成家琛

(新鄉(xiāng)中新化工有限責任公司，河南 獲嘉 453800)

0 引 言

新鄉(xiāng)中新化工有限責任公司(簡稱中新化工)200 kt/a煤制甲醇裝置(現(xiàn)實際產能達300 kt/a)采用航天爐粉煤加壓氣化、低水氣比寬溫耐硫變換、大連理工低溫甲醇洗、華東理工甲醇合成工藝，裝置于2011年11月投產，整體運行情況較好；本甲醇裝置中共有2臺透平驅動(汽驅)的離心式壓縮機——合成氣壓縮機和氨冰機，均由沈陽鼓風機(集團)有限公司制造，其驅動汽輪機均為杭州汽輪機股份有限公司制造，型號分別為NK32/36/16和NK25/28/25，均采用3.8 MPa、420 ℃過熱蒸汽作為動力，汽輪機與壓縮機均由膜片式撓性聯(lián)軸器連接。合成氣壓縮機為一缸兩段八級葉輪結構，缸體為垂直剖分式，第一段為新鮮氣壓縮段(由7級葉輪組成)，第二段為循環(huán)氣壓縮段(由1級葉輪組成)，段間分別設有中間換熱器和防喘振冷卻器。氨冰機為兩缸三段十四級葉輪結構，缸體為水平剖分式，氣氨經2次中間冷卻和1次末端冷卻。

合成氣壓縮機的作用是將來自低溫甲醇洗系統(tǒng)的凈化氣和來自甲醇合成系統(tǒng)的循環(huán)氣進行壓縮，然后將工藝氣送至甲醇合成系統(tǒng)，為甲醇合成系統(tǒng)提供符合壓力要求的原料氣和氣體循環(huán)的動力；氨冰機的作用是將低溫甲醇洗系統(tǒng)氨冷器來的-40 ℃氣氨及空分裝置氨冷器來的4 ℃的氣氨進行壓縮，將低壓氣氨提高至冷凝壓力，從而為低溫甲醇洗系統(tǒng)和空分裝置提供冷量。合成氣壓縮機與氨冰機的安全平穩(wěn)運行是保證甲醇裝置長周期運行的前提。實際生產中，出現(xiàn)過合成氣壓縮機組汽輪機軸振值高、氨冰機干氣密封氣去火炬壓力高聯(lián)鎖跳車、氣氨管線(U形管低點處)出現(xiàn)液封、氨冰機低壓缸排氣不足且軸振值高、氨冰機段間水冷器換熱效果差等問題，采取一系列有針對性的優(yōu)化改造措施后，保證了機組的安全、穩(wěn)定、長周期運行。以下對有關情況作一介紹。

1 合成氣壓縮機組汽輪機軸振值高

1.1 問題描述

2022年7月合成氣壓縮機組汽輪機大修后試機時，轉速緩慢提升至10 500 r/min(額定轉速10 825 r/min)時，前端軸振值由19.0 μm瞬間漲至69.2 μm、后端軸振值由16.3 μm瞬間漲至71.3 μm，觸發(fā)聯(lián)鎖跳車(聯(lián)鎖值61.9 μm)。反復測試發(fā)現(xiàn)，汽輪機軸振值存在無預兆、無規(guī)律性異常波動，汽輪機充分暖機后緩慢升至額定轉速，雖然基本上可以滿足運行要求，但其軸振值還是存在異常上漲的情況，且運行期間汽輪機前端汽封存在蒸汽大量外泄的情況。

1.2 原因分析

汽輪機軸振值高大多源于轉子不平衡、轉子熱彎曲、儀表故障、止推間隙不達標、蒸汽品質差和潤滑油品質差等。本次大修汽輪機轉子回裝前已返廠做動平衡，盤車和低速運行時軸振值穩(wěn)定，現(xiàn)場測振探頭和ITCC控制板均已更換，蒸汽品質和潤滑油品質未見異常，且汽輪機聯(lián)鎖跳車均為高負荷時軸振值瞬間升高觸發(fā)聯(lián)鎖跳車。因此，初步判斷為汽輪機動靜部分摩擦所致，如止推軸瓦間隙偏小、級間密封有摩擦等。

1.3 解決措施

正常生產時，系統(tǒng)加/減負荷過程中合成氣壓縮機組汽輪機嚴格遵循“升壓先升速，降速先降壓”的原則；聯(lián)系上游崗位人員穩(wěn)定氣體組分——控制新鮮氣之氫碳比在2.05～2.15之間；穩(wěn)定動力蒸汽壓力在(3.4±0.5)MPa左右，避免汽輪機轉速因蒸汽壓力波動而大幅波動繼而影響轉子的振值；潤滑油溫度控制在(40±1)℃，保證潤滑油膜的穩(wěn)定。2022年11月停車后對合成氣壓縮機組汽輪機動靜部分進行檢查，發(fā)現(xiàn)如下問題并予以處理。

(1)拆機對滑銷系統(tǒng)進行檢查，發(fā)現(xiàn)前端軸承座滑銷頂絲松動，通過對缸體與轉子同心度打表測量，偏差中心0.46 mm，軸承座下沉。于是，按照機組說明書技術要求，重新調整軸承座，找洼窩左0、下+0.02 mm、右0。

(2)拆檢發(fā)現(xiàn)轉子低壓端級間汽封齒有兩處斷裂，一處斷裂10 cm、一處斷裂1 cm，部分汽封齒存在變形。于是，對斷裂口進行打磨處理，并修正變形的汽封齒。

(3)拆檢發(fā)現(xiàn)前端軸端汽封齒單邊磨損、密封面存在劃痕。于是，測量漏氣處密封面接觸面積，實施研磨、涂膠等。

(4)止推間隙標準值0.30～0.38 mm，實際測量值0.25 mm，回裝后止推間隙0.30 mm，前后端徑向軸承有輕微拉傷現(xiàn)象。于是，調整止推間隙，并對兩端軸瓦重新澆筑巴氏合金。

拆機檢修情況表明，合成氣壓縮機組汽輪機止推間隙小，不能有效地平衡軸向推力，導致動靜部分摩擦，使級間汽封齒發(fā)生變形、斷裂甚至脫落，是軸振值瞬間升高聯(lián)鎖跳車的主要原因；合成氣壓縮機組汽輪機軸振值異常波動、缸體與轉子偏差中心過大、軸承座下沉，導致軸端汽封齒單邊磨損而出現(xiàn)前端汽封漏蒸汽。據(jù)機組說明書技術要求重新安裝后，滿負荷運行時合成氣壓縮機組汽輪機前端軸振值20 μm、后端軸振值15.7 μm，軸振值穩(wěn)定無波動，前端汽封漏蒸汽問題徹底消除，汽輪機運行狀況良好。

2 氨冰機干氣密封氣去火炬壓力高聯(lián)鎖跳車

2.1 問題描述

2021年8月，生產過程中甲醇裝置氨冰機出現(xiàn)干氣密封氣放火炬壓力高觸發(fā)高聯(lián)鎖跳車；另外，在無氨狀態(tài)下開車過程中，切換干氣密封一級密封氣時，多次出現(xiàn)觸發(fā)PDT-24B102低壓缸一級密封氣與放火炬壓差低低聯(lián)鎖和 PDT-24B103低壓缸一級密封氣與平衡管壓差低低聯(lián)鎖而造成機組跳車(壓差低報警值50 kPa、聯(lián)鎖值25 kPa)，跳車前軸振值、位移、軸溫、過濾器壓差均無異常。

2.2 原因分析

(1)氨冰機三段出口壓力設計為1.63 MPa，正常生產時干氣密封一級密封氣氣源于此處引出，在無氨狀態(tài)下用8.0 MPa高壓N2作為一級密封氣氣源。由于存有設計缺陷，高壓N2與工藝氣閥門之間未設計安裝止回閥，極易造成高壓N2通過一級密封工藝氣管線向三段出口竄氣，不能有效形成壓差，使氨冰機沖轉完成后干氣密封一級密封氣氣源的切換難度增大、不易調節(jié)。

(2)原始設計氨冰機干氣密封氣與機組的不凝氣均放入冷火炬，拆檢干氣密封放火炬至冷火炬管線法蘭，發(fā)現(xiàn)管道內壁有大量白色結晶狀物質。對系統(tǒng)不凝氣和結晶物進行分析，不凝氣中含甲醇氣，系低溫甲醇洗系統(tǒng)氨冷器列管泄漏帶入冰機系統(tǒng)所致；結晶物為碳銨結晶，長時間累積碳銨結晶堵塞了管道，冷火炬管線背壓升高，致使干氣密封氣不能正常放火炬。

2.3 解決措施

(1)在高壓N2和氨氣切換管線上增設止回閥，防止一級密封氣氣源切換時高壓N2與工藝氣互竄。

(2)將干氣密封氣放火炬管線與系統(tǒng)放空管線斷開，單獨引至高點放空；低溫甲醇洗系統(tǒng)氨冷器定期定量排氨，以將液氨中的不凝氣(甲醇)排出，降低碳銨結晶堵塞風險。

上述技改完成后，氨冰機一級密封氣氣源切換時平衡管壓差穩(wěn)定無波動，氨冰機運行過程中再未出現(xiàn)過干氣密封氣放炬壓力高聯(lián)鎖跳車現(xiàn)象，保證了氨冰機的安全穩(wěn)定運行。

3 氣氨管線出現(xiàn)液封

3.1 問題描述

2022年3月，甲醇裝置開車時，低溫甲醇洗系統(tǒng)醇氨聯(lián)運(意指開車時低溫甲醇洗系統(tǒng)建立甲醇循環(huán)及氨冷器與氨冰機投運)初期，多次出現(xiàn)氨冰機入口氣氨壓力異常降至-36 kPa(正常值-28 kPa)、流量降至18 625 m3/h(標態(tài)，下同；設計值25 000 m3/h)、氨冰機發(fā)生喘振等問題，影響低溫甲醇洗系統(tǒng)的降溫速率。

3.2 原因分析

低溫甲醇洗系統(tǒng)開車時氨冰機系統(tǒng)管線存在堵塞或過氣不暢，均會導致上述問題。排查發(fā)現(xiàn)：管道過濾器與氣液分離器前后壓差為3 kPa(正常值<4 kPa)，壓差在正常指標范圍內，排除過濾器與氣液分離器堵塞的可能；低溫甲醇洗氨冷器至氨冰機入口壓差為28 kPa(正常值<10 kPa)，壓差遠超正常值。低溫甲醇洗氨冷器至氨冰機一段入口氣氨管線不在同一高度，管廊上方有較大的U形管低點，由于氨冰機喘振時一段入口分離器會瞬間滿液，初步判斷液氨可能在氨冷器至氨冰機一段入口氣氨管線U形管處聚集形成液封，即大量積液造成氨冰機入口吸入量不足而發(fā)生喘振。

3.3 解決措施

氨冰機運行時入口為負壓，入口氣氨管線如有大量積液，需增設排氨罐排液——均壓后利用位差排液，而后通過泵將液氨送至氨儲槽，但受施工場地限制等因素影響未進行設置排氨罐的改造。為此，2022年11月中新化工在低溫甲醇洗氨冷器至氨冰機一段入口管廊上方氣氨管線U形管低點底部處開孔，接DN150管線將液氨引至氨冰機一入管道過濾器前管線上，利用位差將U形管內的液氨排至入口過濾器前，且過濾器前低點增設DN50管線引至中間氨儲槽，即將管廊上方U形氣氨管線低點積液排至中間氨儲槽。排液前，打開氨冰機一段氣液分離器與中間氨儲槽均壓閥均壓，中間氨儲槽壓力與一段入口壓力相同時(-28 kPa)，由過濾器前低點導淋向中間氨儲槽排液，排液完成后關閉導淋閥和均壓閥；中間氨儲槽排液時，微開氨儲槽至中間氨儲槽充壓閥，將中間氨儲槽緩慢充壓至0.5 MPa(省功器壓力0.4 MPa)，打開中間氨儲槽至省功器排液閥排液，排液完成后關閉排液閥和充壓閥。為減小排液對氨冰機一段入口壓力及溫度的影響，一段氣液分離器與中間氨儲槽均壓閥微開，當壓力相等后全開均壓閥。

通過在低溫甲醇洗氨冷器至氨冰機一段入口管廊U形彎前后增設聯(lián)通管線，利用位差將排液問題解決，既節(jié)約了檢修費用，又回收了液氨。本項改造實施后，徹底解決了因氨冰機一段入口管線液封而導致的氨冰機喘振問題，保證了甲醇裝置的安全穩(wěn)定運行。

4 氨冰機低壓缸排氣不足且軸振值高

4.1 問題描述

2020年9月大修完成系統(tǒng)開車正常后，氨冰機低壓缸軸振值緩慢持續(xù)增高，由19 μm緩慢漲至52 μm后波動頻繁，且滿負荷下低壓缸排氣壓力僅為0.24 MPa(設計值0.40 MPa)，排氣量嚴重不足，滿足不了生產所需——當時氨冰機一段入口壓力-26 kPa、一段入口流量19 623 m3/h、一段出口壓力0.24 MPa，二段入口壓力0.23 MPa、二段入口流量23 550 m3/h，三段出口壓力1.03 MPa，低壓缸軸振值52.0 μm。而正常生產時，氨冰機一段入口壓力-28 kPa、一段入口流量25 000 m3/h、一段出口壓力0.40 MPa，二段入口壓力0.38 MPa、二段入口流量27 000 m3/h，三段出口壓力1.60 MPa，低壓缸軸振值<41.2 μm。

4.2 原因分析

對比分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)異常時氨冰機運行參數(shù)嚴重偏離正常值，其入口流量和排氣壓力過低。經查，入口過濾器壓差、段間水冷器換熱效果、干氣密封泄漏量均無異常，但氨冰機早期運行時出現(xiàn)過低壓缸入口濾網(wǎng)碳銨結晶問題，而一旦氨冰機低壓缸入口濾網(wǎng)和葉輪結垢，會導致氨冰機打氣量不足。

4.3 解決措施

2021年3月拆檢發(fā)現(xiàn)，氨冰機氣缸隔板中分面結垢嚴重(結垢物為鐵銹與碳銨結晶的混合物)且有漏氣痕跡，這應該是壓縮比降低、排氣量不足的主要原因之一，且中分面沒有涂膠痕跡，軸承間隙過大(止推軸承間隙設計值為0.25～0.35 mm、檢修前為0.45 mm，非驅動端徑向軸承瓦背緊力設計值為0.00～0.02 kN、檢修前為0.01 kN)；檢查氨冰機入口氣液分離器，發(fā)現(xiàn)其內部絲網(wǎng)除沫器掉落。分析認為，因氨冰機入口氣液分離器無法有效地進行氣液分離，且低溫甲醇洗氨冷器列管漏致氣氨管線出現(xiàn)帶液時含甲醇液氨進入氨冰機，閃蒸出的CO2氣與氣氨反應生成碳銨結晶，與鐵銹混合后在氣缸隔板中分面累積而形成結垢。于是，將氨冰機入口氣液分離器絲網(wǎng)除沫器復位，對低溫甲醇洗氨冷器泄漏列管進行堵漏，并嚴格控制氨冷器液位，避免出現(xiàn)氣液夾帶；另外，拆機吊出轉子、上/下缸隔板，轉子及隔板除垢、清洗，宏觀檢查并對中分面重新涂膠；對于軸承間隙過大的問題，在副止推軸承背面加0.1 mm厚墊片予以調整，檢修后止推軸承間隙為0.29 mm，在非驅動端徑向軸承瓦背加0.02 mm厚墊子，檢修后非驅動端徑向軸承瓦背緊力為0.02 kN。

檢修后，氨冰機一段入口壓力-26 kPa、一段入口流量24 300 m3/h、一段出口壓力0.38 MPa，二段入口壓力0.34 MPa、二段入口流量26 322 m3/h，三段出口壓力1.25 MPa，低壓缸軸振值19.0 μm，氨冰機壓縮比正常，完全滿足了生產所需。

5 氨冰機段間水冷器換熱效果差

5.1 問題描述

2022年7月，氨冰機運行過程中，低溫甲醇洗氨冷器入口(吸收液甲醇)溫度-46.2 ℃，氨冰機一段入口壓力漲至-16 kPa(設計值為-28 kPa)、入口氣氨流量超量程(量程為25 000 m3/h)，氨冰機各段間工藝氣(氣氨)溫度升高，機組出現(xiàn)做功效率下降等現(xiàn)象。

5.2 原因分析

夏季高溫期段間水冷器上/回水溫差變小，氨冰機一段入口流量超量程，氣氨冷卻后溫度高，由于氨冰機段間水冷器處于循環(huán)水總管末端，循環(huán)水量不足，且循環(huán)水水質差致水冷器部分列管堵塞，造成段間水冷器換熱效果差，大量氣氨不能被冷卻而聚集在段間，影響氨冰機的正常運行，繼而影響低溫甲醇洗系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

5.3 解決措施

在氨冰機一段/二段/三段水冷器(E2411/E2412/E2413)循環(huán)水上水管線上帶壓開孔DN50(實際孔徑為DN32)，將溴化鋰制冷機組冷凍水(溫度20.5 ℃)經1臺管道泵(額定流量80 m3/h，功率7.5 kW)增壓至0.31 MPa后分別補入E2411/E2412/E2413循環(huán)水上水管線內，即通過降低氨冰機段間水冷器循環(huán)水上水溫度提升其換熱效果，以提升氨冰機負荷。

溴化鋰制冷機組冷凍水經管道泵補入循環(huán)水上水管線前后E2411/E2412/E2413運行情況對比見表1?？梢钥吹?，在相同大氣溫度和系統(tǒng)負荷下，E2411/E2412/E2413循環(huán)水上水管線補入冷凍水后，上水溫度下降6 ℃，上/回水溫差增大至約14 ℃，段間水冷器入口氣氨溫度大致下降4～7 ℃，出口氣氨溫度大致下降3～7 ℃。通過增強段間水冷器換熱效果，將段間氣氨進行有效冷卻，降低了段間阻力，使氨冰機進氣和排氣更加順暢(氨冰機一段入口壓力降至-25 kPa、入口流量23 000 m3/h)，低溫甲醇洗氨冷器入口(吸收液甲醇)溫度降至-48.9 ℃。此在線帶壓開孔為3臺段間水冷器補入冷凍水的優(yōu)化措施，既增強了段間水冷器的換熱效果，又避免了系統(tǒng)被迫停車檢修的問題。

表1 補入冷凍水前后段間水冷器運行情況對比 ℃

6 結束語

透平驅動(汽驅)離心式壓縮機運行的穩(wěn)定性與可靠性，對中新化工甲醇裝置的運行效能有直接而重大的影響。通過對合成氣壓縮機和氨冰機運行過程中出現(xiàn)的問題進行分析與研究，實施了一系列有針對性的優(yōu)化改造措施，使氨冰機干氣密封系統(tǒng)的操作更加安全和便捷、氨冰機入口氣帶液(氣氨管線出現(xiàn)液封)問題得到徹底解決(再也沒有發(fā)生過因液封問題而導致的機組喘振)、消除了合成氣壓縮機組汽輪機軸振值高及氨冰機低壓缸排氣不足且軸振值高、氨冰機段間水冷器換熱效果差等問題，機組的運行更加平穩(wěn)，保證了甲醇裝置的安全、穩(wěn)定、長周期、高效運行。