甲醇制烯烃装置主风机典型问题分析

孙保全，杨 洋

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014010）

甲醇制烯烃装置主风机典型问题分析

孙保全，杨 洋

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014010）

以某煤制烯烃项目装置甲醇制烯烃（MTO）装置为背景，研究和优化了该装置关键设备主风机系统的控制方案。针对主风机运行存在的典型问题，全面系统地对主风机控制系统进行了分析，重点研究和设计了主风机防喘振控制方案，实现了主风机系统的优化控制，满足甲醇制烯烃装置生产要求，同时减少了装置事故频率，实现了节能运行。

甲醇制烯烃；主风机；控制系统；防喘振控制

1 甲醇制烯烃装置主风机主要问题分析

1.1 不同工况主风机的防喘振操作问题

根据甲醇制烯烃装置工艺特点，在装置低负荷、正常负荷和开工升温烘衬阶段对主风需求量不同，分别为约22 800 m3/ h、32 400 m3/h和36 000 m3/h，风量差异达到30%以上，在这三种工况下如果采用一种防喘振控制方案，将造成极大浪费。

1.2 润滑油泵压力低导致机组故障停车

1.2.1 故障经过

2013年5月8日13：14主风机A机因润滑油主泵自停，在备泵自启前，主风机润滑油压力低低触发联锁停机，13：54切断进料，14：00反应温度降低至344℃。13：22启动主风机B机，13：34向再生器并主风。14：12进料恢复至165t/h。19：18恢复至200t/h，LORP20：00，乙烯丙烯产品合格采出。

1.2.2 应对措施

（1）13：14确认主风机A停机，主风联锁处于自保联锁状态，按主风机停机进行紧急处理。

（2）13：34启动备用主风机，引主风进再生器。

（3）13：54由于反应温度低，装置切除进料，装置紧急停工。（4）14：00反应温度降低至344℃，重新投料后逐渐恢复。（5）14：12进料恢复至165t/h，调整两器烧焦。（6）19：18恢复至200t/h，逐渐恢复生产。

1.2.3 损失及影响

该事件导致产量减少聚烯烃产量损失475.27t，催化剂异常跑损约5t。

1.2.4 原因分析

主风机停机的直接原因是主风机A润滑油主泵故障停泵，在备泵自启前，主风机润滑油压力低低触发联锁停机。

1.3 电机轴承温度假信号停车

1.3.1 事故经过

2013年12月3日8：01：57 MTO装置主风机A机故障停机报警，导致主风联锁，主风量FIC1121A急剧下降，再生压力PIC1110迅速下降。8：07主风机B机开始向再生器并风，8：40反应温度恢复478℃。9：00各操作参数恢复至正常值，催化剂恢复活性，产品气中二甲醚含量0.05%。

1.3.2 主风机停机事故处理经过

（1）8：02 反应主操发现主风机停机，立即检查B机情况，准备启用主风机B机。再生器主风中断后，主操关小双动滑阀阀位，关闭再生、待生滑阀，中断两器循环，同时投用再生器外补氮气FIC1123约300 m3/h。

（2）8：03反应主操切除再生器外取热器，紧急降低雾化甲醇量FV1405A直至关死，摘除进料联锁和两器差压联锁。

（3）8：04急冷主操降低浓缩水至反应进料回炼的流量，同时调整三塔液位。

（4）8：05 主风机B机启机，主操全关主风机出口调节阀FIC1121A，然后将主风联锁复位，投用工厂风外补PIC1304，投用量2 000 m3/h，逐渐全开FIC1121A进再生器，维持再生器微流化。

（5）8：07 现场关闭主风机A机出口电动蝶阀，打开主风机B机出口电动蝶阀，现场缓缓关闭主风机B机防喘振副线阀，将主风机B机开始向再生器并风。

（6）8：12 再生器主风量22 700 m3/h，全关外补工厂风，再生温度TI1134A由最低点610℃开始上涨，逐渐打开再生、待生滑阀，两器重新建立催化剂循环。逐渐提高再生器线速至16m/s以上。

（7）8：15反应温度TIC1101由最低点450℃开始上涨。8：30反应温度恢复正常。

1.3.3 损失及影响

本次事件由于及时启用备机，避免了装置切断进料，但由于再生器波动，造成催化剂异常跑损约2t。

1.3.4 原因分析

经查主风机B机停机原因，判断是因为电机轴承温度TI1380A仪表假信号。查看趋势，此信号在2013月12月2日5：13到5：14出现波动，最高66.5℃；12月3日1：19到1：20波动，最高59.3℃；12月3日8：00到8：02出现较大波动，最高81℃（报警75℃，联锁80℃，直接联锁，未发生报警），主电机轴承温度高高联锁造成了机组停机。后经检定，该轴承温度热电阻性能下降，指示错误，更换了该支热电阻。

2 甲醇制烯烃装置主风机控制系统优化研究

2.1 主风机防喘振优化研究

由于主风机是MTO工艺过程中是最重要的没备，是保证反应再生系统连续运行的关键。一旦停机或损坏，整个工艺装置都要停产。喘振是由于气体的可压缩性而造成的主风机的固有特性在主风机的运行过程中，当吸入量减少到一定值时，压缩比下降，输出管线中气体压力高于主风机出口压力，被压缩了的气体很快倒流入主风机，气流在压缩机叶片进口处与叶片发生冲击，使叶片一侧气流边界层严重分离，出现漩祸区，从而形成旋转脱离或旋转失速，产生喘振，当喘振发生时压缩机会发出剧烈的吼叫声，并伴随低频高幅度周期性振动，给机组造成严重破坏。喘振是主风机的运行工况在小流量、高压比区域中所产生的一种不稳定的运行状态主风机喘振时，将出现气流周期性振荡现象喘振带给主风机严重的破坏，会导致严重后果。因此，只要保证主风机的工作流量大于最小流量就不会发生喘振，所以，在系统需要风量较少时采用部分放空的方法，既可适应低负荷生产的要求，又能满足流量大于最小极限值（即喘振点流量极）的需要，而当系统需要风量较大时，切换到另外一种防喘振控制方案，将喘振线向左移动，增大防喘振空间，减少防喘振阀开度或使其不开，降低能量损失。

在实际应用中，根据工艺系统在不同的工况最主风量要求差异较大的特点，优化设计了三种不同的防喘振控制曲线，操作中使用操作画面的手操按钮实现三种工况的切换，通过三种工况采用不同的防喘振控制曲线应用，实现了机组在不同工况的节能运行。

2.2 甲醇制烯烃装置主风联锁控制逻辑优化

2.2.1 甲醇制烯装置联锁控制逻辑优化

甲醇制烯烃装置的主风机作用虽然与催化裂化装置类似，但又有不同之处，这是由甲醇制烯烃装置放热反应的特点决定的。催化裂化反应是吸热反应，必须通过循环的再生催化剂将热量带入反应器，维持反应温度，以保证反应正常转化，因此在催化裂化装置主风联锁是最高级别联锁，主风中断后必须终止进料、切断两器循环。而甲醇制烯烃反应是放热反应，通过工艺设计中的取热设施，能够在短时间内维持反应正常进料，长时间则会导致催化剂积碳失去活性，必须切断进料。因此，与催化裂化装置不同，MTO装置主风机联锁仅仅出发再生系统和外取热器切除。

2.2.2 主风机电机定子线圈温度单点联锁改为三取二联锁优化

针对电机定子线圈温度单点联锁易产生假信号导致主风机停车的问题，将原来的单点联锁改为三取二联锁，增加了主风机运行的稳定性。

2.3 主风机主风流量联锁仪表取样优化

主风流量取样为文丘里管方式，文丘里管上有三个取样点，配套三个差压变送器来计算流量。原始安装时，取样只取了一个取样点，这样就存在如果取样点出现堵塞等异常情况时造成流量联锁启动，造成误动作。后改为分别从三个取样点上进行取样，三个变送器分别独立取样，这样即使有一个取样点出现问题也不会造成主风流量联锁动作，从而消除了该联锁发生误动作的可能性。

3 结论

（1）主风机是甲醇制烯烃装置的关键设备，其主要作用是提供烧焦风和保持再生系统的流化，并维持再生系统压力。

（2）甲醇制烯烃装置工艺特点，决定了其对主风机有着特殊的要求，尤其是在不同工况主风需求量差异较大。优化设计了不同的防喘振控制曲线，减少了低负荷运行时的防喘振放空量，实现了在不同负荷下的节能操作。

（3）通过联锁控制回路改造、润滑油备泵自启条件变更，可以减少异常停车，避免装置波动，降低物料损失和能源消耗。

[1] 潘凯，蔡金山.主风机和烟机的控制系统的改造[C]//石油和化工行业节能技术研讨会会议，2006：588-591.

[2] 赵勇，王智.Intouch在重油催化裂化装置主风机控制系统中的应用[J].石油化工自动化，2003（5）：56-58.

[3] 王兴斌，蔡金山.催化裂化装置主风机组控制系统的节能改造[J].石化技术，2010，17（1）：29-32.

Analysis of Typical Problems of Main Fan of Methanol to Olefins

Sun Bao-quan，Yang Yang

In this paper，the Methanol to olefins（MTO）device is used as the background to study and optimize the control scheme of the main fan system of the key equipment.Aiming at the typical problems of the main fan running，the main fan control system is analyzed systematically.The main fan anti-surge control scheme is designed and designed，and the optimal control of the main fan system is realized to meet the production requirements of the methanol-，While reducing the frequency of the device accident，to achieve energy-saving operation.

methanol to olefin；main fan；control system；anti-surge control

TQ221.2

A

1003–6490（2017）05–0010–02

2017–04–06

孙保全（1982—），男，内蒙古包头人，工程师，主要从事化工生产技术管理工作。