合成氣壓縮機防喘振工藝回路改造與應(yīng)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(chǎn)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(huán)氣進行升壓循環(huán)，為甲醇合成和克服系統(tǒng)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(fā)生，壓縮機設(shè)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(huán)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(huán)水系統(tǒng)長期腐蝕，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，對安全生產(chǎn)及系統(tǒng)節(jié)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(jīng)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(huán)壓縮段入口；來自甲醇合成工序的循環(huán)氣（40℃、7.54MPag、740 000Nm3/h），進入循環(huán)氣的入口分離器，然后進入循環(huán)壓縮段的入口，與新鮮段來的氣體相混合后，進入循環(huán)段壓縮至8.2MPag（71℃），然后去甲醇合成工序。

合成氣壓縮機設(shè)有防喘振回路，壓縮機的部分工藝氣體，經(jīng)過防喘振冷卻器的殼程，被管程的循環(huán)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(huán)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(zhì)為來自低溫甲醇洗的凈化氣，設(shè)計壓力為8.7MPa，殼程介質(zhì)循環(huán)水，設(shè)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(huán)水系統(tǒng)長期腐蝕，該冷卻器從2011年4月出現(xiàn)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(yán)重，特別是泄漏期間合成氣流失量大，不僅造成甲醇產(chǎn)量降低，同時影響整個循環(huán)水管網(wǎng)安全運行。

3 冷卻器泄漏原因分析

冷卻器泄漏判斷為應(yīng)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(cè)具有一定的應(yīng)力腐蝕開裂傾向［1］。

3.2 由于管道介質(zhì)為合成氣，具有一定的腐蝕性，故設(shè)計該段管道材質(zhì)為316L不銹鋼，而應(yīng)力腐蝕裂紋就是材質(zhì)、腐蝕介質(zhì)、應(yīng)力的共同作用，故此道焊縫具有應(yīng)力腐蝕開裂發(fā)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(yuǎn)發(fā)展考慮，邀請設(shè)計院技術(shù)專家和西門子廠家技術(shù)人員進行交流和溝通，結(jié)合裝置實際運行情況，經(jīng)過數(shù)次討論后，對合成氣壓縮機的防喘振回路重新進行設(shè)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(shè)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(fā)生，我們把合成氣壓縮機和合成系統(tǒng)放在一個大系統(tǒng)里進行考慮，將合成系統(tǒng)的甲醇水冷器作為壓縮機系統(tǒng)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(jīng)濟效益

①日常檢修維護費用方面：冷卻器E15301從發(fā)現(xiàn)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(jiān)護設(shè)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(nèi)漏的這兩年多時間里，對該設(shè)備本體進行一次更換，設(shè)備制造成本69萬元；因此，改造前，每年平均檢修和設(shè)備費用為（42+69）/2=55.5萬元，改造后，完全節(jié)省了該筆費用。

②甲醇損失顯著減少：

設(shè)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(zhì)為合成循環(huán)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(huán)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(xiàn)泄漏到停車檢修消漏，期間平均監(jiān)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?fù)p失294.6萬元。

6 結(jié)語

合成氣壓縮機防喘振回路改造的成功應(yīng)用，改變了原有防喘振回路設(shè)計的格局，去除易泄漏的高壓設(shè)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(yōu)化了操作方式，減少了設(shè)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(yīng)器泄漏原因分析［J］.煉油技術(shù)與工程，2012（6）：35-38.