甲醇合成气压缩机常见问题及解决措施

甲醇合成气压缩机常见问题及解决措施

苗帅 ,尚高仕

延长石油榆神能源化工有限责任公司  陕西 榆林 719302

摘要:针对甲醇生产装置合成气压缩机系统在实际运行过程中出现的新鲜气入口吸入流量低、干气密封非驱动端一级密封泄漏量大等问题，对新鲜气压缩段分离器丝网和压缩机入口过滤器及时进行更换处理，并增加低压蒸汽伴热管线，提升O形密封圈耐老化性能等有效措施，有效减少了影响机组正常工作的不利因素，保障了合成气压缩机系统安全稳定运行。

关键词:甲醇合成气压缩机;吸入流量;干气密封;泄漏

前言

甲醇是一种常用有机原材料，煤制甲醇生产具有成本低、材料来源广泛的特征，可以获得显著的经济效益，因此煤制甲醇对于行业发展的重要性也逐渐体现出来。煤制甲醇的生产技术包括空分、气化、净化以及甲醇合成等，其中，压缩机是空气分离、甲醇合成等行业广泛运用的机械设备。然而压缩机振动异常会使运行效率下降、能耗增大甚至引发事故，因此，在压缩机组运行、维护及管理过程中，如何有效地控制和减小其振动，维护机组的正常运行，对煤制甲醇整个工艺装置的稳定运行具有重大意义。

一、某煤制甲醇合成气压缩机组简介

在煤制甲醇的过程中用到最多的设备就是压缩机。具体来讲，合成气压缩机组工艺包括离心式压缩机合成段和循环段工艺。其中，合成段的工艺为首先将新鲜合成气进入分液罐内进行气液分离，其次进入合成气压缩机进行压缩，然后进入甲醇合成塔；循环段的工艺为首先将循环段气体进入分液罐内进行气液分离，其次进入压缩机内进行压缩，然后进入甲醇合成塔进行甲醇合成。合成气压缩机组系统设有防喘振管线，并由防喘振冷却器控制回流气体的温度。某公司400kt/a甲醇合成装置采用离心式压缩机为一缸两段结构，其工艺流程，如图1所示

二、存在问题及改进措施

1、新鲜气流量低、气入口压力高

合成气压缩机运正常行期间新鲜气入口流量18万Nm3/h，入口压力2.95MPa，前系统低温甲醇洗装置出口压力为2.94MPa，压缩机机组转速9300r/min。实际生产过程出现了新鲜气入口流量降低，新鲜气入口压力和前系统低温甲醇洗装置出口压力升高现象，通过将压缩机转速上提350r/min等措施未见明显好转。某公司合成气压缩机指标参数对比数据如下:2021年2月5日，新鲜气入口流量17.5×104Nm3/h，新鲜气入口压力3.07MPa，机组转速9650r/min。从数据可以看出，压缩机转速增加后，新鲜气入口气量并未增大，且新鲜气入口压力较正常运行偏高0.12MPa。经现场检查，确认为压缩机新鲜气压缩段分离器丝网及压缩机入口过滤器发生堵塞所致。随着压缩机入口阻力逐渐增大，甲醇生产装置被迫降负荷运行后进行停机检修，拆检后发现新鲜气入口滤网及入口过滤器均堵塞严重，其主要成分为前系统低温甲醇洗装置的脱硫剂粉末;由于分离器丝网堵塞严重，导致阻力增大，运行过程中的大气量新鲜气将分离器顶部部分丝网吹翻，使杂质、粉尘等脏物进入过滤器，造成过滤器堵塞。

2、新鲜气、气入口压力低的解决措施

压缩机拆检后发现主要杂质为低温甲醇洗装置脱硫槽内的脱硫剂粉末，其主要原因为脱硫剂已处于使用末期，粉化情况较为严重，造成飞灰随气流带入过滤器堵塞。采取加强巡查、定期对脱硫剂进行更换措施，并进行新鲜气压缩段分离器丝网及压缩机入口过滤器的污垢清除，或及时更新分离器丝网，压缩机各项运行参数恢复正常。压缩机恢复后参数比如下:2021年1月25日，新鲜气入口流量18.2×104Nm3/h，新鲜气入口压力2.95MPa，机组转速9300r/min。

3、干气密封驱动端一级密封气泄漏量大

压缩机组降负荷过程中出现驱动端干气密封一级泄漏气压力高报警，停车后驱动端干气密封一级密封气泄漏压力仍然高报，分析原因可能为驱动端干气密封一级密封静环损坏或者卡滞所致。通过对驱动端干气密封的拆检更换及解体，发现干气密封腔内部存在蜡状杂质，且干气密封O形圈老化、弹性差，出现了卡滞情况，导致驱动端一级密封气泄漏量过大，其动静环及弹簧组件未见明显异常。

4、干气密封驱动端一级密封气泄漏量大解决措施

干气密封密封腔内出现少量蜡状杂质，其主要原因是甲醇合成循环段的循环气气相中携带石蜡凝积所致。由于干气密封气源正常生产运行时为工艺气，而开停车过程中为氮气，当切换为工艺气后，循环系统中高温的气体在密封气管线及密封腔体内温度逐渐下降后，使气相中的石蜡冷凝集聚，造成密封腔失密。采取措施:在干气密封工艺气管线增加低压蒸汽伴热管线，确保工艺气管线内工艺气温度在70℃以上;同时由于生产装置开、停车期间，工艺气成分波动较大，容易发生副反应产生石蜡等杂质，此时密封气气源应采用氮气，禁止使用工艺气自密封，避免石蜡冷凝集聚造成的泄漏。由于干气密封O形圈对密封的运行效果有着至关重要的影响，依据某煤化工有限公司甲醇生产装置实际运行条件，要求干气密封厂家所用的压缩机密封O形圈应当提高抗老化性和弹性指标，使用周期确保不低于三年，有效防止干气密封内O形圈出现卡滞的情况，保障压缩机系统的正常稳定运行。

5、压缩机防喘振控制

离心式压缩机流量减少时，可能出现另一种不稳定的工况现象，引起机器大幅度地波动，强烈的振动，即喘振现象。喘振现象一般具有以下特征：1）喘振有强烈的周期性气流噪声，出现气流吼叫声；2）离心式压缩机旋转失速，工作非常不稳定，排气压力及流量等参数脉动大；3）机器强烈振动，机体、轴承等振幅急剧增加。喘振会损坏压缩机零部件，引起仪表的准确性降低或者失灵，从而产生巨大的危害，因此压缩机是不允许在喘振下运行的。

压缩机喘振往往是多种因素综合作用的结果，主要有转速、进气状态、管网特性、结构参数等。其中，当转速提高时，压缩机叶轮对气体所做的功将增大，喘振流量也增大，性能曲线上移；反之，转速降低则使性能曲线下移。当进气温度增大、进气压力降低，实测的喘振流量增大，压缩机性能曲线下移。管网容量越大，压缩机系统的稳定性变差，喘振越严重，破坏性越强。随着导叶预旋角由负增大到正，喘振流量也将减少；叶轮是离心式压缩机中的惟一做功部件，一般叶轮结构参数中的出口安装角较小的话，抗喘振性能较好，但还与叶道设计的是否合适有关。离心式压缩机中扩压器是一个与叶轮几乎同等重要的部件，是决定压缩机稳定王况范围的重要因素；一般无叶扩压器半径比小，喘振流量大，压缩机容易喘振；通过调小叶片扩压器进口安装角，喘振流量大为减少，其最高效率和能量头基本不变。

由于喘振的危害性，因此防喘振控制是压缩机控制系统的核心。一般而言，喘振控制技术有压缩机本体设计优化及运行条件改善两种。其中，对于离心式压缩机在设计上主要以扩大稳定工况范围为目的，如采用后弯式叶轮、无叶扩压器等气动参数和结构参数以及采用导叶可调机构等。对于离心式压缩机在运行条件上，主要采取控制压缩机的进出口压力，设法在管网流量减少过多时增加压缩机本身的流量等措施。

结语

在国内煤化工企业甲醇生产装置中的合成气压缩机系统，大都是将净化新鲜气和合成循环气进行压缩，为甲醇合成提供所需要的反应压力，该压缩机组稳定运行对保障甲醇生产装置的产能影响巨大。压缩机在生产运行过程中经常会出现的新鲜气入口流量下降、一级密封泄漏量大等问题，严重影响了合成气压缩机系统的安全稳定运行，分析原因并采取合理有效的方法解决机组运行中存在的问题，具有很好的社会和经济效益，也可为同行业生产企业提供借鉴。

参考文献：

[1]徐朝蓉,徐自力,邱恒斌,赵宇.离心压缩机转子密封碰摩故障的振动特征及诊断[J].噪声与振动控制,2015,6.

[2]陈总华,秦云龙,梁晓刚,等.石化行业大型离心式压缩机组安全运行研究[J].化工装备技术,2005,26(2):57-70.

[3]候海云.大型回转机械故障诊断的现状和发展趋势[J].建设机械技术与管理,2006,4:98-101.

[4]徐朝蓉,徐自力,邱恒斌,赵宇.离心压缩机转子密封碰磨故障的振动特征及诊断[J].噪声与振动控制.2015(03)