年產(chǎn)180萬噸甲醇擴(kuò)能改造項目建設(shè)及試車總結(jié)

周 明

(中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 719000)

中煤陜西榆林能源化工有限公司(下文統(tǒng)稱為公司)煤制烯烴項目一期建設(shè)規(guī)模為180萬t/a甲醇、60萬t/a聚烯烴，其中甲醇裝置作為主要工藝生產(chǎn)裝置，自2014年6月投產(chǎn)以來，一直保持平穩(wěn)運(yùn)行且生產(chǎn)負(fù)荷一直處于較高負(fù)荷。公司高度重視技改創(chuàng)新工作，甲醇系統(tǒng)投運(yùn)以來，先后進(jìn)行了第八臺氣化爐建設(shè)、甲醇合成塔中心管改造、甲醇使用新型高效催化劑、新增氫氣膜分離等一系列技術(shù)改造，公司甲醇裝置實際產(chǎn)能已由180萬t/a提升至195萬t/a(折純)。

為進(jìn)一步深挖潛能、節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)負(fù)荷和運(yùn)行效率，公司委托設(shè)計單位對于甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)各裝置的產(chǎn)能富余情況進(jìn)行測算與評估，經(jīng)評估：除甲醇裝置之外，甲醇生產(chǎn)系統(tǒng)其他裝置現(xiàn)有設(shè)施生產(chǎn)能力均能夠滿足甲醇裝置改造后的生產(chǎn)要求。甲醇裝置擴(kuò)能僅需增加合成氣壓縮機(jī)及空冷器等設(shè)施即可實現(xiàn)。擴(kuò)能改造后，甲醇裝置可在目前實際產(chǎn)能基礎(chǔ)上再提高5%，達(dá)到205萬噸/年(折純)，并具有一定的操作彈性。

1 甲醇裝置流程及擴(kuò)能改造方案

1.1 改造前的甲醇合成裝置簡介

公司甲醇合成裝置采用英國DAVY低壓甲醇合成工藝技術(shù)及Johnson Matthe甲醇合成催化劑來生產(chǎn)MTO級甲醇。甲醇合成裝置主要包括甲醇合成、合成氣/循環(huán)氣聯(lián)合壓縮機(jī)、穩(wěn)定塔、氫氣回收、公用工程和輔助設(shè)施等，其中兩臺甲醇合成反應(yīng)器均采用蒸汽上升式合成塔，兩個甲醇合成塔采用串/并聯(lián)耦合方式布置。

1.2 擴(kuò)能改造方案

經(jīng)甲醇合成專利商核算，甲醇合成塔包括配套的汽包、上升管、下降管、合成氣凈化槽、中間換熱器、甲醇分離器均不需要改造。甲醇擴(kuò)能改造主要包括以下三部分內(nèi)容：

(1) 增加空冷器，提高冷卻效果。擴(kuò)能后，如果冷卻效果差，會造成粗甲醇分離效果不好，致使壓縮機(jī)負(fù)荷增加、合成塔單程轉(zhuǎn)換率下降，同時合成副反應(yīng)增加。鑒于現(xiàn)有公用工程循環(huán)水系統(tǒng)已沒有余量，增設(shè)甲醇水冷器已不現(xiàn)實，因此只能通過增設(shè)空冷器來提高冷卻效果。同時為了克服夏季的極端溫度，在所有空冷器(包括新的和舊的)下部增加冷卻水噴霧系統(tǒng)進(jìn)行降溫。

(2) 增加壓縮機(jī)，提高入塔合成氣量。擴(kuò)能前，現(xiàn)有的合成壓縮機(jī)為汽輪機(jī)驅(qū)動，汽輪機(jī)的調(diào)速氣閥開度已經(jīng)達(dá)到了98%，消耗蒸汽量也達(dá)到了108t/h(設(shè)計最大量為111.9t/h)，汽輪機(jī)基本沒有余量，且全廠4.1MPa蒸汽不富裕，需要通過9.8MPa蒸汽減壓。擴(kuò)能后需要再增加7～9萬Nm3/h的新鮮氣量，20～30萬Nm3/h的循環(huán)氣量，因此新增一臺合成氣/循環(huán)氣壓縮機(jī)，采用離心式壓縮機(jī)，電機(jī)驅(qū)動。

(3)更換甲醇輸送泵，提高甲醇輸送量。甲醇裝置現(xiàn)有MTO甲醇泵的設(shè)計最大能力為393m3/h，即每小時甲醇最大輸送能力為286t/h，略小于62.5萬Nm3/h新鮮氣量時的平均產(chǎn)量，如果生產(chǎn)上再出現(xiàn)波動，會造成MTO甲醇輸送泵超電流，因此需更換甲醇精餾塔的甲醇輸送泵及電機(jī)。

2 擴(kuò)能改造項目建設(shè)期間的安全管理要點(diǎn)

甲醇擴(kuò)能改造項目施工周期為一年，在施工期間甲醇裝置處于正常生產(chǎn)狀態(tài)，屬于生產(chǎn)運(yùn)行與基建施工的交叉期，為確保裝置生產(chǎn)和擴(kuò)能項目建設(shè)同步安全有序進(jìn)行，多措并舉加安全管理力度。

2.1 建立生產(chǎn)與項目建設(shè)的安全管理機(jī)制，明確各自的職責(zé)

(1) 實施生產(chǎn)區(qū)域硬防護(hù)，嚴(yán)格準(zhǔn)入制度。在生產(chǎn)與建設(shè)交界區(qū)域設(shè)置隔離樁硬防護(hù)，未經(jīng)允許嚴(yán)禁項目施工人員進(jìn)入生產(chǎn)裝置區(qū)。

(2 )建立交叉區(qū)域的定時定點(diǎn)巡檢制度。在生產(chǎn)與建設(shè)交界區(qū)域設(shè)立巡檢路線，固定巡檢點(diǎn)，實施定時巡檢，安排專業(yè)安全管理人員緊靠現(xiàn)場，加強(qiáng)施工作業(yè)過程的監(jiān)管，規(guī)范作業(yè)，確保項目建設(shè)與正常生產(chǎn)互不干擾。

(3) 嚴(yán)格特種作業(yè)的審批制度。對于項目建設(shè)期間裝置區(qū)的動火、吊裝、動土、登高等特種作業(yè)必須經(jīng)過裝置管理人員審批，對于動土作業(yè)，必須經(jīng)過公司技術(shù)管理部和機(jī)械動力部批準(zhǔn)，做好地下隱蔽工程保護(hù)，防止造成地下管線、電纜損壞。對于吊裝或動土等引起的斷路作業(yè)，必須經(jīng)過消氣防中心和生產(chǎn)調(diào)度室批準(zhǔn)，提前做好應(yīng)急行駛路線規(guī)劃。

(4) 建立生產(chǎn)與建設(shè)溝通機(jī)制。由生產(chǎn)裝置作為項目管理主體，必須每天參加項目施工專題會，掌握工程建設(shè)進(jìn)度，協(xié)調(diào)做好生產(chǎn)運(yùn)行與項目建設(shè)的溝通問題。

(5 )做好施工人員的培訓(xùn)教育和應(yīng)急演練。施工人員不得擅自使用、操作現(xiàn)場任何閥門，作業(yè)過程中嚴(yán)禁踩踏任何工藝管線；必須令行禁止，必須參加公司組織的應(yīng)急疏散演練，熟悉逃生撤離路線。

(6) 建立生產(chǎn)與施工應(yīng)急聯(lián)動機(jī)制，在生產(chǎn)發(fā)生異常時，立即通知工程建設(shè)應(yīng)急指揮部，停止所有施工作業(yè)，做好施工人員的疏散撤離。

2.2 重點(diǎn)交叉區(qū)域的安全防護(hù)要求

(1) 施工框架底部的設(shè)備設(shè)施必須采取硬防護(hù)，防止掉落的工具砸壞設(shè)備。

(2) 裝置區(qū)域的電纜槽盒必須使用防火毯包覆保護(hù)，地溝蓋板必須采用防火毯封堵，防止動火作業(yè)掉落的火星引起電纜或地溝內(nèi)的可燃?xì)庵稹?/p>

(3) 施工期間的腳手架必須規(guī)范管理，必須經(jīng)專業(yè)人員驗收后方可使用，不得擅自拆除任何一根架桿，懸挑架桿必須符合規(guī)范要求。

(4) 加強(qiáng)可燃?xì)怏w檢測和動火管理，任何一個動火點(diǎn)必須配備一臺有毒可燃?xì)怏w報警儀，每周應(yīng)定期對裝置區(qū)開展可燃?xì)怏w泄漏專項排查，凡發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)可燃?xì)怏w異常，要立即停止區(qū)域內(nèi)的所有動火作業(yè)。

3 擴(kuò)能壓縮機(jī)單體試車及聯(lián)動試車注意事項

擴(kuò)能改造項目建設(shè)完成，轉(zhuǎn)入單體試車及聯(lián)動試車時，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際，加強(qiáng)安全風(fēng)險辨識和安全評估，識別可能存在的安全風(fēng)險并制定好應(yīng)對措施和預(yù)案。

3.1 擴(kuò)能壓縮機(jī)單體試車的注意事項

壓縮機(jī)單體試車是聯(lián)動試車投用的前提，主要目的是檢驗和調(diào)整電氣、儀表、自動控制系統(tǒng)、防喘振系統(tǒng)及其附屬裝置的正確性和靈敏性，檢驗機(jī)組的潤滑系統(tǒng)，密封系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，工藝管路系統(tǒng)及其附屬設(shè)備的嚴(yán)密性，并對機(jī)組所有機(jī)械設(shè)備，電氣儀表等裝置的設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試等方面的質(zhì)量進(jìn)行全面的考核。在做好參數(shù)記錄的同時，由于單體試車使用的介質(zhì)是氮?dú)?，與設(shè)計工況發(fā)生偏離，因此在試車時要特別注意以下事項：

(1) 在試車前一定要確認(rèn)靜態(tài)調(diào)試全部合格，聯(lián)鎖靈敏好用，動作準(zhǔn)確無誤。

(2) 試車過程中，如果發(fā)生泄漏著火，人員窒息，軸向位移大、振動大等其他影響到試車安全的情況時，應(yīng)緊急停車，停止試車操作，直到事故排除。

(3) 由于試車的介質(zhì)是氮?dú)?，氮?dú)夥肿恿渴钦Ｉa(chǎn)工藝氣分子量的兩倍多，電機(jī)的電流可能會增加，應(yīng)需密切關(guān)注主電機(jī)電流變化，一旦發(fā)現(xiàn)電流超高情況應(yīng)立刻停車。

(4) 由于氮?dú)獾姆肿恿勘日Ｉa(chǎn)工藝氣分子量大很多，應(yīng)注意監(jiān)測軸向位移和喘振點(diǎn)，確保機(jī)組運(yùn)行遠(yuǎn)離喘振線，防止機(jī)組喘振。

(5)氮?dú)庠囓噯诱：螅梢灾鸩疥P(guān)小壓縮機(jī)的防喘振閥門，逐漸將壓縮機(jī)出口壓力提高，關(guān)小防喘振閥的過程要密切監(jiān)控壓縮機(jī)、增速機(jī)、電機(jī)的軸承溫度、位移、振動的變化，同時要注意壓縮機(jī)進(jìn)出口溫度的變化，一旦發(fā)現(xiàn)軸承溫度、位移、振動、進(jìn)出口溫度或防喘振曲線上的運(yùn)行點(diǎn)比較接近喘振點(diǎn)時要立即停止升壓。

3.2 擴(kuò)能壓縮機(jī)聯(lián)動試車前的風(fēng)險辨識和安全評估

擴(kuò)能壓縮機(jī)聯(lián)動試車前，公司組織召開了甲醇擴(kuò)能壓縮機(jī)試車安全風(fēng)險評估會，由公司領(lǐng)導(dǎo)、各職能部門、項目管理部、設(shè)計院、壓縮機(jī)廠家、甲醇裝置分管工藝、設(shè)備、電氣和儀表專業(yè)的負(fù)責(zé)人及有關(guān)管理人員參加會議，對試車存在的安全風(fēng)險進(jìn)行了研判，主要內(nèi)容有：

(1)可能存在擴(kuò)能壓縮機(jī)出口壓力達(dá)不到設(shè)計值，擴(kuò)能壓縮機(jī)不能并進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)的風(fēng)險。擴(kuò)能壓縮機(jī)設(shè)計出口壓力僅比甲醇系統(tǒng)正常運(yùn)行壓力高0.1MPa，且系統(tǒng)壓力只能通過甲醇合成的氫碳比來進(jìn)行調(diào)整，不可能通過透平壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)整，一旦出口壓力達(dá)不到設(shè)計壓力，就必須停下來排查清楚原因再開車。

(2)可能存在啟機(jī)時擴(kuò)能壓縮機(jī)內(nèi)部打小循環(huán)造成壓縮機(jī)出口溫度快速上升跳車的風(fēng)險。按照設(shè)計院提供的操作導(dǎo)則，擴(kuò)能壓縮機(jī)提壓并氣過程中氣體在系統(tǒng)內(nèi)打小循環(huán)，僅通過2寸的放空線進(jìn)行放空，可能存在壓力未達(dá)到設(shè)計壓力，而壓縮機(jī)出口溫度和軸承溫度已快速上升，達(dá)到跳車值135℃的情況，此時必須立即停止試車。

(3)可能存在擴(kuò)能壓縮機(jī)試車時引起在運(yùn)行的系統(tǒng)大壓縮機(jī)跳車的風(fēng)險。在試車期間如果造成大壓縮機(jī)跳車，就必須按照生產(chǎn)操作規(guī)程進(jìn)行合成塔泄壓、合成壓縮機(jī)重新啟機(jī)、升至額定轉(zhuǎn)速，合成塔升溫、合成塔接氣等一系列操作，甲醇裝置會停車15小時左右，因此必須提前準(zhǔn)備大壓縮機(jī)跳車后的應(yīng)急預(yù)案，明確跳車后的應(yīng)急處置步驟和各種物料的平衡。保持合理的甲醇和氫氣庫存量，確保甲醇和氫氣滿足后續(xù)烯烴裝置的穩(wěn)定運(yùn)行需要，可以支撐擴(kuò)能壓縮機(jī)試車及可能造成大壓縮機(jī)跳車帶來的甲醇減產(chǎn)問題。

(4) 可能存在兩臺壓縮機(jī)互相搶氣量，造成單臺壓縮機(jī)吸入量不足引起喘振的風(fēng)險。在擴(kuò)能壓縮機(jī)聯(lián)動試車時，由于管道設(shè)計、安裝或操作原因造成，兩臺壓縮機(jī)互相搶氣量，引起壓縮機(jī)吸入量不足，壓縮機(jī)喘振，振動增大，造成工藝管道焊口開裂或法蘭泄露風(fēng)險。應(yīng)與設(shè)計院、壓縮機(jī)廠家核對確認(rèn)管路設(shè)計符合要求，壓縮機(jī)防喘振控制余量設(shè)計符合要求；聯(lián)動試車前，提前將擴(kuò)能壓縮機(jī)需要的氣量切出系統(tǒng)放空，調(diào)整系統(tǒng)大壓縮機(jī)和合成塔運(yùn)行工況平穩(wěn)后，再由擴(kuò)能壓縮機(jī)接氣，將放空的氣量逐步接收并入系統(tǒng)，避免因操作引起擴(kuò)能壓縮機(jī)氣量不足。

3.3 擴(kuò)能壓縮機(jī)聯(lián)動試車前應(yīng)準(zhǔn)備的開車方案和應(yīng)急預(yù)案

為充分做好擴(kuò)能壓縮機(jī)聯(lián)動試車前的各項準(zhǔn)備工作，確保擴(kuò)能壓縮機(jī)聯(lián)動試車工作順利完成，在擴(kuò)能壓縮機(jī)聯(lián)動試車前應(yīng)認(rèn)真準(zhǔn)備好以下方案：

(1) 《擴(kuò)能壓縮機(jī)的投用方案》，由于擴(kuò)能壓縮機(jī)與大壓縮機(jī)是并聯(lián)關(guān)系，擴(kuò)能壓縮機(jī)是電機(jī)驅(qū)動的沒有變頻器，開車后轉(zhuǎn)速直接升值額定轉(zhuǎn)速，而大壓縮機(jī)可以通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因此在方案中必須明確開車條件、檢查內(nèi)容、組織機(jī)構(gòu)、開車步驟、正常操作、停車步驟、操作指標(biāo)、常見問題判斷、JHA風(fēng)險分析等。

(2) 《擴(kuò)能壓縮機(jī)投用(管道、法蘭大量泄漏)事故預(yù)案》，針對擴(kuò)能壓縮機(jī)首次投用過程中可能出現(xiàn)管線振動引起焊口開裂、法蘭泄漏大量合成氣著火事故，明確應(yīng)急處置的步驟和注意事項。

(3)《擴(kuò)能壓縮機(jī)投用時大壓縮機(jī)跳車事故預(yù)案》，針對擴(kuò)能壓縮機(jī)首次投用有可能造成大壓縮機(jī)跳車的風(fēng)險，明確應(yīng)急處置步驟和流程。特別是兩臺壓縮機(jī)的開、停車順序。

a. 明確兩臺壓縮機(jī)的開車順序：必須先開大的壓縮機(jī)，再開擴(kuò)能壓縮機(jī)，因為擴(kuò)能壓縮機(jī)氣量小，先啟動時氣量不能保證升溫還原使用量。

b. 明確兩臺壓縮機(jī)的停車順序：大壓縮機(jī)停車，擴(kuò)能壓縮機(jī)立即停車，按照甲醇合成裝置停車進(jìn)行處置；擴(kuò)能壓縮機(jī)停車，要全力確保大壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

以上所有方案應(yīng)按照制度要求，完成方案的評審、審批并組織培訓(xùn)學(xué)習(xí)，所有應(yīng)急預(yù)案必須組織培訓(xùn)并完成應(yīng)急演練。

4 甲醇擴(kuò)能項目投用后的效果

在擴(kuò)能項目試車人員、方案、物資等各項準(zhǔn)備工作到位后，2018年10月18日甲醇擴(kuò)能壓縮機(jī)聯(lián)動試車，一次性成功并入系統(tǒng)運(yùn)行，合成氣量及甲醇產(chǎn)量均達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，2019年初完成了72h性能考核，MTO級甲醇質(zhì)量指標(biāo)全部合格；甲醇平均產(chǎn)量達(dá)到6475t/d(折純)，達(dá)到擴(kuò)能改造設(shè)計目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該項目的成功投產(chǎn)為同類裝置擴(kuò)能改造建設(shè)及試車提供了可復(fù)制、可借鑒、可推廣的經(jīng)驗，可具有良好的示范意義。