甲醇裝置離心式合成氣壓縮機(jī)組運行問題及解決措施

李俊杰

(新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司，河南 獲嘉 453800)

0 引 言

河南能源化工集團(tuán)新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司(簡稱中新化工)300 kt/a煤制甲醇裝置配套1臺2BCL458型離心式合成氣壓縮機(jī)，由沈陽鼓風(fēng)機(jī)有限公司(簡稱沈鼓)制造，其驅(qū)動機(jī)為杭州汽輪機(jī)股份有限公司制造的NK32/36/16型凝汽式汽輪機(jī)，采用3.8 MPa過熱蒸汽作為動力蒸汽。本離心式合成氣壓縮機(jī)為一缸兩段八級葉輪結(jié)構(gòu)，第一段為新鮮氣壓縮段，由七級葉輪組成；第二段為循環(huán)段，由一級葉輪組成；合成氣壓縮機(jī)為垂直剖分式，軸端為圓錐型，采用膜片式撓性聯(lián)軸器。合成氣壓縮機(jī)組于2011年8月安裝完畢并完成空負(fù)荷試車工作，同年11月隨甲醇裝置投產(chǎn)正常投運。

合成氣壓縮機(jī)組作為甲醇合成系統(tǒng)的動力設(shè)備(壓縮新鮮氣與循環(huán)氣，為甲醇合成系統(tǒng)提供所需的反應(yīng)壓力和空速)，機(jī)組運行質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到整個甲醇裝置能否穩(wěn)定、長周期、優(yōu)質(zhì)運行。中新化工合成氣壓縮機(jī)組自2011年11月投運以來，運行中暴露出一系列問題，如抽氣器抽真空效果不佳、調(diào)節(jié)氣閥卡澀致壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速波動、干氣密封損壞、平衡盤密封腐蝕損壞、轉(zhuǎn)子結(jié)垢、驅(qū)動端軸振值(VE24A423)單邊偏大、止推瓦溫度高、潤滑油水含量高、潤滑油溫度高等，后通過一系列的優(yōu)化技改，各類問題得到了很好地解決。以下對有關(guān)情況作一簡介。

1 抽氣器抽真空效果不佳

1.1 問題描述

合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)真空系統(tǒng)配備的輔機(jī)為兩級射汽抽氣器，主抽氣器耗汽量160 kg/h、抽干空氣量10.2 kg/h，以管網(wǎng)過來的1.27 MPa飽和蒸汽作為動力蒸汽，而凝汽器處于循環(huán)冷卻水管網(wǎng)末端，凝汽器所用循環(huán)冷卻水流量不穩(wěn)定而致動力蒸汽帶液量不穩(wěn)定；尤其是夏季高溫天氣循環(huán)水溫度過高及循環(huán)水中的雜質(zhì)沉積堵塞凝汽器列管時，凝汽器換熱效果不佳、兩級射汽抽氣器的噴嘴組合件出現(xiàn)泄漏、凝汽器與抽氣器真空側(cè)墊片安裝不合理造成法蘭微漏、抽氣器冷卻器換熱面積不足，均會嚴(yán)重影響合成氣壓縮機(jī)組的抽真空效果，經(jīng)常出現(xiàn)真空度低報警現(xiàn)象(報警值-60 kPa，跳車值-30 kPa)，投用開工抽氣器也不能有效提升真空度，危及機(jī)組的安全、穩(wěn)定、長周期運行。

1.2 解決措施

① 汽輪機(jī)真空系統(tǒng)抽氣器的二級冷凝液疏水閥之旁路閥較大，在疏水閥故障時不能有效地起到排液的作用，當(dāng)冷凝液通過此旁路閥排空時，疏水管線不能形成液封，嚴(yán)重影響系統(tǒng)抽真空效果，為提高員工操作的準(zhǔn)確性、減小因真空度降低引起的跳車風(fēng)險，后將二級冷凝液疏水閥之旁路閥改為針型閥，并對原有疏水閥進(jìn)行了更換；② 在1.27 MPa飽和蒸汽入界區(qū)前導(dǎo)淋處增設(shè)疏水閥，并將凝結(jié)水送入冷凝液管網(wǎng)，保持此導(dǎo)淋處于常開狀態(tài)，以減少入抽氣器蒸汽的帶液量；③ 將凝汽器、抽氣器真空側(cè)的法蘭墊片逐一更換為金屬纏繞墊，并抹密封膠，提高法蘭的密封效果；④ 停車大修時對凝汽器列管進(jìn)行清洗，并在凝汽器上水總管上增設(shè)沖洗閥，每次開車前期打開沖洗閥，將管道內(nèi)存留的雜質(zhì)沖洗(就地)排放干凈后再投用循環(huán)水；⑤ 對泄漏的噴嘴組合件進(jìn)行更換，無法在線更換時，據(jù)現(xiàn)場每級抽氣器的抽真空情況，兩組抽氣器組合投用(比如東邊的一級抽氣器和西邊的二級抽氣器配合使用)，以保證汽輪機(jī)的真空度；⑥ 關(guān)小一、二級抽氣器之進(jìn)汽閥，減小抽氣器冷卻器的熱負(fù)荷，將抽氣器冷卻器內(nèi)的蒸汽及時凝結(jié)成水，提高系統(tǒng)真空度；⑦ 冬季開車時，對真空遠(yuǎn)傳表增設(shè)電伴熱，避免因氣溫驟降導(dǎo)致真空導(dǎo)壓管凍堵而遠(yuǎn)傳壓力指示失真造成合成氣壓縮機(jī)跳車。2018年以來上述優(yōu)化措施逐步落實后，合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)真空度明顯提升，目前其真空度穩(wěn)定在-80 kPa左右，能夠滿足正常生產(chǎn)所需。

2 調(diào)節(jié)氣閥卡澀致合成氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速波動

2.1 問題描述

合成氣壓縮機(jī)靜態(tài)調(diào)試時，調(diào)節(jié)氣閥均正常；但在其運行過程中，尤其是高負(fù)荷時，合成氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在10 500 r/min以上(額定轉(zhuǎn)速10 825 r/min，跳車轉(zhuǎn)速11 781 r/min)時，調(diào)節(jié)氣閥開度在71%～78%區(qū)間內(nèi)易出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，造成合成氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速大幅波動，波動幅度在200～500 r/min之間，若再碰上蒸汽壓力波動，不僅會給合成氣壓縮機(jī)組的安全穩(wěn)定運行造成極大風(fēng)險(易超速跳車)，而且會造成前系統(tǒng)壓力波動而給整個甲醇裝置的穩(wěn)定運行帶來影響。

2.2 解決措施

① 與變換、合成崗位加強(qiáng)溝通，穩(wěn)定合成氣(新鮮氣+循環(huán)氣)組分(CO 10%～12%、CO23%～5%、H274%～76%，氫碳比約4.5)，避免因氣體組分大幅變化而造成合成氣壓縮機(jī)被迫提高或降低負(fù)荷；② 保證3.8 MPa過熱蒸汽壓力穩(wěn)定，避免因3.8 MPa過熱蒸汽管網(wǎng)壓力大幅波動而造成汽輪機(jī)主汽門大幅開關(guān)；③ 將合成氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制在10 700 r/min以下；④ 合成氣壓縮機(jī)潤滑油經(jīng)油冷器冷卻后其溫度控制在40～45 ℃；⑤ 操作人員嚴(yán)密監(jiān)控汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速——若主汽門開度關(guān)小，需提高目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，防止因主汽門關(guān)小而造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大幅下降致系統(tǒng)波動，主汽門開度開大時，嚴(yán)密監(jiān)控汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速，若轉(zhuǎn)速上漲過快，聯(lián)系調(diào)度降低3.8 MPa過熱蒸汽管網(wǎng)壓力，將設(shè)定轉(zhuǎn)速下調(diào)，避免汽輪機(jī)超速而危及機(jī)組的安全運行。2018年以來上述優(yōu)化措施逐步落實后，合成氣壓縮機(jī)運行過程中基本上可規(guī)避調(diào)節(jié)氣閥開度71%～78%的區(qū)間，即便偶爾因上游工段氣體組分突然大幅波動而跌入調(diào)節(jié)氣閥開度71%～78%區(qū)間內(nèi)，通過第⑤項調(diào)節(jié)手段也能最大程度上減小系統(tǒng)壓力波動，避免不必要的放空，更不會因調(diào)節(jié)氣閥調(diào)整不及時而造成合成氣壓縮機(jī)超速跳車。

3 干氣密封損壞

3.1 問題描述

中新化工合成氣壓縮機(jī)采用的是約翰克蘭鼎銘提供的串聯(lián)式干氣密封，迄今共更換了4套干氣密封。運行過程中出現(xiàn)過放火炬流量波動大、現(xiàn)場一級密封氣流量計卡澀，以及因氮氣管線未安裝止回閥導(dǎo)致倒一級密封氣源時易竄氣等問題；2020年9月最近一次拆檢干氣密封時發(fā)現(xiàn)，二級靜環(huán)有油漬、二級動環(huán)有磨損，一級彈簧座內(nèi)有大量銹蝕、靜環(huán)無法繼續(xù)使用、一級動環(huán)與軸套銹蝕在一起、軸套表面腐蝕嚴(yán)重。

3.2 解決措施

① 將一級密封氣由一級水冷器后引氣改為一級水冷器前引氣，以解決一級密封氣帶液的問題；② 大修時對合成氣壓縮機(jī)一段入口(即新鮮氣入口)分離器進(jìn)行清理，并在帶粉塵嚴(yán)重的前工段增設(shè)袋式過濾器攔截粉塵；③ 停車后對所有密封氣管線進(jìn)行吹掃，將殘余在管線內(nèi)的粉末吹掃干凈，避免粉末再次進(jìn)入干氣密封密封腔而損壞密封；④ 在放火炬管線上增設(shè)止回閥，防止系統(tǒng)停車時火炬氣倒灌至干氣密封；⑤ 在一級密封氣氮氣管線上增設(shè)止回閥，避免切換密封氣氣源時竄氣。2018年以來上述優(yōu)化措施逐步落實后，合成氣壓縮機(jī)干氣密封運行穩(wěn)定，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。

4 驅(qū)動端軸振值單邊偏大

4.1 問題描述

中新化工200 kt/a煤制乙二醇裝置配套PSA系統(tǒng)采用北京北大先鋒科技股份有限公司的氣體分離技術(shù)，為裝置提供合格的CO和H2，PSA系統(tǒng)解吸氣經(jīng)往復(fù)式壓縮機(jī)加壓后送往合成氣壓縮機(jī)入口予以回收。2018年一次合成氣壓縮機(jī)開車過程中開始出現(xiàn)驅(qū)動端軸振值(VE24A423)單邊偏大的問題：機(jī)組升速至8 119 r/min(最低額定轉(zhuǎn)速)后，VE24A423為50.7 μm，同組VE24A422為26.36 μm；機(jī)組升速至10 210 r/min后，VE24A423為56.5 μm，同組VE24A422為16.6 μm。多次檢修未果，最終合成氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子抽出后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子葉輪上有大量粉塵和垢片，其中大部分為PSA系統(tǒng)解吸氣帶來的吸附劑粉塵和低溫甲醇洗系統(tǒng)凈化氣帶來的精脫硫劑粉塵，且平衡盤密封和主軸上拉別令密封有腐蝕和磨損情況，而平衡盤密封一旦泄漏，會導(dǎo)致大量高壓氣體進(jìn)入到低壓端進(jìn)氣室，平衡盤軸向平衡作用減小，進(jìn)而導(dǎo)致軸向推力增大、止推軸承負(fù)荷增加、軸瓦溫度高、軸振動增大等問題。

4.2 解決措施

① 轉(zhuǎn)子重新返廠噴砂除垢并做動平衡，更換新的平衡盤密封，密封材質(zhì)改為PEEK(PEEK具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、耐沖擊、阻燃、耐酸堿、耐水解、耐磨、耐疲勞、耐輻照及良好的電性能)；② 對合成氣壓縮機(jī)一段入口分離器及絲網(wǎng)進(jìn)行清理，并在PSA解吸氣壓縮機(jī)進(jìn)口增設(shè)袋式除塵系統(tǒng)，PSA解吸氣壓縮機(jī)出口增設(shè)脫氯罐，將PSA系統(tǒng)帶來的大量吸附劑粉塵和氯化氫氣體全部攔截下來；③ 與變換及PSA崗位加強(qiáng)溝通，穩(wěn)定入口氣體組分，避免因氣體組分大幅波動致合成氣壓縮機(jī)被迫大幅調(diào)整負(fù)荷，進(jìn)而引起VE24A423升高；④ 合成氣壓縮機(jī)提負(fù)荷時要緩慢進(jìn)行，保持“升壓先升速”的原則，轉(zhuǎn)速提升與防喘振閥開度調(diào)整交替緩慢進(jìn)行，盡可能保持VE24A423穩(wěn)定，在合成氣壓縮機(jī)減負(fù)荷時則遵循“降速先降壓”的原則并緩慢進(jìn)行。2018年以來上述優(yōu)化措施逐步落實后，合成氣壓縮機(jī)重啟后再未出現(xiàn)過VE24A423單邊偏大的問題，拆檢平衡盤密封發(fā)現(xiàn)其基本完好，葉輪上也未見有明顯垢片及大量粉塵，保證了合成氣壓縮機(jī)組的長周期穩(wěn)定運行。

5 止推瓦溫度高

5.1 問題描述

合成氣壓縮機(jī)止推瓦溫度過高，易使油膜中的油逐步碳化并附著在巴氏合金表面，長期積累使積炭層增厚，影響潤滑油油膜的厚度及均勻性，不能有效地將熱量帶走。實際生產(chǎn)中，合成氣壓縮機(jī)止推瓦溫度高的問題一直困擾著中新化工，尤其是2018年后隨著甲醇裝置產(chǎn)能釋放率的提升，合成氣壓縮機(jī)組負(fù)荷加大，開車期間其止推瓦溫度常徘徊在90～104 ℃[報警值105 ℃、跳車值115 ℃，二取二聯(lián)鎖(止推瓦引出2個測溫點，同時滿足跳車值時聯(lián)鎖跳車)]，且從拆檢情況看止推瓦瓦塊上均有不同程度的積炭。

5.2 解決措施

① 由于甲醇裝置產(chǎn)能釋放率的提高，合成氣壓縮機(jī)組負(fù)荷隨之增大，原來的平衡盤已不能滿足抵消掉大部分軸向推力的需要，與沈鼓溝通后，將平衡盤增大，并將甩油環(huán)回油孔孔徑由原來的φ13 mm擴(kuò)大為φ14 mm、調(diào)整聯(lián)軸器預(yù)拉伸量為0.7 mm(原無此預(yù)拉伸量)；② 控制潤滑油溫度在40～45 ℃之間；③ 控制潤滑油壓力在0.12～0.15 MPa之間。2019年以來上述優(yōu)化措施逐步落實后，合成氣壓縮機(jī)止推瓦溫度基本上穩(wěn)定在84～88 ℃之間，運行穩(wěn)定，且拆檢看到止推瓦瓦塊上無明顯的積炭現(xiàn)象。

6 潤滑油水含量高

6.1 問題描述

合成氣壓縮機(jī)為高速運轉(zhuǎn)設(shè)備，其潤滑油品質(zhì)的好壞會影響壓力油膜的形成，進(jìn)而影響潤滑效果，直接關(guān)乎機(jī)組能否安全、穩(wěn)定、長周期運行。實際運行過程中，合成氣壓縮機(jī)組潤滑油多次出現(xiàn)水含量超標(biāo)現(xiàn)象，經(jīng)分析，主要原因是軸封蒸汽長期沿軸向漏進(jìn)軸承箱造成潤滑油乳化，降低了潤滑油的運動粘度，潤滑油不能有效形成油膜而帶走熱量，在軸瓦處形成積炭，使軸瓦溫度升高、軸振動增大，甚至造成聯(lián)鎖停車。

6.2 解決措施

合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)設(shè)計兩側(cè)軸檔處各有一處預(yù)留孔，前期并未安裝氮氣管線，利用停車機(jī)會引短管接入低壓氮氣作為密封氣，用針形閥控制氮氣壓力在5～10 kPa，密封氣(氮氣)沿軸向外吹。2018年本優(yōu)化措施落實后，既可防止軸承箱負(fù)壓吸入蒸汽，又可防止軸封間隙過大或軸檔間隙過大而致軸封蒸汽漏入，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定運行。

7 潤滑油溫度高

7.1 問題描述

合成氣壓縮機(jī)組配置2臺(一開一備，并聯(lián))油冷器，采用循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)，單臺換熱面積32.2 m2，換熱面積較小，而合成氣壓縮機(jī)設(shè)計一段進(jìn)氣量為104 870 m3/h，隨著系統(tǒng)產(chǎn)能釋放率的提升，一段入口氣量增至125 000 m3/h以上，雖然油冷器能夠滿足生產(chǎn)需要，但機(jī)組軸功率增大后，潤滑油溫度隨之上漲，加之合成氣壓縮機(jī)處于循環(huán)水系統(tǒng)末端，循環(huán)冷卻水流量不穩(wěn)定，尤其是在夏季，其潤滑油溫度最高達(dá)47 ℃，嚴(yán)重影響合成氣壓縮機(jī)組各轉(zhuǎn)動部位的潤滑效果，造成軸承溫度升高、振動增大，危及機(jī)組的安全、穩(wěn)定運行。綜合分析認(rèn)為，油冷器換熱面積不足、循環(huán)水水質(zhì)差、原始設(shè)計循環(huán)水管線布局不合理、油冷器管束隔板處有漏點(拆檢時發(fā)現(xiàn))等原因共同造成潤滑油溫度高。

7.2 解決措施

① 將1臺換熱面積32.2 m2的油冷器更換為換熱面積76 m2的油冷器；② 定期對油冷器進(jìn)行清理或反沖洗，并對其管板進(jìn)行查漏消漏，避免循環(huán)水走近路而不進(jìn)行換熱；③ 將油冷器循環(huán)水管線由原來的從支管引水改為從總管引水，且管線布置中減少彎頭以降低管道阻力；④ 在合成氣壓縮機(jī)油冷器上水管道上增設(shè)1臺管道泵，增大油冷器的循環(huán)水量，如此一來在夏季高溫時節(jié)也能保證潤滑油溫度在45 ℃以下。2018年以來上述優(yōu)化措施逐步落實后，潤滑油溫度高問題得到解決，合成氣壓縮機(jī)軸承溫度和軸振值等均明顯改善。

8 結(jié)束語

中新化工甲醇裝置合成氣壓縮機(jī)組存在設(shè)計、安裝、運行、檢修、儀控等方面的問題，通過與設(shè)計院積極溝通、與兄弟單位交流、與廠家積極商榷，據(jù)實際生產(chǎn)需要實施了一系列的優(yōu)化技改，取得了較好的效果，這也表明，機(jī)組實際運行情況與設(shè)計情況會出現(xiàn)一些偏差，需根據(jù)實際運行情況不斷進(jìn)行優(yōu)化。總之，中新化工技術(shù)人員經(jīng)過幾年來不斷地摸索與分析，總結(jié)經(jīng)驗，不斷調(diào)整工藝指標(biāo)、優(yōu)化工藝與設(shè)備等，合成氣壓縮機(jī)組運行中存在的問題均得到了妥善解決。合成氣壓縮機(jī)屬于甲醇裝置中的核心運轉(zhuǎn)設(shè)備，今后在其運行過程中仍會出現(xiàn)新的問題，需要技術(shù)人員繼續(xù)跟蹤、及時總結(jié)，并加強(qiáng)生產(chǎn)管理，從而有力地保障合成氣壓縮機(jī)組及甲醇裝置的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行。