論大型合成氨、甲醇裝置離心式壓縮機的試車

吳雙月

東華工程科技股份有限公司 安徽合肥 230002

大型合成氨、甲醇裝置中的合成氣壓縮機和冰機一般都采用離心式壓縮機，為了降低運行成本，其驅動型式多為蒸汽透平驅動。離心式壓縮機是生產裝置的核心設備，具有轉速高、機械效率高、輸氣均勻、維護簡單、占地面積小、振動小、潤滑油消耗少，能經濟方便地調節負荷等優點。但離心式壓縮機一般投資比較大，所以一般都沒有備機。離心式壓縮機技術較為復雜，使用中如發生故障或事故，往往造成非常嚴重的后果，損失也相當慘重。因此為它所設置的保護系統也相當復雜，安裝后都要進行單機試車、聯動試車及投料試車。

由我公司總承包的某公司30萬t/ a 合成氨和30萬t/ a 甲醇裝置的合成氨合成氣壓縮機、甲醇合成氣壓縮機、合成氨冰機、甲醇冰機均采用離心式壓縮機，且都為凝汽式透平驅動。此四臺壓縮機工程設計均由我公司設計并全程參與壓縮機試車及試生產。本文對此四臺壓縮機試車及投料生產中存在的問題及解決方法做一簡要總結，并結合其他的工程設計提出建議，以供參考。

1 離心式壓縮機基本情況介紹

本項目四臺離心式壓縮機分別為合成氨合成氣壓縮機、甲醇合成氣壓縮機、合成氨冰機、甲醇冰機，其中合成氨合成氣壓縮機、甲醇合成氣壓縮機為垂直剖分結構；合成氨冰機、甲醇冰機為水平剖分結構。合成氨合成氣壓縮機及透平由日本三菱公司生產；甲醇合成氣壓縮機、合成氨冰機、甲醇冰機的壓縮機均為沈陽鼓風機集團有限公司生產；甲醇合成氣壓縮機、合成氨冰機的透平由杭州汽輪機股份有限公司生產，甲醇冰機的透平由杭州中能汽輪機股份有限公司生產。

此4 套離心式壓縮機及透平主要技術參數如表1、表2 所示。

表1 四套壓縮機主要技術參數一覽表

表2 四套壓縮機汽輪機主要技術參數一覽表

2 透平單機試車過程中出現的問題、原因分析及解決措施和建議

2.1 冷凝系統真空無法達到設計值

2.1.1 現場情況

2011 年10月26日，甲醇冰機透平單機試車。在一切準備就緒后，啟動開車抽氣器和主抽氣器，冷凝系統真空達到15kPa，能滿足設計要求啟動透平。當透平轉速達到3000r/ min時，由于冷凝液無法排出，現場就地排冷凝液。這時透平真空度急劇下降，汽輪機排汽溫度高，現場停車。

2.1.2 原因分析

綜合以上信息，首先考慮有地方漏真空，于是用正壓充水方法查漏點，但未查到漏點。

繼續準備就緒，抽真空，真空度又達到15kPa，啟動透平后又由于冷凝液無法排出就地排放，真空度又下降到25 kPa 以上，汽輪機排汽溫度高，停車。

以上幾次停車過程都發現透平冷凝液就地排放的時候，系統真空下降快。現場查看發現，排氣安全閥的密封水管道尺寸只有DN15；由于透平冷凝液現場排放后，泵出口壓力降低，導致排氣安全閥的密封水不能連續進水。因此懷疑排氣安全閥水封有問題。

2.1.3 解決措施和建議

拆開排氣安全閥，發現排氣安全閥水封的高度低于回水管口高度。通過加高排氣安全閥水封圍堰，同時更換抽氣器的噴嘴，繼續開車，冷凝系統的真空度達到11kPa，滿足設計要求。

建議以后工程設計中考慮開車時排氣安全閥的密封水采用外界的脫鹽水，避免由于冷凝液就地排放時密封水壓力不夠導致真空波動。

2.2 透平排汽溫度高于設計值

2.2.1 現場情況

甲醇冰機透平單機試車，在轉速6800r/ min 時，透平排汽溫度達到120℃。由于溫度超標，制造商試車人員要求停止試車。

2.2.2 原因分析

透平排汽溫度高有如下幾種可能：

(1) 進后汽封的管道在后氣缸有漏點，蒸汽直接漏進導致溫度高；

（2）溫度儀表有問題，顯示不準確；

（3）汽輪機設計的問題。

2.2.3 解決措施和建議

制造商從總部派遣有經驗的調試人員到現場。根據此透平的特點，在單機試車時候，由于沒有負荷，存在鼓風效應，高溫的氣體沒有完全做功即到了透平的排氣端；如果帶負荷試車，過了臨界轉速后溫度即可以降下來。現場將透平和壓縮機連接后繼續試車，在轉速3000r/ min 時，排汽溫度已經達到140℃，但繼續升速并且過臨界轉速達6800r/ min 時，透平排汽溫度降為80℃，試車合格。

建議以后的工程設計對于杭州中能這種型式的汽輪機，汽輪機的輔機及儀表設計應考慮到試車時候的高溫工況。

2.3 透平振動聯鎖跳車

2.3.1 現場情況

合成氨冰機透平單機試車，當轉速升到300 r/ min 時，透平進汽端振動值超標，聯鎖跳車；

2.3.2 原因分析

透平振動聯鎖值為63μm，在轉速為300 r/ min 時，振動值為67μm，超過聯鎖值跳車。由于開車時調節閥開度較大，回調時導致振動偏高。

2.3.3 解決措施建議

根據實際情況，將透平振動聯鎖值由63μm 修改為80μm，繼續試車，透平在試車初期振動最大值為72μm，試車成功。由于原始開車時透平蒸汽調節閥回調大，在透平平穩運行后需要將振動聯鎖值修改為原設計值，以保證透平長周期穩定運行。

2.4 透平轉速顯示不一致

2.4.1 現場情況

合成氨合成氣壓縮機透平單機試車時，發現ITCC 顯示屏上透平轉速的測速顯示SI 和KI 顯示不一致。

2.4.2 原因分析

透平測速一般有三個測速探頭SE，有一個鍵相探頭KE，此兩種探頭測出來的速度應當一致。由于SE 測速是通過測速齒輪的齒數計算出來的，按照三菱公司設計文件，測速齒輪的齒數為23個，但根據KE 顯示的速度反算測速齒輪的齒數應為30個，由于安裝的時候沒有數齒輪數，儀表組態的時候按設計文件23個組態，可能設計文件存在錯誤。但是三菱公司現場試車指導人員堅決認為設計文件不會有問題，并且確定他們設計的齒輪不可能是偶數，通過和三菱總部人員溝通也認為設計文件沒有問題，懷疑是儀表組態有問題。

2.4.3 解決措施和建議

根據現場情況，業主和設計院要求打開透平端蓋，具體數測速齒輪齒數。經過現場確認，測速齒輪齒數為30個，并讓三菱公司現場指導人員親自確認通過后，總部修改設計文件，按30個齒數重新儀表組態，SI 和KI 數據一致。

建議以后透平安裝時，認真核實測速此輪齒數并記錄，以備儀表組態時和設計文件校對。

2.5 透平試車時缸內有異響聲

2.5.1 現場情況

合成氨冰機透平單機試車時，在透平低速暖機階段，現場人員用聽筒聽透平缸內響聲時候，發現透平排汽端缸內有異響聲，要求緊急停車。

2.5.2 原因分析

缸內有響聲，有多種可能：

（1）透平排汽端缸內因有盤車裝置，有可能是手動盤車和刺輪沒有完全脫離；

（2）缸內有很小的異物；

（3）缸內的疏水不好。

由于DCS 上顯示透平的振動值未出現異常，所以懷疑疏水問題。現場檢查所有的疏水閥，閥門均是打開的，沒有發現異常，可能是疏水管道堵塞。現場用手摸透平疏水閥，發現疏水管道溫度很低，因此判斷疏水管道堵塞。

2.5.3 解決措施和建議

拆開疏水管道和疏水膨脹箱上的閥門，發現閥門上出廠自帶的防止污染的塑料蓋沒有拆去即安裝上，當場將塑料蓋拆去。

建議在以后的設備、管道安裝時，應清理設備、管道上所有的異物，避免影響開車。

3 壓縮機聯動試車中出現的問題、原因分析及解決措施和建議

3.1 壓縮機付推軸承溫度高跳車

3.1.1 現場情況2011年11月15日甲醇合成氣壓縮機試車，在8800 r/ min時，壓縮機一個付推軸承的溫度高聯鎖停車。

3.1.2 原因分析

有幾種可能原因導致溫度高：

（1）潤滑油供應不足；

（2）軸承摩擦；

（3）熱電偶自身問題。

3.1.3 解決措施和建議

現場查看潤滑油情況，潤滑油正常；通過拆下軸承蓋和軸承，發現熱電偶接線和壓縮機平衡盤有摩擦，導致熱電偶接線斷裂。重新換熱電偶時，針對壓縮機機器設計中沒有考慮熱電偶接線固定的問題，現場采用704 膠將熱電偶接線固定，試車成功。

建議在壓縮機機器的設計時，應考慮埋入式的熱電偶接線的固定，避免由于類似的原因發生事故；工程公司在審查制造商資料時候，應重點審查。

3.2 壓縮機軸承蓋冒氣管冒油

3.2.1 現場情況

甲醇冰機試車，當轉速到6900 r/ min 時，發現壓縮機非驅動端軸承蓋冒氣管冒油，現場緊急停車。

3.2.2 原因分析

由于壓縮機試車時，干氣密封和壓縮機之間的連接管已經連接，干氣密封一級泄露氣管去火炬管的閥門沒有打開，壓縮機密封腔內的氣體無法排出，直接到軸承端，氣體將潤滑油形成氣泡從軸承蓋的冒氣管帶出。

3.2.3 解決措施和建議

打開一級密封排氣管，同時調整潤滑油壓力和隔離氣壓力不要太大。

建議以后試車前需要做好充分準備和檢查，將所有的閥開、關情況做好記錄。

3.3 潤滑油泵聯鎖停車

3.3.1 現場情況

合成氨合成氣壓縮機試車時，潤滑油泵突然聯鎖停車，導致壓縮機聯鎖停車。

3.3.2 原因分析

壓縮機試車時，同時采用油濾機對油箱的油進行過濾。由于設計的時候對潤滑油泵有保護措施，即潤滑油箱的液位到一定液位時候才能啟動潤滑油泵，設計了泵的允許開車條件，但電氣專業設計時將允許開車條件設計為聯鎖條件。在油濾機對油箱進行過濾的時候，油箱液位瞬間降低使潤滑油泵聯鎖停車，導致潤滑油總管供油壓力低，最終聯鎖停壓縮機。

3.3.3 解決措施和建議

修改電氣設計，將潤滑油泵的聯鎖停車修改為泵的允許開車條件，并且要求采用油濾機操作時嚴格控制油箱的液位。

建議以后工程設計時應和制造商溝通，了解制造商的意圖，避免因設計理念不一致導致錯誤。

3.4 壓縮機振動值突然增大

3.4.1 現場情況

合成氨合成氣壓縮機試車時，在壓縮機過臨界轉速時，壓縮機振動值瞬時突然增大，稍后下降。

3.4.2 原因分析

合成氨合成氣壓縮機試車是采用氮氣試車，并且是閉路循環。由于開車時，壓縮機缸內的壓力只有2kgf/ cm2就沖轉開車，并且為了保證壓縮機缸內壓力不升高，關小了入口氮氣閥，在暖機的低轉速時，入口流量能滿足要求，在壓縮機升速過臨界時，由于壓縮機轉速快速升高，入口流量來不及補充，導致壓縮機接近喘振。通過進口壓力顯示，在快速過臨界時，壓縮機進口壓力下降到1kgf/ cm2。

3.4.3 解決措施和建議

試車時候提高缸內壓力，并且壓縮機過臨界轉速時增大壓縮機入口氮氣補充量。

建議以后壓縮機聯動試車時候盡量能開式試車，一定要保證壓縮機的進口流量，特別是在過臨界轉速時，要充分考慮轉速的提高，壓縮機吸氣量增大而需要補充進口氣體的情況。

4 壓縮機投料試車中出現的問題、原因分析及解決措施和建議

4.1 合成氨冰機帶液

4.1.1 現場情況

合成氨冰機嚴重帶液，進口分離器液氨液位升高，壓縮機喘振。

4.1.2 原因分析

試生產的時候是當地冬季，且冰機負荷低，壓縮機的防喘振閥一般有40%的開度，由于冰機設計時，防喘振管線是將壓縮機出口高溫氣體經過水冷器冷卻后回到壓縮機入口，在冰機負荷低且當地氣溫低的時候，經過防喘振冷卻器后的氣體已經冷凝，回流的氣體嚴重帶液，導致進口分離器液位高，壓縮機帶液。

4.1.3 解決措施和建議

在防喘振冷卻器出口氣體管道上設置溫度報警，當溫度低于50℃時候，手動關小冷卻器的循環水閥，保證回流氣體不帶液。

建議在以后的工程設計中采用溫度控制自動調節冷卻器循環水閥，保證回流氣體溫度不低于50℃。

4.2 冰機停車后儲罐液氨進入進口分離器

4.2.1 現場情況

合成氨冰機停車后，發現液氨儲罐的液氨減少并進了入口分離器。

4.2.2 原因分析

冰機設計過程中，為了防止喘振回流氣體溫度高而影響冰機的效率，一般均設計噴氨管線。在冰機試生產過程中，由于負荷較低，防喘振管線和噴氨管線上的控制閥均需要打開。在冰機停車后，由于沒有及時關閉噴氨閥，導致儲罐的液氨通過噴氨閥一直進入到進口分離器。

4.2.3 解決措施和建議

鑒于冰機停車后噴氨閥沒有自動關閉的事實，為了減少人為操作失誤，增加冰機停車聯鎖關閉噴氨閥，并要求操作人員關注冰機停車后噴氨閥的閥位。

建議以后的工程設計時考慮開車工況，對噴氨管線的溫控閥設計為停車聯鎖關閉，避免人為操作失誤導致事故。

4.3 甲醇合成氣壓縮機新鮮段防喘振閥不能全關閉

4.3.1 現場情況

甲醇合成氣壓縮機投料試車，轉速在9710r/ min 時，循環段防喘振閥可以關閉，流量也滿足要求，但新鮮段防喘振閥不能關閉；為了關閉新鮮段，降低壓縮機轉速，隨著轉速的降低，循環段流量下降，循環段防喘振閥需要打開，不能關閉。

4.3.2 原因分析

甲醇合成氣壓縮機采用單缸的缸外混合工藝，新鮮氣和循環氣在合成工序的EOR 和SOR 工況下，軟件包提供的參數相差較大，為了滿足軟件包的不同工況下的參數要求，可能制造商新鮮段設計流量偏大。

4.3.3 解決措施和建議

由于壓縮機進口切斷閥采用兩位閥，沒有調節的作用，在壓縮機不能通過轉速調節滿足多工況的情況下，也不能通過調節進口壓力來調節壓縮機的流量。

建議以后工程設計時，對不同工況壓縮機參數相差較大情況，首先需要和制造商核實在不改變進口壓力下，工藝參數是否能通過改變轉速滿足，如果不能滿足，需考慮對進口切斷閥采用調節閥，在不同工況下調節壓縮機入口壓力，以滿足工藝生產中多變的工況的要求。

壓縮機是工廠的心臟設備，需從設計的源頭做好技術工作，從施工安裝中確保質量，從精心操作上維護平穩運行，才能保證工廠的運行平穩。

1 時鈞,汪家鼎,余國琮,陳敏恒主編. 化學工程手冊[M]. 化學工業出版社, 1996

2 胡建洲. 大型離心式壓縮機試車工作總結[J]. 天然氣與石油2010,5：45- 48