合成氣壓縮機防喘振工藝回路改造與應用

劉素艷 王中文 何希順

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司（簡稱龍宇煤化工）50萬噸/年甲醇裝置是采用Shell粉煤氣化制甲醇的大型生產裝置。合成氣壓縮機是對來自低溫甲醇洗和氫回收裝置的新鮮原料氣進行壓縮升壓，同時對合成工序來的循環氣進行升壓循環，為甲醇合成和克服系統的壓力降提供壓力條件，采用的是蒸汽透平離心式壓縮工藝。為方便開車和防止喘振的發生，壓縮機設有防喘振旁路。防喘振冷卻器采用管殼式換熱器，工藝氣走管程，循環水走殼程，因合成氣中有微量粗甲醇，整體呈弱酸性，加之循環水系統長期腐蝕，經常出現泄漏，對安全生產及系統節能降耗造成了極大的威脅。為徹底解決此問題，對合成氣壓縮機防喘振冷卻器泄漏展開研究分析，并對合成壓縮機防喘振回路進行改造。

1 工藝流程介紹

來自低溫甲醇洗的凈化氣（30℃、3.15MPag、137 000Nm3/h）與來自氫回收裝置的富氫氣（60℃、3.15MPag、12 387Nm3/h）相混合，然后進入合成氣壓縮機的新鮮氣入口分離器，再進入新鮮氣壓縮段，經過六級壓縮后，氣體壓力升高到7.54MPag（溫度為163.3℃），然后進入合成氣壓縮機的循環壓縮段入口；來自甲醇合成工序的循環氣（40℃、7.54MPag、740 000Nm3/h），進入循環氣的入口分離器，然后進入循環壓縮段的入口，與新鮮段來的氣體相混合后，進入循環段壓縮至8.2MPag（71℃），然后去甲醇合成工序。

合成氣壓縮機設有防喘振回路，壓縮機的部分工藝氣體，經過防喘振冷卻器的殼程，被管程的循環水冷卻至40℃，然后分成兩股：一股進入新鮮氣的入口分離器，另一股進入循環段的入口分離器。

圖1 合成氣壓縮工序PFD圖

2 合成氣壓縮機防喘振回路改造原因

合成氣壓縮機組防喘振冷卻器E15301管程介質為來自低溫甲醇洗的凈化氣，設計壓力為8.7MPa，殼程介質循環水，設計壓力為0.7MPa。因凈化氣中有微量粗甲醇，整體呈弱酸性，加之循環水系統長期腐蝕，該冷卻器從2011年4月出現首次泄漏后，至2013年9月，冷卻器E15301共進行過7次查漏、消漏工作，每次檢修工作量大，損失嚴重，特別是泄漏期間合成氣流失量大，不僅造成甲醇產量降低，同時影響整個循環水管網安全運行。

3 冷卻器泄漏原因分析

冷卻器泄漏判斷為應力腐蝕裂紋，具體分析如下：

3.1 冷卻器管板與列管脹焊接，該處為低合金鋼與奧氏體不銹鋼的異種鋼焊縫，靠近低合金鋼一側具有一定的應力腐蝕開裂傾向［1］。

3.2 由于管道介質為合成氣，具有一定的腐蝕性，故設計該段管道材質為316L不銹鋼，而應力腐蝕裂紋就是材質、腐蝕介質、應力的共同作用，故此道焊縫具有應力腐蝕開裂發生的條件［2］。

圖2

4 改造過程

針對該問題，龍宇煤化工從長遠發展考慮，邀請設計院技術專家和西門子廠家技術人員進行交流和溝通，結合裝置實際運行情況，經過數次討論后，對合成氣壓縮機的防喘振回路重新進行設計，最終提出了以下方案：

4.1 將冷卻器E15301旁路，直接把E15301進口和出口用法蘭短接起來，徹底旁路E15301，不再投用該設備，這是解決E15301問題最有效、最簡便的方法。

4.2 冷卻器E15301旁路之后，防喘振回路氣體溫度上升至壓縮機出口溫度，這必然會引起壓縮機整個壓縮熱平衡的惡化，造成機組損傷甚至損壞，為避免這種情況的發生，我們把合成氣壓縮機和合成系統放在一個大系統里進行考慮，將合成系統的甲醇水冷器作為壓縮機系統的冷卻器，這樣便可以解決壓縮過程中的熱平衡問題，因此從甲醇換熱器出口、甲醇分離器是S15401的氣相中引出一根管線去壓縮機入口，作為冷線喘振回路使用。

圖3 改造前工藝流程

圖4 改造后工藝流程

5 改造效果

5.1 安全效益

該項目完成之前，一直作為公司級重大安全隱患特護運行，該研究完成以后，徹底消除一項公司級的重大安全隱患。

5.2 經濟效益

①日常檢修維護費用方面：冷卻器E15301從發現泄漏至徹底解決該問題，在兩年的時間里，共進行了7次檢修和消漏，由于合成氣壓縮機是高壓重點監護設備，每次的檢修費用和備件費用約6萬元左右，兩年間檢修費用共計42萬元；此外，在內漏的這兩年多時間里，對該設備本體進行一次更換，設備制造成本69萬元；因此，改造前，每年平均檢修和設備費用為（42+69）/2=55.5萬元，改造后，完全節省了該筆費用。

②甲醇損失顯著減少：

設備泄漏期間，冷卻器E15301回水中甲醇含量在30～100ppm左右（E15301管程介質為合成循環氣和新鮮煤氣的混合氣，混合氣中甲醇摩爾含量約0.4%，甲醇密度為786.47kg/m3），E15301總用水量970m3/h。

每小時從混合氣中泄漏到循環水中的甲醇總量為：

970×30×10-6×786.47kg/m3=22.89kg，

則折合為體積：22.89×22.4/32.04=16Nm3

每小時損失的煤氣量為：16/0.004=4 000Nm3

其中煤氣中有效氣組分（CO+CO2+H2）在70%左右，所以實際損失的有效煤氣為：4 000×0.7=2 800Nm3，以每噸甲醇耗有效氣2 300Nm3，以及回水中甲醇最低泄漏量30ppm計算，每小時損失甲醇量為：2 800/2 300+22.89×10-3=1.24t，按照每次從出現泄漏到停車檢修消漏，期間平均監護運行周期為45d，則共計可以減少甲醇損失：45×24×1.24=1 339.2t，按照甲醇每噸2 200元的價格，則改造完成后每個周期可為公司挽回損失294.6萬元。

6 結語

合成氣壓縮機防喘振回路改造的成功應用，改變了原有防喘振回路設計的格局，去除易泄漏的高壓設備防喘振冷卻器E15301，減少投資費用，利用冷線作為防喘振回路，有效控制壓縮機壓縮熱平衡，優化了操作方式，減少了設備運行時的維護費用。

［1］奚建斌.分餾塔頂油氣冷卻器列管腐蝕穿孔原因分析［J］.高橋石化，2002（6）：11-14.

［2］胡國勇.乙二醇反應器泄漏原因分析［J］.煉油技術與工程，2012（6）：35-38.