煤制甲醇裝置合成氣壓縮機(jī)振動大的原因分析及解決措施

胡繼衛(wèi)，張學(xué)信

(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(以下簡稱龍宇煤化工)一期年產(chǎn)50萬t甲醇裝置采用先進(jìn)的Shell粉煤氣化制甲醇技術(shù)，其中,合成氣壓縮機(jī)組作為重要的大型動力核心設(shè)備，其作用是對來自低溫甲醇洗凈化的新鮮氣體和甲醇合成過來的循環(huán)氣進(jìn)行壓縮，為甲醇合成裝置提供所需要的壓力與氣量。機(jī)組由德國西門子股份公司設(shè)計(jì)制造，該壓縮機(jī)組是汽輪機(jī)驅(qū)動離心壓縮機(jī)，汽輪機(jī)型號為SST600(NK32/45)，屬于凝氣式，其采用室內(nèi)雙層布置，單側(cè)進(jìn)汽，進(jìn)汽為高壓蒸汽，正常壓力為5.0MPa(g)、溫度為385℃、流量為64.1t/h，經(jīng)速關(guān)閥和調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)入汽輪機(jī)缸體，經(jīng)過噴嘴帶動葉輪做功,使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動；做完功的蒸汽即排汽，其壓力為-0.088MPa(g)、溫度為45℃。離心壓縮機(jī)型號為STC-SV(10-7-A)，單缸兩段七級葉輪結(jié)構(gòu)組成，軸端密封采用的是德國博格曼公司生產(chǎn)的串聯(lián)式干氣密封。針對機(jī)組在生產(chǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)振動的問題，采取了有效的措施及優(yōu)化工況，取得了顯著效果，確保了龍宇煤化工一期年產(chǎn)50萬t甲醇裝置的高負(fù)荷、安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。

1 工藝簡介

來自低溫甲醇洗的凈化氣(3.15 MPa、30 ℃)進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)的新鮮氣壓縮段分離器后，經(jīng)過6級壓縮壓力升至7.54 MPa,溫度升至163℃，再與進(jìn)入循環(huán)壓縮段分離器的循環(huán)氣體(7.54 MPa、40℃)一起在壓縮機(jī)缸體內(nèi)混合后壓縮升壓、升溫至8.2 MPa、71 ℃，去甲醇合成裝置進(jìn)行粗甲醇的合成反應(yīng)，其工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程

2 合成氣壓縮機(jī)振動過大

龍宇煤化工于2019年7～8月對裝置進(jìn)行了大修，合成氣壓縮機(jī)大修后于8月27日開車運(yùn)行，運(yùn)行至2019年9月5日16：50左右，由于潤滑油泵油壓低聯(lián)鎖而備用泵未及時啟動，導(dǎo)致機(jī)組停車。機(jī)組再次熱態(tài)開車后，轉(zhuǎn)速升至8 500r/min時(正常工作轉(zhuǎn)速為10 200r/min)，壓縮機(jī)的非驅(qū)動端振動數(shù)值顯示67μm已達(dá)上限報警，溫度在88C(軸承溫度偏高)，工況稍有波動,數(shù)值就會在72μm上下波動，而壓縮機(jī)的高限聯(lián)鎖數(shù)值是81μm，在此工況下運(yùn)行一周后，合成氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣流量有下降趨勢，干氣密封一級泄漏氣去火炬的泄漏壓力一直穩(wěn)定在235kPa(正常值為235kPa)左右，為了能保持長周期高負(fù)荷運(yùn)行，本著徹查機(jī)組存在的問題和保護(hù)機(jī)組的原則，機(jī)組作停車檢修處理。

3 拆檢情況

壓縮機(jī)組拆缸檢修后發(fā)現(xiàn)一系列問題,主要分為以下幾類。

(1)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)的非驅(qū)動端的徑向軸承有大面積積碳,且軸瓦鎢金面上有一道輕微溝槽損傷,驅(qū)動端的徑向軸承有小面積積碳。

(2)離心壓縮機(jī)二段入口管道過濾器濾網(wǎng)表面和內(nèi)部有大量黑色黏稠雜質(zhì)，且濾網(wǎng)已經(jīng)吸癟，但是濾網(wǎng)并未撕裂；同時,一級入口管道過濾器內(nèi)濾網(wǎng)表面較臟，濾網(wǎng)表面附著大量黑色雜質(zhì)。

(3)離心壓縮機(jī)葉輪表面附著的大量黑色黏稠物質(zhì),堵塞了非驅(qū)動端處的平衡活塞與平衡活塞密封之間的間隙。

(4)離心壓縮機(jī)非驅(qū)動端的干氣密封損壞嚴(yán)重，動靜環(huán)碎；干氣密封進(jìn)氣管道內(nèi)部、干氣密封一級進(jìn)口處和一級泄漏氣處存在大量黑色物質(zhì)。

4 原因分析

4.1 潤滑油的影響

機(jī)組軸承與軸頸間油膜的不穩(wěn)定造成振動大，機(jī)組在運(yùn)行過程中軸頸和軸瓦之間有一層潤滑油膜，油膜不穩(wěn)定或油膜被破壞，轉(zhuǎn)子軸頸就可能和軸瓦發(fā)生干摩擦，引起機(jī)組強(qiáng)烈振動。此次潤滑油泵跳泵，造成潤滑油系統(tǒng)故障，會導(dǎo)致進(jìn)入軸承的油量不足，可傾瓦軸承油膜出現(xiàn)問題，嚴(yán)重時可導(dǎo)致磨瓦。經(jīng)過檢查，機(jī)組檢修后有部分雜質(zhì)未清理干凈，而機(jī)組運(yùn)行前未進(jìn)行油洗，也是導(dǎo)致本次軸瓦刮傷的一部分原因。

4.2 工藝氣體夾帶雜質(zhì)

壓縮機(jī)內(nèi)的介質(zhì)不干凈，有部分雜質(zhì)進(jìn)入到壓縮機(jī)內(nèi)部(如葉輪、氣封等部位),會造成振動大。壓縮機(jī)一段入口的介質(zhì)來自低溫甲醇洗工序中經(jīng)脫硫槽脫硫后的凈化氣體，公司檢修時更換了脫硫劑，但存于脫硫槽底部的固體顆粒未進(jìn)行充分氮?dú)庵脫Q，在開車過程中會使臟物隨著凈化氣體進(jìn)入一段入口管道過濾器內(nèi)。經(jīng)過分析，此處附著的物質(zhì)主要是脫硫劑等物質(zhì)。

壓縮機(jī)二段入口的介質(zhì)來自于甲醇合成工序的甲醇冷卻器、甲醇分離器的循環(huán)氣體，由于大修停車期間，甲醇冷卻器進(jìn)行了在線煮蠟，可能有大量的石蠟等物質(zhì)殘存于換熱器的底部，而甲醇合成工序的催化劑又處于使用末期，副反應(yīng)增多。循環(huán)氣體攜帶的存有部分難以冷卻分離的高級脂肪醇和部分酯類物質(zhì)，進(jìn)入到二段入口管道過濾器內(nèi)，并在濾網(wǎng)表面附著，堵塞濾網(wǎng)孔隙，在濾網(wǎng)處阻力增大，強(qiáng)大的氣流把濾網(wǎng)吸癟。而部分穿透濾網(wǎng)的雜質(zhì)進(jìn)入到壓縮機(jī)內(nèi)，在壓縮機(jī)內(nèi)部積聚。

4.3 轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動

拆檢后發(fā)現(xiàn)，離心壓縮機(jī)的葉輪表面附著大量的黑色黏稠物質(zhì)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡，從而使振動增大。

4.4 喘振引起的振動

若壓縮機(jī)入口過濾器濾堵塞,導(dǎo)致壓縮機(jī)入口流量小于喘振流量時，會引起喘振,造成機(jī)組振動增大。壓縮機(jī)流量在13.2萬Nm3/h時穩(wěn)定運(yùn)行，即使突然波動為11萬～14萬Nm3/h,幾分鐘后又穩(wěn)定在13.2萬Nm3/h運(yùn)行。

4.5 干氣密封的影響

一些雜質(zhì)通過壓縮機(jī)出口管線，然后再通過干氣密封一級密封氣工藝氣，由于在用側(cè)干氣密封過濾器濾芯未安裝牢固，部分雜質(zhì)穿透干氣密封一級過濾器進(jìn)入到干氣密封內(nèi)，導(dǎo)致干氣密封動靜環(huán)損壞破碎，在高速轉(zhuǎn)動下，造成軸振。

5 解決措施

(1)加強(qiáng)機(jī)組檢修管理。對離心壓縮機(jī)的軸承瓦塊進(jìn)行刮研處理，清理軸承內(nèi)機(jī)械雜質(zhì)，聯(lián)系分析化驗(yàn)人員及時取樣分析，并用濾油機(jī)進(jìn)行過濾。停車檢修后，嚴(yán)格按照程序?qū)Υ笮揠x心壓縮機(jī)組進(jìn)行油洗和油樣分析。

(2)將離心壓縮機(jī)兩段入口管線上的管道過濾器粘附的臟物進(jìn)行清理，修復(fù)過濾器并更新濾網(wǎng)。

(3)對離心壓縮機(jī)的平衡活塞及平衡活塞密封間的雜質(zhì)進(jìn)行清理，拆下的離心壓縮機(jī)主軸運(yùn)至廠家進(jìn)行動平衡檢測校正處理，以消除不平衡力矩而產(chǎn)生的機(jī)組振動。

(4)更換機(jī)組非驅(qū)動端的干氣密封，拆除干氣密封管線，用蒸汽冷凝液進(jìn)行清洗，然后用氮?dú)獯蹈伞Ｍㄟ^技術(shù)改造，增設(shè)干氣密封一級泄漏氣泄漏流量遠(yuǎn)傳流量計(jì)、二級泄漏氣泄漏流量與壓力指示,從而實(shí)現(xiàn)干氣密封出現(xiàn)問題時能監(jiān)控分析，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)后及時作出正確判斷并處理。

(5)加強(qiáng)工藝管理。離心壓縮機(jī)組操作人員要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行備泵，以避免因確認(rèn)不到位而引起的意外停車。壓縮機(jī)的油泵聯(lián)鎖進(jìn)行試驗(yàn)，確保油泵跳泵后，備用油泵能及時啟動，不會造成因油壓低而發(fā)生磨瓦的現(xiàn)象。

對更換后的新催化劑進(jìn)行置換排放合格后,再往下一裝置送氣，以防止不干凈的雜物進(jìn)入壓縮機(jī)缸內(nèi)。

嚴(yán)格按照龍宇煤化工的規(guī)定,控制好甲醇合成系統(tǒng)的氫碳比和熱點(diǎn)溫度等指標(biāo),以減少副反應(yīng)的發(fā)生；對甲醇合成催化劑使用情況進(jìn)行有效評估，根據(jù)催化劑的轉(zhuǎn)化率及甲醇合成塔的床層溫度等指標(biāo),及時更換催化劑；嚴(yán)禁甲醇合成裝置在線對甲醇冷卻器進(jìn)行煮蠟。

6 結(jié)語

針對此次合成氣壓縮機(jī)因振動大造成的停機(jī)事故，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出幾點(diǎn)要求。

(1)加強(qiáng)開停車管理，特別在甲醇合成裝置催化劑使用后期，由于副反應(yīng)石蠟等物質(zhì)產(chǎn)生較多，在消除石蠟的過程中，要避免石蠟進(jìn)入到壓縮機(jī)管線和設(shè)備內(nèi)。

(2)加強(qiáng)機(jī)組檢修管理，檢修作業(yè)時嚴(yán)禁將雜物帶入油系統(tǒng)。檢修后要對軸承箱和軸瓦等部位進(jìn)行徹底清洗，檢修后進(jìn)行油洗和油質(zhì)化驗(yàn)分析。

(3)當(dāng)干氣密封的關(guān)鍵參數(shù)(如流量和壓力)波動時，要引起足夠重視，避免事故擴(kuò)大化。

(4)機(jī)組油系統(tǒng)聯(lián)鎖啟備泵要定期試驗(yàn)，聯(lián)鎖設(shè)置要合理。建議在壓縮機(jī)運(yùn)行模式下，增加運(yùn)行泵電氣運(yùn)行信號丟失時自啟動備用泵的聯(lián)鎖。

通過檢修后，合成氣壓縮機(jī)運(yùn)行正常，軸振值一直保持在10μm左右,希望能為類似裝置的機(jī)組運(yùn)行和檢修提供參考和借鑒。