丙烯制冷壓縮機超溫處理及改造建議

曹燚

【摘 要】丙烯壓縮機系統作為煤化工裝置的重要設備凸顯了其重要性，工藝波動及設計角度對設備的長周期運行均具有一定的影響，論文通過介紹目前國內常用的丙烯壓縮機系統存在的問題，提出了發生超溫時的處理方案，并針對目前設備存在的問題提出了改造建議，以避免設備發生超溫等重大事故。

【Abstract】The propylene compressor system is an important equipment of coal chemical equipment， the technological fluctuation and design angle has certain effect on the long period operation of equipment， the paper introduces the problems existing in present commonly used domestic propylene compressor system， puts forward the processing scheme of over temperature， and puts forward improvement suggestions aiming at the problems of the equipment， in order to avoid the occurrence of overheating accident.

【關鍵詞】丙烯制冷壓縮機系統；超溫處理；改造

【Keywords】propylene refrigeration compressor system； over temperature treatment； modification

【中圖分類號】TB652 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0166-02

1 丙烯壓縮機單元概述

我國富煤少油，石油資源需要大量進口，煤制烯烴逐漸被國家層面認可為減少烯烴對外依賴性、有助于烯烴產業安全的新型煤化工路徑，其中丙烯制冷壓縮機已成為煤化工裝置里的重要設備，熟稱“冰機”，冰機單元主要是為酸性氣體脫除單元提供冷量，制冷介質為丙烯，利用丙烯蒸發吸收熱量提供所需冷量，一般為蒸汽透平驅動。

目前國內設計的冰機單元為了降低投資成本，壓縮機一般都未設計防喘振線冷卻器，一旦工藝變化造成防喘振閥持續打開，丙烯介質循環，易造成介質過熱，壓縮機本體、設備管道、儀表閥門一旦超溫，將造成巨大損失。發生超溫時系

統性的檢修處理方案和從根本上進行設計改造顯得極為重要。

以某廠丙烯制冷壓縮機為例，其采用沈鼓水平剖分離心式壓縮機（型號3MCL707），如圖1，壓縮機機殼材質09MnNiD，隔板材質ZG230-450/16Mn/QT400-18，級間和軸端氣封為鎂鋁合金，主軸為40NiCrMo7，出入口管道材質為ASTM A333 Gr.6，其他附屬靜置設備參數如下：

①壓縮機一段入口分離罐：設計壓力2.2MPa；設計溫度-45/55℃；主體材料為09MnNiDR及其配套的09MnNiD鍛件及09MnD接管。

②二段入口分離罐：設計壓力2.2MPa；設計溫度-45/55℃；主體材料為09MnNiDR及其配套的09MnNiD鍛件及09MnD接管。

③壓縮機出口冷凝器為固定管板換熱器，其殼程：設計壓力2.2MPa；設計溫度-45/130℃；主體材料為09MnNiDR及其配套的09MnNiD鍛件；管板為09MnNiD鍛件；換熱管為09MnD無縫管。

2 超溫檢查處理內容

冰機單元發生超溫停機事故，涉及大量的管線、設備和儀表，一旦發生超溫，建議對出現超溫問題的管道、設備、儀表重新檢測，具體建議如下：

2.1 丙烯管線超溫后材料驗證措施

根據GB/T 20801.2規定，碳素鋼和碳錳鋼在高于425℃下長期使用時，應考慮鋼中的碳化物相的石墨化傾向。因為在這種條件下，鋼中的滲碳體會發生分解，Fe3C→3Fe+C（石墨），這一分解使鋼中的珠光體部分或全部消失，使材料的強度和塑性下降，沖擊韌性下降更大，鋼材明顯變脆。

第一， 根據實際操作數據初步判定是否失效。

如管線實際運行超溫，設計無溫度聯鎖，將超過計量量程，實際超溫溫度不可知，難以確定是否超過該管線材料ASTM A333 Gr.6的最高使用溫度425℃，因此從操作數據上無法判定該材料是否可以繼續使用。

第二，取樣試驗檢測判定是否失效。

為檢測管線超溫后實際性能，需在與壓縮機連接的所有超溫管線管口端各截取一段試樣，進行力學性能試驗（包括拉伸性能、屈服強度、低溫沖擊試驗、硬度等），并與該管線原材料質保書對比，所有檢測指標與原材料質保書接近、并且不應低于ASTM A333 Gr.6標準要求為合格。

第三， 對超溫管線上下游管道焊縫（環焊縫和縱焊縫）處進行硬度檢測，硬度值宜與原材料質保書接近并且≤HBW190。

第四，對距離壓縮機最近的超溫管線上，抽檢兩臺閥門按原技術文件《低溫閥門》（SPTS-PD15-T001）要求做-46℃低溫密封試驗。

根據最終取樣檢測結果，綜合判定管線材料是否仍可繼續使用。

2.2 超溫后靜置設備驗證措施

第一，超溫管線相連的靜置設備的設計參數。

冰機單元主要靜置設備的主體材料（09MnNiDR板材、09MnNiD鍛件、09MnD接管）按GB150.2-2011的要求，其使用溫度上限值為350℃。設備超溫后將造成設備材料本身力學性能的降低，對于固定管板換熱器還可能會因熱應力的影響造成焊接接頭的開裂。endprint

第二， 檢查建議。

①建議委托國內有資質的權威檢驗機構對一段入口分離罐、二段入口分離罐、壓縮機出口冷凝器進行檢驗評估。檢驗時宜取得同一批次、同一規格、同一熱處理制度的原材料（或取用部分設備內構件材料）。利用該原材料先模擬設備的制造過程（主要是焊接過程、熱處理過程等，如果該設備有返修記錄，還應模擬設備的返修過程。上述過程應按該設備竣工資料中的數據實施焊接、返修、熱處理等）；再模擬該設備在使用過程中的超溫過程（應按該設備超溫過程的實際記錄曲線進行）；然后再分別檢驗模擬試件焊接接頭和母材的各項力學性能（拉伸試驗、低溫夏比KV2沖擊試驗等）[1]。

② 對壓縮機出口冷凝器殼程所有焊接接頭（包括換熱管與管板之間的焊接接頭）進行無損檢測，以確保無損壞。

③ 如果一段入口分離罐、二段入口分離罐、壓縮機出口冷凝器能夠再次使用，建議在使用前進行一次壓力試驗。

2.3 丙烯管線超溫后儀表驗證

第一，管線安裝配套的4臺閥門墊片材質TFE高于200℃開始熱解，墊片需進行更換，閥體材質與管道材質相同，可不用單獨做閥體材質理化性能測試。

第二，管線安裝配套的2臺遠傳壓力變送器膜盒填充液Syltherm XLT，使用溫度-75～145℃，需進行檢查更換。

第三，沈鼓成套的2臺閥門墊片材質PTFE，最高使用溫度260℃，墊片需要進行更換。

2.4 丙烯管線超溫后支架檢查

管線支架多為碳素結構鋼，因管道均包有保溫和保冷層，對支架強度影響很小[2]。

另外，超溫后丙烯制冷壓縮機揭蓋大修時，除常規檢修外，還應重點檢查以下幾個方面：

第一，轉子定位端在非驅動端，超溫會使轉子熱膨脹，造成驅動端軸端氣封與轉子端部磨損，磨損的金屬屑極易造成干氣密封環磨損失效，故須進行氣封更換及間隙調整，干氣密封更換，轉子檢查修復，高速動平衡校驗[3]。

第二，轉定子同軸度復查及調整。需檢查轉子與機殼密封腔、葉輪隔板的同軸度，并保證各部氣封間隙符合廠家設計要求。

第三，壓縮機通流部分的葉輪隔板有無熱裂紋、氣封有無熱變形和磨損均須檢查。

第四，機殼裂紋檢查，變形檢查，水平剖分式的壓縮機中分面的揚度檢查，上下機殼接觸間隙檢查。機殼按要求檢查回裝緊固中分面螺栓后用塞尺復查中分面間隙不大于0.05mm，且氣密合格。

第五，壓縮機出入口墊片更換，機組找正，管道連接無應力檢查。

3 改造建議

第一，二級出口設置排氣溫度高高聯鎖。

第二，新建裝置從設計角度可以考慮設計防喘振線冷卻器。

【參考文獻】

【1】李泉華.熱處理實用技術[M].北京：機械工業出版社，2007.

【2】束德林.工程材料力學性能[M].北京：機械工業出版社，2016.

【3】劉鳴放，劉勝新.金屬材料力學性能手冊[M].北京：機械工業出版社， 2011.endprint