煤制甲醇装置合成气压缩机振动大的原因分析及解决措施

胡继卫，张学信

(河南龙宇煤化工有限公司,河南 永城 476600)

河南龙宇煤化工有限公司(以下简称龙宇煤化工)一期年产50万t甲醇装置采用先进的Shell粉煤气化制甲醇技术，其中,合成气压缩机组作为重要的大型动力核心设备，其作用是对来自低温甲醇洗净化的新鲜气体和甲醇合成过来的循环气进行压缩，为甲醇合成装置提供所需要的压力与气量。机组由德国西门子股份公司设计制造，该压缩机组是汽轮机驱动离心压缩机，汽轮机型号为SST600(NK32/45)，属于凝气式，其采用室内双层布置，单侧进汽，进汽为高压蒸汽，正常压力为5.0MPa(g)、温度为385℃、流量为64.1t/h，经速关阀和调节汽阀进入汽轮机缸体，经过喷嘴带动叶轮做功,使汽轮机转动；做完功的蒸汽即排汽，其压力为-0.088MPa(g)、温度为45℃。离心压缩机型号为STC-SV(10-7-A)，单缸两段七级叶轮结构组成，轴端密封采用的是德国博格曼公司生产的串联式干气密封。针对机组在生产运行过程中出现振动的问题，采取了有效的措施及优化工况，取得了显著效果，确保了龙宇煤化工一期年产50万t甲醇装置的高负荷、安全、稳定、长周期运行。

1 工艺简介

来自低温甲醇洗的净化气(3.15 MPa、30 ℃)进入合成气压缩机的新鲜气压缩段分离器后，经过6级压缩压力升至7.54 MPa,温度升至163℃，再与进入循环压缩段分离器的循环气体(7.54 MPa、40℃)一起在压缩机缸体内混合后压缩升压、升温至8.2 MPa、71 ℃，去甲醇合成装置进行粗甲醇的合成反应，其工艺流程见图1。

图1 工艺流程

2 合成气压缩机振动过大

龙宇煤化工于2019年7～8月对装置进行了大修，合成气压缩机大修后于8月27日开车运行，运行至2019年9月5日16：50左右，由于润滑油泵油压低联锁而备用泵未及时启动，导致机组停车。机组再次热态开车后，转速升至8 500r/min时(正常工作转速为10 200r/min)，压缩机的非驱动端振动数值显示67μm已达上限报警，温度在88C(轴承温度偏高)，工况稍有波动,数值就会在72μm上下波动，而压缩机的高限联锁数值是81μm，在此工况下运行一周后，合成气压缩机的进气流量有下降趋势，干气密封一级泄漏气去火炬的泄漏压力一直稳定在235kPa(正常值为235kPa)左右，为了能保持长周期高负荷运行，本着彻查机组存在的问题和保护机组的原则，机组作停车检修处理。

3 拆检情况

压缩机组拆缸检修后发现一系列问题,主要分为以下几类。

(1)发现压缩机的非驱动端的径向轴承有大面积积碳,且轴瓦钨金面上有一道轻微沟槽损伤,驱动端的径向轴承有小面积积碳。

(2)离心压缩机二段入口管道过滤器滤网表面和内部有大量黑色黏稠杂质，且滤网已经吸瘪，但是滤网并未撕裂；同时,一级入口管道过滤器内滤网表面较脏，滤网表面附着大量黑色杂质。

(3)离心压缩机叶轮表面附着的大量黑色黏稠物质,堵塞了非驱动端处的平衡活塞与平衡活塞密封之间的间隙。

(4)离心压缩机非驱动端的干气密封损坏严重，动静环碎；干气密封进气管道内部、干气密封一级进口处和一级泄漏气处存在大量黑色物质。

4 原因分析

4.1 润滑油的影响

机组轴承与轴颈间油膜的不稳定造成振动大，机组在运行过程中轴颈和轴瓦之间有一层润滑油膜，油膜不稳定或油膜被破坏，转子轴颈就可能和轴瓦发生干摩擦，引起机组强烈振动。此次润滑油泵跳泵，造成润滑油系统故障，会导致进入轴承的油量不足，可倾瓦轴承油膜出现问题，严重时可导致磨瓦。经过检查，机组检修后有部分杂质未清理干净，而机组运行前未进行油洗，也是导致本次轴瓦刮伤的一部分原因。

4.2 工艺气体夹带杂质

压缩机内的介质不干净，有部分杂质进入到压缩机内部(如叶轮、气封等部位),会造成振动大。压缩机一段入口的介质来自低温甲醇洗工序中经脱硫槽脱硫后的净化气体，公司检修时更换了脱硫剂，但存于脱硫槽底部的固体颗粒未进行充分氮气置换，在开车过程中会使脏物随着净化气体进入一段入口管道过滤器内。经过分析，此处附着的物质主要是脱硫剂等物质。

压缩机二段入口的介质来自于甲醇合成工序的甲醇冷却器、甲醇分离器的循环气体，由于大修停车期间，甲醇冷却器进行了在线煮蜡，可能有大量的石蜡等物质残存于换热器的底部，而甲醇合成工序的催化剂又处于使用末期，副反应增多。循环气体携带的存有部分难以冷却分离的高级脂肪醇和部分酯类物质，进入到二段入口管道过滤器内，并在滤网表面附着，堵塞滤网孔隙，在滤网处阻力增大，强大的气流把滤网吸瘪。而部分穿透滤网的杂质进入到压缩机内，在压缩机内部积聚。

4.3 转子不平衡引起的振动

拆检后发现，离心压缩机的叶轮表面附着大量的黑色黏稠物质，导致转子不平衡，从而使振动增大。

4.4 喘振引起的振动

若压缩机入口过滤器滤堵塞,导致压缩机入口流量小于喘振流量时，会引起喘振,造成机组振动增大。压缩机流量在13.2万Nm3/h时稳定运行，即使突然波动为11万～14万Nm3/h,几分钟后又稳定在13.2万Nm3/h运行。

4.5 干气密封的影响

一些杂质通过压缩机出口管线，然后再通过干气密封一级密封气工艺气，由于在用侧干气密封过滤器滤芯未安装牢固，部分杂质穿透干气密封一级过滤器进入到干气密封内，导致干气密封动静环损坏破碎，在高速转动下，造成轴振。

5 解决措施

(1)加强机组检修管理。对离心压缩机的轴承瓦块进行刮研处理，清理轴承内机械杂质，联系分析化验人员及时取样分析，并用滤油机进行过滤。停车检修后，严格按照程序对大修离心压缩机组进行油洗和油样分析。

(2)将离心压缩机两段入口管线上的管道过滤器粘附的脏物进行清理，修复过滤器并更新滤网。

(3)对离心压缩机的平衡活塞及平衡活塞密封间的杂质进行清理，拆下的离心压缩机主轴运至厂家进行动平衡检测校正处理，以消除不平衡力矩而产生的机组振动。

(4)更换机组非驱动端的干气密封，拆除干气密封管线，用蒸汽冷凝液进行清洗，然后用氮气吹干。通过技术改造，增设干气密封一级泄漏气泄漏流量远传流量计、二级泄漏气泄漏流量与压力指示,从而实现干气密封出现问题时能监控分析，发现异常数据后及时作出正确判断并处理。

(5)加强工艺管理。离心压缩机组操作人员要严格按照操作规程进行备泵，以避免因确认不到位而引起的意外停车。压缩机的油泵联锁进行试验，确保油泵跳泵后，备用油泵能及时启动，不会造成因油压低而发生磨瓦的现象。

对更换后的新催化剂进行置换排放合格后,再往下一装置送气，以防止不干净的杂物进入压缩机缸内。

严格按照龙宇煤化工的规定,控制好甲醇合成系统的氢碳比和热点温度等指标,以减少副反应的发生；对甲醇合成催化剂使用情况进行有效评估，根据催化剂的转化率及甲醇合成塔的床层温度等指标,及时更换催化剂；严禁甲醇合成装置在线对甲醇冷却器进行煮蜡。

6 结语

针对此次合成气压缩机因振动大造成的停机事故，总结经验教训，提出几点要求。

(1)加强开停车管理，特别在甲醇合成装置催化剂使用后期，由于副反应石蜡等物质产生较多，在消除石蜡的过程中，要避免石蜡进入到压缩机管线和设备内。

(2)加强机组检修管理，检修作业时严禁将杂物带入油系统。检修后要对轴承箱和轴瓦等部位进行彻底清洗，检修后进行油洗和油质化验分析。

(3)当干气密封的关键参数(如流量和压力)波动时，要引起足够重视，避免事故扩大化。

(4)机组油系统联锁启备泵要定期试验，联锁设置要合理。建议在压缩机运行模式下，增加运行泵电气运行信号丢失时自启动备用泵的联锁。

通过检修后，合成气压缩机运行正常，轴振值一直保持在10μm左右,希望能为类似装置的机组运行和检修提供参考和借鉴。