甲醇装置离心式合成气压缩机组运行问题及解决措施

李俊杰

(新乡中新化工有限责任公司，河南 获嘉 453800)

0 引 言

河南能源化工集团新乡中新化工有限责任公司(简称中新化工)300 kt/a煤制甲醇装置配套1台2BCL458型离心式合成气压缩机，由沈阳鼓风机有限公司(简称沈鼓)制造，其驱动机为杭州汽轮机股份有限公司制造的NK32/36/16型凝汽式汽轮机，采用3.8 MPa过热蒸汽作为动力蒸汽。本离心式合成气压缩机为一缸两段八级叶轮结构，第一段为新鲜气压缩段，由七级叶轮组成；第二段为循环段，由一级叶轮组成；合成气压缩机为垂直剖分式，轴端为圆锥型，采用膜片式挠性联轴器。合成气压缩机组于2011年8月安装完毕并完成空负荷试车工作，同年11月随甲醇装置投产正常投运。

合成气压缩机组作为甲醇合成系统的动力设备(压缩新鲜气与循环气，为甲醇合成系统提供所需的反应压力和空速)，机组运行质量的好坏直接关系到整个甲醇装置能否稳定、长周期、优质运行。中新化工合成气压缩机组自2011年11月投运以来，运行中暴露出一系列问题，如抽气器抽真空效果不佳、调节气阀卡涩致压缩机转速波动、干气密封损坏、平衡盘密封腐蚀损坏、转子结垢、驱动端轴振值(VE24A423)单边偏大、止推瓦温度高、润滑油水含量高、润滑油温度高等，后通过一系列的优化技改，各类问题得到了很好地解决。以下对有关情况作一简介。

1 抽气器抽真空效果不佳

1.1 问题描述

合成气压缩机组汽轮机真空系统配备的辅机为两级射汽抽气器，主抽气器耗汽量160 kg/h、抽干空气量10.2 kg/h，以管网过来的1.27 MPa饱和蒸汽作为动力蒸汽，而凝汽器处于循环冷却水管网末端，凝汽器所用循环冷却水流量不稳定而致动力蒸汽带液量不稳定；尤其是夏季高温天气循环水温度过高及循环水中的杂质沉积堵塞凝汽器列管时，凝汽器换热效果不佳、两级射汽抽气器的喷嘴组合件出现泄漏、凝汽器与抽气器真空侧垫片安装不合理造成法兰微漏、抽气器冷却器换热面积不足，均会严重影响合成气压缩机组的抽真空效果，经常出现真空度低报警现象(报警值-60 kPa，跳车值-30 kPa)，投用开工抽气器也不能有效提升真空度，危及机组的安全、稳定、长周期运行。

1.2 解决措施

① 汽轮机真空系统抽气器的二级冷凝液疏水阀之旁路阀较大，在疏水阀故障时不能有效地起到排液的作用，当冷凝液通过此旁路阀排空时，疏水管线不能形成液封，严重影响系统抽真空效果，为提高员工操作的准确性、减小因真空度降低引起的跳车风险，后将二级冷凝液疏水阀之旁路阀改为针型阀，并对原有疏水阀进行了更换；② 在1.27 MPa饱和蒸汽入界区前导淋处增设疏水阀，并将凝结水送入冷凝液管网，保持此导淋处于常开状态，以减少入抽气器蒸汽的带液量；③ 将凝汽器、抽气器真空侧的法兰垫片逐一更换为金属缠绕垫，并抹密封胶，提高法兰的密封效果；④ 停车大修时对凝汽器列管进行清洗，并在凝汽器上水总管上增设冲洗阀，每次开车前期打开冲洗阀，将管道内存留的杂质冲洗(就地)排放干净后再投用循环水；⑤ 对泄漏的喷嘴组合件进行更换，无法在线更换时，据现场每级抽气器的抽真空情况，两组抽气器组合投用(比如东边的一级抽气器和西边的二级抽气器配合使用)，以保证汽轮机的真空度；⑥ 关小一、二级抽气器之进汽阀，减小抽气器冷却器的热负荷，将抽气器冷却器内的蒸汽及时凝结成水，提高系统真空度；⑦ 冬季开车时，对真空远传表增设电伴热，避免因气温骤降导致真空导压管冻堵而远传压力指示失真造成合成气压缩机跳车。2018年以来上述优化措施逐步落实后，合成气压缩机组汽轮机真空度明显提升，目前其真空度稳定在-80 kPa左右，能够满足正常生产所需。

2 调节气阀卡涩致合成气压缩机转速波动

2.1 问题描述

合成气压缩机静态调试时，调节气阀均正常；但在其运行过程中，尤其是高负荷时，合成气压缩机转速在10 500 r/min以上(额定转速10 825 r/min，跳车转速11 781 r/min)时，调节气阀开度在71%～78%区间内易出现卡涩现象，造成合成气压缩机转速大幅波动，波动幅度在200～500 r/min之间，若再碰上蒸汽压力波动，不仅会给合成气压缩机组的安全稳定运行造成极大风险(易超速跳车)，而且会造成前系统压力波动而给整个甲醇装置的稳定运行带来影响。

2.2 解决措施

① 与变换、合成岗位加强沟通，稳定合成气(新鲜气+循环气)组分(CO 10%～12%、CO23%～5%、H274%～76%，氢碳比约4.5)，避免因气体组分大幅变化而造成合成气压缩机被迫提高或降低负荷；② 保证3.8 MPa过热蒸汽压力稳定，避免因3.8 MPa过热蒸汽管网压力大幅波动而造成汽轮机主汽门大幅开关；③ 将合成气压缩机转速控制在10 700 r/min以下；④ 合成气压缩机润滑油经油冷器冷却后其温度控制在40～45 ℃；⑤ 操作人员严密监控汽轮机转速——若主汽门开度关小，需提高目标转速设定值，防止因主汽门关小而造成汽轮机转速大幅下降致系统波动，主汽门开度开大时，严密监控汽轮机转速，若转速上涨过快，联系调度降低3.8 MPa过热蒸汽管网压力，将设定转速下调，避免汽轮机超速而危及机组的安全运行。2018年以来上述优化措施逐步落实后，合成气压缩机运行过程中基本上可规避调节气阀开度71%～78%的区间，即便偶尔因上游工段气体组分突然大幅波动而跌入调节气阀开度71%～78%区间内，通过第⑤项调节手段也能最大程度上减小系统压力波动，避免不必要的放空，更不会因调节气阀调整不及时而造成合成气压缩机超速跳车。

3 干气密封损坏

3.1 问题描述

中新化工合成气压缩机采用的是约翰克兰鼎铭提供的串联式干气密封，迄今共更换了4套干气密封。运行过程中出现过放火炬流量波动大、现场一级密封气流量计卡涩，以及因氮气管线未安装止回阀导致倒一级密封气源时易窜气等问题；2020年9月最近一次拆检干气密封时发现，二级静环有油渍、二级动环有磨损，一级弹簧座内有大量锈蚀、静环无法继续使用、一级动环与轴套锈蚀在一起、轴套表面腐蚀严重。

3.2 解决措施

① 将一级密封气由一级水冷器后引气改为一级水冷器前引气，以解决一级密封气带液的问题；② 大修时对合成气压缩机一段入口(即新鲜气入口)分离器进行清理，并在带粉尘严重的前工段增设袋式过滤器拦截粉尘；③ 停车后对所有密封气管线进行吹扫，将残余在管线内的粉末吹扫干净，避免粉末再次进入干气密封密封腔而损坏密封；④ 在放火炬管线上增设止回阀，防止系统停车时火炬气倒灌至干气密封；⑤ 在一级密封气氮气管线上增设止回阀，避免切换密封气气源时窜气。2018年以来上述优化措施逐步落实后，合成气压缩机干气密封运行稳定，保证了机组的安全稳定运行。

4 驱动端轴振值单边偏大

4.1 问题描述

中新化工200 kt/a煤制乙二醇装置配套PSA系统采用北京北大先锋科技股份有限公司的气体分离技术，为装置提供合格的CO和H2，PSA系统解吸气经往复式压缩机加压后送往合成气压缩机入口予以回收。2018年一次合成气压缩机开车过程中开始出现驱动端轴振值(VE24A423)单边偏大的问题：机组升速至8 119 r/min(最低额定转速)后，VE24A423为50.7 μm，同组VE24A422为26.36 μm；机组升速至10 210 r/min后，VE24A423为56.5 μm，同组VE24A422为16.6 μm。多次检修未果，最终合成气压缩机转子抽出后发现，转子叶轮上有大量粉尘和垢片，其中大部分为PSA系统解吸气带来的吸附剂粉尘和低温甲醇洗系统净化气带来的精脱硫剂粉尘，且平衡盘密封和主轴上拉别令密封有腐蚀和磨损情况，而平衡盘密封一旦泄漏，会导致大量高压气体进入到低压端进气室，平衡盘轴向平衡作用减小，进而导致轴向推力增大、止推轴承负荷增加、轴瓦温度高、轴振动增大等问题。

4.2 解决措施

① 转子重新返厂喷砂除垢并做动平衡，更换新的平衡盘密封，密封材质改为PEEK(PEEK具有机械强度高、耐高温、耐冲击、阻燃、耐酸碱、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及良好的电性能)；② 对合成气压缩机一段入口分离器及丝网进行清理，并在PSA解吸气压缩机进口增设袋式除尘系统，PSA解吸气压缩机出口增设脱氯罐，将PSA系统带来的大量吸附剂粉尘和氯化氢气体全部拦截下来；③ 与变换及PSA岗位加强沟通，稳定入口气体组分，避免因气体组分大幅波动致合成气压缩机被迫大幅调整负荷，进而引起VE24A423升高；④ 合成气压缩机提负荷时要缓慢进行，保持“升压先升速”的原则，转速提升与防喘振阀开度调整交替缓慢进行，尽可能保持VE24A423稳定，在合成气压缩机减负荷时则遵循“降速先降压”的原则并缓慢进行。2018年以来上述优化措施逐步落实后，合成气压缩机重启后再未出现过VE24A423单边偏大的问题，拆检平衡盘密封发现其基本完好，叶轮上也未见有明显垢片及大量粉尘，保证了合成气压缩机组的长周期稳定运行。

5 止推瓦温度高

5.1 问题描述

合成气压缩机止推瓦温度过高，易使油膜中的油逐步碳化并附着在巴氏合金表面，长期积累使积炭层增厚，影响润滑油油膜的厚度及均匀性，不能有效地将热量带走。实际生产中，合成气压缩机止推瓦温度高的问题一直困扰着中新化工，尤其是2018年后随着甲醇装置产能释放率的提升，合成气压缩机组负荷加大，开车期间其止推瓦温度常徘徊在90～104 ℃[报警值105 ℃、跳车值115 ℃，二取二联锁(止推瓦引出2个测温点，同时满足跳车值时联锁跳车)]，且从拆检情况看止推瓦瓦块上均有不同程度的积炭。

5.2 解决措施

① 由于甲醇装置产能释放率的提高，合成气压缩机组负荷随之增大，原来的平衡盘已不能满足抵消掉大部分轴向推力的需要，与沈鼓沟通后，将平衡盘增大，并将甩油环回油孔孔径由原来的φ13 mm扩大为φ14 mm、调整联轴器预拉伸量为0.7 mm(原无此预拉伸量)；② 控制润滑油温度在40～45 ℃之间；③ 控制润滑油压力在0.12～0.15 MPa之间。2019年以来上述优化措施逐步落实后，合成气压缩机止推瓦温度基本上稳定在84～88 ℃之间，运行稳定，且拆检看到止推瓦瓦块上无明显的积炭现象。

6 润滑油水含量高

6.1 问题描述

合成气压缩机为高速运转设备，其润滑油品质的好坏会影响压力油膜的形成，进而影响润滑效果，直接关乎机组能否安全、稳定、长周期运行。实际运行过程中，合成气压缩机组润滑油多次出现水含量超标现象，经分析，主要原因是轴封蒸汽长期沿轴向漏进轴承箱造成润滑油乳化，降低了润滑油的运动粘度，润滑油不能有效形成油膜而带走热量，在轴瓦处形成积炭，使轴瓦温度升高、轴振动增大，甚至造成联锁停车。

6.2 解决措施

合成气压缩机组汽轮机设计两侧轴档处各有一处预留孔，前期并未安装氮气管线，利用停车机会引短管接入低压氮气作为密封气，用针形阀控制氮气压力在5～10 kPa，密封气(氮气)沿轴向外吹。2018年本优化措施落实后，既可防止轴承箱负压吸入蒸汽，又可防止轴封间隙过大或轴档间隙过大而致轴封蒸汽漏入，保证了机组的安全稳定运行。

7 润滑油温度高

7.1 问题描述

合成气压缩机组配置2台(一开一备，并联)油冷器，采用循环水作为冷却介质，单台换热面积32.2 m2，换热面积较小，而合成气压缩机设计一段进气量为104 870 m3/h，随着系统产能释放率的提升，一段入口气量增至125 000 m3/h以上，虽然油冷器能够满足生产需要，但机组轴功率增大后，润滑油温度随之上涨，加之合成气压缩机处于循环水系统末端，循环冷却水流量不稳定，尤其是在夏季，其润滑油温度最高达47 ℃，严重影响合成气压缩机组各转动部位的润滑效果，造成轴承温度升高、振动增大，危及机组的安全、稳定运行。综合分析认为，油冷器换热面积不足、循环水水质差、原始设计循环水管线布局不合理、油冷器管束隔板处有漏点(拆检时发现)等原因共同造成润滑油温度高。

7.2 解决措施

① 将1台换热面积32.2 m2的油冷器更换为换热面积76 m2的油冷器；② 定期对油冷器进行清理或反冲洗，并对其管板进行查漏消漏，避免循环水走近路而不进行换热；③ 将油冷器循环水管线由原来的从支管引水改为从总管引水，且管线布置中减少弯头以降低管道阻力；④ 在合成气压缩机油冷器上水管道上增设1台管道泵，增大油冷器的循环水量，如此一来在夏季高温时节也能保证润滑油温度在45 ℃以下。2018年以来上述优化措施逐步落实后，润滑油温度高问题得到解决，合成气压缩机轴承温度和轴振值等均明显改善。

8 结束语

中新化工甲醇装置合成气压缩机组存在设计、安装、运行、检修、仪控等方面的问题，通过与设计院积极沟通、与兄弟单位交流、与厂家积极商榷，据实际生产需要实施了一系列的优化技改，取得了较好的效果，这也表明，机组实际运行情况与设计情况会出现一些偏差，需根据实际运行情况不断进行优化。总之，中新化工技术人员经过几年来不断地摸索与分析，总结经验，不断调整工艺指标、优化工艺与设备等，合成气压缩机组运行中存在的问题均得到了妥善解决。合成气压缩机属于甲醇装置中的核心运转设备，今后在其运行过程中仍会出现新的问题，需要技术人员继续跟踪、及时总结，并加强生产管理，从而有力地保障合成气压缩机组及甲醇装置的安、稳、长、满、优运行。