化工生產中屬于工藝穩(wěn)定性要求較高的設備，該設備的工藝回路控制需要重點解決喘振問題，實施工藝回路改造可以顯著改善喘振問題。本文首先介紹了合成氣壓縮防喘振工藝的特征與工況，其次探討了合成氣壓縮設備防喘振回路改造的原因與技術路線，最后探討了合成氣壓縮機工藝回路改造的整體效果，希望可以有效延長設備使用壽命，取得良好的經濟效果。

關鍵詞：合成氣壓縮;防喘振工藝;技術升級

0 引言

本次研究選取某煤化工生產企業(yè)作為研究對象，該企業(yè)采用大型殼牌粉煤氣化生產設備，其使用的合成氣壓縮機在低溫甲醇洗、氫氣回收環(huán)節(jié)都具有廣泛的應用。作為甲醇合成、克服系統(tǒng)阻力的重要設備，同時也是確保蒸汽透平離心壓縮工藝穩(wěn)定完成的核心，合成氣壓縮機應用的穩(wěn)定性一直是行業(yè)內普遍關注的問題。為了避免出現(xiàn)喘振問題，同時也需要做好防喘振的旁路控制，進行技術改造與升級。為了進一步探討合成氣壓縮機的防喘振回路改造流程，現(xiàn)就合成氣壓縮機的防喘振工藝現(xiàn)狀分析如下。

1 合成氣壓縮機防喘振工藝概述

本項目選擇的低溫甲醇洗凈化氣與氫回收裝置的富氫氣整體混合，經過合成氣壓縮機的氣體入口分離裝置來達到相互混合的效果。經過合成氣壓縮機新鮮氣體入口分離設備，可以進入到新鮮氣壓縮段，滿足多級壓縮的要求，隨后氣體整體壓力會提升到一個新的水平，此時溫度為160℃，隨后進入到合成氣的壓縮循環(huán)環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)為壓縮段入口。根據(jù)甲醇合成工序的循環(huán)氣現(xiàn)狀，做好循環(huán)氣體的入口分離管理，隨后進入到循環(huán)壓縮的入口部分，經過與新鮮段氣體的充分混合，可以實現(xiàn)循環(huán)段壓縮的效果，隨后再進入到甲醇合成工序當中。在整個合成氣壓縮機防喘振回路改造過程中，需要做好循環(huán)段壓縮，并且根據(jù)甲醇合成工序的要求進行技術革新。通過設置防喘振回路，可以借助于冷卻器的殼程控制來實現(xiàn)循環(huán)水冷卻，隨后經過兩股分化，一股進入到新鮮氣體的入口分離裝置，另外一部分則經過循環(huán)段進入到入口分離器當中，詳細工藝流程如下圖1所示。

2 合成氣壓縮機防喘振回路改造

2.1 改造原因

合成氣壓縮機實施防喘振回路改造是由于合成氣壓縮機使用過程中管程的介質本身為低溫甲醇洗凈化氣，設計壓力為8.7MPa，此時殼程的介質為循環(huán)水，整體設計壓力為0.7MPa，凈化氣當中有相當比例的粗甲醇，這部分粗甲醇如果不及時進行清除，會導致腐蝕情況加劇，進而出現(xiàn)泄漏的問題。在本項目出現(xiàn)泄漏后，冷卻器進行多次查漏與消漏，每次檢查檢驗的工作量都很高，同時也會帶來較大的損失，特別是泄漏期間會出現(xiàn)合成氣的流失量較大問題，這不但給甲醇生產帶來了影響，同時對于整個管網的安全也會產生負面的影響，不利于整體系統(tǒng)的科學運行與安全運行。

對冷卻器出現(xiàn)泄漏的原因進行技術分析，發(fā)現(xiàn)泄漏的主要因素是應力腐蝕導致的裂紋。一方面冷卻器管板屬于焊接處理，低合金鋼、奧氏體不銹鋼會存在異種鋼焊縫，在接近低合金鋼一側時，能夠具有一定的應力腐蝕開裂趨勢。另外一方面，管道介質本身屬于合成氣，其具有特定的腐蝕風險，另外，設計管段材質為316不銹鋼材料，該材質在應力腐蝕的影響下回出現(xiàn)局部開裂的問題，所以焊縫需要做好應力腐蝕的防護管理，才能夠避免出現(xiàn)各種損耗問題。

2.2 改造過程

結合上述分析的原因，實施合成氣壓縮機防喘振回路改造。從長遠設計的角度進行技術改造，通過邀請技術領域專家，配合廠區(qū)的技術人員，共同參與討論，并制定了最終的防喘振回路設計方案。首先，進行冷卻器的旁路改造，將進口與出口進行法蘭連接，對旁路進行技術改造，不在使用原設備，這也是解決泄漏最為有效的方案;其次，對旁路實施改造后，整體的防喘振回路存在氣體溫度上升的問題，此時會與出口的溫度接近，必然會導致壓縮機的整體壓縮熱平衡遭受影響，此時合成氣壓縮機的合成系統(tǒng)會放入到系統(tǒng)當中進行統(tǒng)籌，合成系統(tǒng)的甲醇水冷器則作為冷卻機的設備來滿足日常的要求?？梢酝ㄟ^合成壓縮機配合合成系統(tǒng)來進行統(tǒng)籌。最后，為了滿足壓縮過程中的熱平衡控制目標，需要做好甲醇換熱器的出口設置，做好分離器的氣相管理，引出管線來進行壓縮機的入口填補，從而達到冷線喘振回路的控制目標。

3 合成氣壓縮機防喘振回路改造效果

3.1 安全效益

合成氣壓縮機防喘振回路改造工作完成后，可以有效降低企業(yè)重大安全隱患的防護風險，從而有效降低安全隱患影響，提升整體的運行水平。在本次研究完成后，實現(xiàn)了公司重大安全隱患的消除。實際上，根據(jù)生產的技術標準與原理來看，出現(xiàn)合成氣壓縮機喘振問題，不但會導致安全生產方面的問題，同時也會給企業(yè)員工的正常工作帶來風險，影響整體的工作狀態(tài)，導致安全效益損失。在本技術改造后，可以取得良好的安全效益，為企業(yè)節(jié)約了大量的安全維護資金。

3.2 經濟效益

經濟效益方面的成果主要體現(xiàn)在兩個方面。在日常檢修的費用控制方面，通過冷卻器泄漏防控管理以及喘振回路技術改造，在出現(xiàn)泄漏直到完全解決問題之后的兩年內，一共完成了7次檢修工作，整體來看合成氣壓縮機本身屬于高風險重點監(jiān)控的設備，所以檢修的頻次較高，成本也較高，平均每次檢修費用為6萬元，整體花費42萬元。在實施技術改造的過程中，實現(xiàn)了本體設備的更換，設備的直接生產制造成本為69萬元，根據(jù)改造前后的檢修成本以及設備費用來看，實施技術改造可以為企業(yè)直接節(jié)約檢修費用55萬元以上。另外一個方面是甲醇損失方面的影響。設備的泄漏期間，冷卻器回水甲醇含量相對穩(wěn)定，處于30～100ppm，此時管程的介質為合成循環(huán)氣，新鮮煤氣混合氣，混合氣當中甲醇的混合摩爾比較高，甲醇密度為786.4kg/m3，此時總用水量為970以上。根據(jù)每小時混合氣當中的泄漏甲醇比例進行計算后可以獲得，泄漏的甲醇質量為22.89kg，根據(jù)體積折合后計算獲取數(shù)據(jù)為16Nm3，轉化為損失的煤氣量，獲得數(shù)據(jù)為4000Nm3，此時煤氣有效組分包括有一氧化碳、二氧化碳和氫氣，總量占比為70%。進行每小時損失甲醇量計算，得到最終數(shù)據(jù)為1.24t。根據(jù)每次泄漏停車檢修消漏，期間運行周期為45d，共計可以降低甲醇損失2200元單價，此時改造周期后的損失則可以降低290余萬元。由此可見，實施合成氣壓縮機防喘振回路改造的效果良好，具有推廣使用的價值。

4 總結

綜上所示，合成氣壓縮機防喘振回路改造工作取得了良好的效果，相比于原先的設計格局來看，其去除了容易出現(xiàn)泄漏問題的高壓設備與防喘振冷卻器，降低了投資的影響。借助于冷線防喘振回路控制，能夠進一步改善壓縮機的平衡控制要求，進行操作優(yōu)化，并降低設備運行維護的費用。經過安全效益分析與經濟效益分析，實施合成氣壓縮機防喘振回路改造成果突出，效益顯著，建議在行業(yè)內推廣并且使用。

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