淺談甲醇合成氣壓縮機透平表冷器在線清洗

何鋒，徐冰

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

1 前言

某年產80萬噸甲醇裝置合成氣壓縮機采用的是抽氣、冷凝式透平作為驅動,參數為11.1MPa、510℃的高壓蒸汽進入透平高壓段做功后，通過ECV閥自動控制抽出參數為3.2MPa、356℃的中壓蒸汽，剩余的蒸汽進入透平低壓段繼續做工后，經表冷器換熱冷凝成水送入脫鹽水系統。該表冷器采用東、西兩組循環水換熱器進行冷卻，正常工作參數為-73KPa、61.5℃，工藝流程如圖1所示。

圖1 透平表冷器流程圖

截至2017年，該裝置合成氣壓縮機已經運行了7年，期間壓縮機的各參數一直比較平穩，但是從2017年5月18日系統停車檢修后，壓縮機表冷器的壓力和汽輪機的的排氣溫度一直在升高，如表1所示。

表1

從表1中的數據可以看出：該裝置合成氣壓縮機參數在經過開停車后有明顯的變化，表冷器系統的壓力由-78.29KPa直接上漲至-72.22KPa,且在之后的一段時間里一直在緩慢上升，最高到-60.5KPa,汽輪機的排氣溫度也由停車前的58.53℃上升到開車后的62.62℃，且一路上漲至最高71.5℃。合成氣壓縮機表冷器的真空度異常下降，導致汽輪機的排氣溫度上升，蒸汽在汽輪機組中做功的焓降變小，使汽輪機的運行效率下降，影響汽輪機的經濟運行。同時，排氣溫度長期較高會導致排氣缸變形，影響汽輪機組的安全運行。

2 故障原因分析

合成氣壓縮機透平表冷器真空度下降的原因有很多，主要影響因素如下：

（1）表冷器循環冷卻水流量低，冷卻量不足，引起換熱器換熱效果差。

（2）表冷器循環冷卻水溫度過高，冷卻量不足，引起換熱器換熱不足。

（3）真空抽氣器工作異常，不能及時將不凝氣抽走，導致不凝氣在表冷器中累積。

（4）表冷器真空系統密封不嚴密，空氣漏入表冷器。

（5）表冷器冷卻管表面結垢，導致換熱效率下降。

（6）透平軸封密封蒸汽壓力過小或者密封蒸汽中斷，空氣漏入表冷器真空系統。

（7）表冷器內的液位過高，導致冷卻面積不夠，冷卻效果變差。

（8）大氣安全閥水封密封不嚴，空氣漏入表冷器真空系統。

（9）汽輪機的負荷太高，乏氣流量太大，超過了表冷器的熱負荷。

針對上面提出的影響因素進行了逐個排查：表冷器循環冷卻水的供水溫度為35.8℃溫度并沒有升高；切換投用了備用的真空抽氣器，真空度并沒有明顯的改善，排除了不凝氣的影響；表冷器真空系統沒有發現明顯的漏點；透平軸封密封蒸汽投用正常；表冷器內液位正常。

在排查的過程中發現，表冷器東、西兩側循環水換熱器進出口溫度差逐漸增大，正常時進出口溫度差為8.6℃，東側的溫度差逐漸上漲至16.4℃,西側的溫度差逐漸上漲至15℃，造成表冷器循環水換熱器進出口溫度差上漲的原因主要有循環水流量過低和乏氣流量過大、表冷器熱負荷太高兩個方面。

通過查找相關數據，對比停車前后系統負荷、高壓蒸汽流量、中壓蒸汽流量經物料平衡計算發現，乏氣流量并沒有明顯的升高，排除了因乏氣流量過大、表冷器熱負荷太高的原因。確認主要是由于循環冷卻水流量偏低造成的。考慮到循環水涼水塔填料已經運行了7年，且老化嚴重，填料表面附著物較多，同時在循環水泵入口濾網處、表冷器循環水入口導淋處多次發現循環水填料碎片，判斷為循環水填料破碎，在開停車的沖擊下，破碎的填料、填料上的附著物被帶入至表冷器循環水換熱器列管處，堵塞列管，造成表冷器循環水流量下降，冷卻能力不足，進出口溫度差升高，最終造成表冷器真空度下降、排氣溫度升高。

3 表冷器換熱器在線清洗

3.1 清洗過程中的難點

合成氣壓縮機表冷器分為東西兩側，是兩個相對獨立的循環水列管式換熱器，每側換熱器都可以單獨使用,根據汽輪機廠商資料顯示，單側換熱器的設計能力為滿負荷情況下的70%,決定嘗試將表冷器換熱器分段切出，進行在線清洗。由于東側換熱器進出口溫度差比西側高，于是，決定先隔離出東側換熱器進行在線清洗。

但是，由于在目前西側換熱器也同樣堵塞的情況下，西側換熱器無法滿足70%負荷下的換熱要求，為了滿足冷卻量不足的問題，我們可以通過采取適當降低系統負荷、適當降低合成回路壓力、提高轉化爐出口溫度、增加中壓抽氣量、降低中壓蒸汽管網壓力等措施降低透平乏氣的量來平衡。

3.2 在線清洗過程

（1）系統降負荷至70%（70000Nm3/h），確保表冷器排氣溫度小于60℃。

（2）旁路表冷器真空高高聯鎖。

（3）緩慢關閉表冷器東側的冷卻水進水閥，過程中注意表冷器排氣溫度、真空度、循環水給水壓力及水輪機轉速的變化。

（4）打開東側表冷器導淋進行排放。慢慢關閉東側回水閥，再開大回水閥，反復沖洗，將表冷器列管中的堵塞物初步從底部導淋排出。

（5）如果在關東側回水閥后真空不能維持在可控范圍，則慢慢恢復表冷器東側供水，通過同樣的方法初步對西側表冷器清除堵塞物。

（6）通過在線反沖洗，初步清理堵塞物后，再將東側表冷器進出口閥全部關閉，打開導淋將存水排放干凈。

（7）在這個過程中，由于表冷器溫度和真空度無法維持，進一步將系統負荷降至68000Nm3/h,合成回路壓力降至5.38Mpa,合成塔溫度持續下降無法維持，加熱蒸汽進入合成塔，維持合成系統的運行，同時提高中壓蒸汽抽氣量到74t/h，減少進入表冷器的乏氣量，維持系統的平衡。

（8）東側換熱器切出排盡水后交出檢修，打開封頭清理列管及管板。

（9）表冷器東側清洗結束，確認回裝完畢后，打開表冷器東側的循環水回水排氣閥及頂部壓力表根本閥，開循環水上水閥引循環水灌液、排氣后，全開表冷器東側的循環水回水閥，投用東側循環水換熱器。

（10）表冷器東側循環水換熱器清洗完畢投用后，東側的冷卻能力得到恢復，西側循環水換熱器切出清洗十分順利。

4 清洗效果

對合成氣壓縮機表冷器在線清洗前后工況數據進行對比，主要體現如表2所示。

表2

從數據表中可以明顯地看出，合成氣壓縮機表冷器在線清洗后工況得到極大的改善。在相同的負荷和合成回路壓力下進行數據對比，表冷器的壓力下降了10.34KPa，從-61.72KPa下降至-72.06KPa，汽輪機的排氣溫度下降了9.95℃，從清洗前的70.87℃下降至60.92℃，蒸汽在汽輪機組中做功的焓降變大，提高了汽輪機的運行效率，大幅度提高了裝置運行的經濟性和安全性。

5 結語

由于循環水涼水塔填料長期使用,出現了老化、破碎。破碎的填料及附著物極易堵塞表冷器循環水換熱器，造成表冷器真空度下降，若此時停車清洗，必將導致裝置能耗的增加，造成經濟損失。在表冷器設有兩組循環水換熱器的情況下，我們可以通過降低系統負荷、降低合成回路壓力、提高轉化爐出口溫度、增加中壓抽氣量、降低中壓蒸汽管網壓力等措施來降低透平乏氣的量和表冷器的負荷，從而將表冷器循環水側換熱器順利地切出清洗，解決了表冷器壓力過高的問題，保證了裝置經濟穩定運行。該表冷器在線清洗的方式，通用性較強，希望能對類似的裝置起到借鑒作用。