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(jiǎn)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(jī)是對(duì)來自低溫甲醇洗和氫回收裝置的新鮮原料氣進(jìn)行壓縮升壓，同時(shí)對(duì)合成工序來的循環(huán)氣進(jìn)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(jī)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(zhǎng)期腐蝕，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，對(duì)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(duì)合成氣壓縮機(jī)防喘振冷卻器泄漏展開研究分析，并對(duì)合成壓縮機(jī)防喘振回路進(jìn)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(jìn)入合成氣壓縮機(jī)的新鮮氣入口分離器，再進(jìn)入新鮮氣壓縮段，經(jīng)過六級(jí)壓縮后，氣體壓力升高到7.54MPag（溫度為163.3℃），然后進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)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(jìn)入循環(huán)氣的入口分離器，然后進(jìn)入循環(huán)壓縮段的入口，與新鮮段來的氣體相混合后，進(jìn)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(jī)設(shè)有防喘振回路，壓縮機(jī)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(jìn)入新鮮氣的入口分離器，另一股進(jìn)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(jī)防喘振回路改造原因

合成氣壓縮機(jī)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(jì)壓力為8.7MPa，殼程介質(zhì)循環(huán)水，設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(jìn)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(shí)影響整個(gè)循環(huán)水管網(wǎng)安全運(yùn)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(jì)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(duì)該問題，龍宇煤化工從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，邀請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)院技術(shù)專家和西門子廠家技術(shù)人員進(jìn)行交流和溝通，結(jié)合裝置實(shí)際運(yùn)行情況，經(jīng)過數(shù)次討論后，對(duì)合成氣壓縮機(jī)的防喘振回路重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終提出了以下方案：

4.1 將冷卻器E15301旁路，直接把E15301進(jìn)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(jiǎn)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(jī)出口溫度，這必然會(huì)引起壓縮機(jī)整個(gè)壓縮熱平衡的惡化，造成機(jī)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(jī)和合成系統(tǒng)放在一個(gè)大系統(tǒng)里進(jìn)行考慮，將合成系統(tǒng)的甲醇水冷器作為壓縮機(jī)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(jī)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(xiàng)目完成之前，一直作為公司級(jí)重大安全隱患特護(hù)運(yùn)行，該研究完成以后，徹底消除一項(xiàng)公司級(jí)的重大安全隱患。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

①日常檢修維護(hù)費(fèi)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(shí)間里，共進(jìn)行了7次檢修和消漏，由于合成氣壓縮機(jī)是高壓重點(diǎn)監(jiān)護(hù)設(shè)備，每次的檢修費(fèi)用和備件費(fèi)用約6萬元左右，兩年間檢修費(fèi)用共計(jì)42萬元；此外，在內(nèi)漏的這兩年多時(shí)間里，對(duì)該設(shè)備本體進(jìn)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(fèi)用為（42+69）/2=55.5萬元，改造后，完全節(jié)省了該筆費(fèi)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(shí)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(shí)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(shí)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(jì)算，每小時(shí)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(hù)運(yùn)行周期為45d，則共計(jì)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(jià)格，則改造完成后每個(gè)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(jī)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(jì)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(fèi)用，利用冷線作為防喘振回路，有效控制壓縮機(jī)壓縮熱平衡，優(yōu)化了操作方式，減少了設(shè)備運(yùn)行時(shí)的維護(hù)費(fèi)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.