淺談甲醇合成氣壓縮機透平表冷器在線清洗

何鋒，徐冰

（中海石油建滔化工有限公司，海南 東方 572600）

1 前言

某年產(chǎn)80萬噸甲醇裝置合成氣壓縮機采用的是抽氣、冷凝式透平作為驅(qū)動,參數(shù)為11.1MPa、510℃的高壓蒸汽進入透平高壓段做功后，通過ECV閥自動控制抽出參數(shù)為3.2MPa、356℃的中壓蒸汽，剩余的蒸汽進入透平低壓段繼續(xù)做工后，經(jīng)表冷器換熱冷凝成水送入脫鹽水系統(tǒng)。該表冷器采用東、西兩組循環(huán)水換熱器進行冷卻，正常工作參數(shù)為-73KPa、61.5℃，工藝流程如圖1所示。

圖1 透平表冷器流程圖

截至2017年，該裝置合成氣壓縮機已經(jīng)運行了7年，期間壓縮機的各參數(shù)一直比較平穩(wěn)，但是從2017年5月18日系統(tǒng)停車檢修后，壓縮機表冷器的壓力和汽輪機的的排氣溫度一直在升高，如表1所示。

表1

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出：該裝置合成氣壓縮機參數(shù)在經(jīng)過開停車后有明顯的變化，表冷器系統(tǒng)的壓力由-78.29KPa直接上漲至-72.22KPa,且在之后的一段時間里一直在緩慢上升，最高到-60.5KPa,汽輪機的排氣溫度也由停車前的58.53℃上升到開車后的62.62℃，且一路上漲至最高71.5℃。合成氣壓縮機表冷器的真空度異常下降，導(dǎo)致汽輪機的排氣溫度上升，蒸汽在汽輪機組中做功的焓降變小，使汽輪機的運行效率下降，影響汽輪機的經(jīng)濟運行。同時，排氣溫度長期較高會導(dǎo)致排氣缸變形，影響汽輪機組的安全運行。

2 故障原因分析

合成氣壓縮機透平表冷器真空度下降的原因有很多，主要影響因素如下：

（1）表冷器循環(huán)冷卻水流量低，冷卻量不足，引起換熱器換熱效果差。

（2）表冷器循環(huán)冷卻水溫度過高，冷卻量不足，引起換熱器換熱不足。

（3）真空抽氣器工作異常，不能及時將不凝氣抽走，導(dǎo)致不凝氣在表冷器中累積。

（4）表冷器真空系統(tǒng)密封不嚴密，空氣漏入表冷器。

（5）表冷器冷卻管表面結(jié)垢，導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降。

（6）透平軸封密封蒸汽壓力過小或者密封蒸汽中斷，空氣漏入表冷器真空系統(tǒng)。

（7）表冷器內(nèi)的液位過高，導(dǎo)致冷卻面積不夠，冷卻效果變差。

（8）大氣安全閥水封密封不嚴，空氣漏入表冷器真空系統(tǒng)。

（9）汽輪機的負荷太高，乏氣流量太大，超過了表冷器的熱負荷。

針對上面提出的影響因素進行了逐個排查：表冷器循環(huán)冷卻水的供水溫度為35.8℃溫度并沒有升高；切換投用了備用的真空抽氣器，真空度并沒有明顯的改善，排除了不凝氣的影響；表冷器真空系統(tǒng)沒有發(fā)現(xiàn)明顯的漏點；透平軸封密封蒸汽投用正常；表冷器內(nèi)液位正常。

在排查的過程中發(fā)現(xiàn)，表冷器東、西兩側(cè)循環(huán)水換熱器進出口溫度差逐漸增大，正常時進出口溫度差為8.6℃，東側(cè)的溫度差逐漸上漲至16.4℃,西側(cè)的溫度差逐漸上漲至15℃，造成表冷器循環(huán)水換熱器進出口溫度差上漲的原因主要有循環(huán)水流量過低和乏氣流量過大、表冷器熱負荷太高兩個方面。

通過查找相關(guān)數(shù)據(jù)，對比停車前后系統(tǒng)負荷、高壓蒸汽流量、中壓蒸汽流量經(jīng)物料平衡計算發(fā)現(xiàn)，乏氣流量并沒有明顯的升高，排除了因乏氣流量過大、表冷器熱負荷太高的原因。確認主要是由于循環(huán)冷卻水流量偏低造成的。考慮到循環(huán)水涼水塔填料已經(jīng)運行了7年，且老化嚴重，填料表面附著物較多，同時在循環(huán)水泵入口濾網(wǎng)處、表冷器循環(huán)水入口導(dǎo)淋處多次發(fā)現(xiàn)循環(huán)水填料碎片，判斷為循環(huán)水填料破碎，在開停車的沖擊下，破碎的填料、填料上的附著物被帶入至表冷器循環(huán)水換熱器列管處，堵塞列管，造成表冷器循環(huán)水流量下降，冷卻能力不足，進出口溫度差升高，最終造成表冷器真空度下降、排氣溫度升高。

3 表冷器換熱器在線清洗

3.1 清洗過程中的難點

合成氣壓縮機表冷器分為東西兩側(cè)，是兩個相對獨立的循環(huán)水列管式換熱器，每側(cè)換熱器都可以單獨使用,根據(jù)汽輪機廠商資料顯示，單側(cè)換熱器的設(shè)計能力為滿負荷情況下的70%,決定嘗試將表冷器換熱器分段切出，進行在線清洗。由于東側(cè)換熱器進出口溫度差比西側(cè)高，于是，決定先隔離出東側(cè)換熱器進行在線清洗。

但是，由于在目前西側(cè)換熱器也同樣堵塞的情況下，西側(cè)換熱器無法滿足70%負荷下的換熱要求，為了滿足冷卻量不足的問題，我們可以通過采取適當(dāng)降低系統(tǒng)負荷、適當(dāng)降低合成回路壓力、提高轉(zhuǎn)化爐出口溫度、增加中壓抽氣量、降低中壓蒸汽管網(wǎng)壓力等措施降低透平乏氣的量來平衡。

3.2 在線清洗過程

（1）系統(tǒng)降負荷至70%（70000Nm3/h），確保表冷器排氣溫度小于60℃。

（2）旁路表冷器真空高高聯(lián)鎖。

（3）緩慢關(guān)閉表冷器東側(cè)的冷卻水進水閥，過程中注意表冷器排氣溫度、真空度、循環(huán)水給水壓力及水輪機轉(zhuǎn)速的變化。

（4）打開東側(cè)表冷器導(dǎo)淋進行排放。慢慢關(guān)閉東側(cè)回水閥，再開大回水閥，反復(fù)沖洗，將表冷器列管中的堵塞物初步從底部導(dǎo)淋排出。

（5）如果在關(guān)東側(cè)回水閥后真空不能維持在可控范圍，則慢慢恢復(fù)表冷器東側(cè)供水，通過同樣的方法初步對西側(cè)表冷器清除堵塞物。

（6）通過在線反沖洗，初步清理堵塞物后，再將東側(cè)表冷器進出口閥全部關(guān)閉，打開導(dǎo)淋將存水排放干凈。

（7）在這個過程中，由于表冷器溫度和真空度無法維持，進一步將系統(tǒng)負荷降至68000Nm3/h,合成回路壓力降至5.38Mpa,合成塔溫度持續(xù)下降無法維持，加熱蒸汽進入合成塔，維持合成系統(tǒng)的運行，同時提高中壓蒸汽抽氣量到74t/h，減少進入表冷器的乏氣量，維持系統(tǒng)的平衡。

（8）東側(cè)換熱器切出排盡水后交出檢修，打開封頭清理列管及管板。

（9）表冷器東側(cè)清洗結(jié)束，確認回裝完畢后，打開表冷器東側(cè)的循環(huán)水回水排氣閥及頂部壓力表根本閥，開循環(huán)水上水閥引循環(huán)水灌液、排氣后，全開表冷器東側(cè)的循環(huán)水回水閥，投用東側(cè)循環(huán)水換熱器。

（10）表冷器東側(cè)循環(huán)水換熱器清洗完畢投用后，東側(cè)的冷卻能力得到恢復(fù)，西側(cè)循環(huán)水換熱器切出清洗十分順利。

4 清洗效果

對合成氣壓縮機表冷器在線清洗前后工況數(shù)據(jù)進行對比，主要體現(xiàn)如表2所示。

表2

從數(shù)據(jù)表中可以明顯地看出，合成氣壓縮機表冷器在線清洗后工況得到極大的改善。在相同的負荷和合成回路壓力下進行數(shù)據(jù)對比，表冷器的壓力下降了10.34KPa，從-61.72KPa下降至-72.06KPa，汽輪機的排氣溫度下降了9.95℃，從清洗前的70.87℃下降至60.92℃，蒸汽在汽輪機組中做功的焓降變大，提高了汽輪機的運行效率，大幅度提高了裝置運行的經(jīng)濟性和安全性。

5 結(jié)語

由于循環(huán)水涼水塔填料長期使用,出現(xiàn)了老化、破碎。破碎的填料及附著物極易堵塞表冷器循環(huán)水換熱器，造成表冷器真空度下降，若此時停車清洗，必將導(dǎo)致裝置能耗的增加，造成經(jīng)濟損失。在表冷器設(shè)有兩組循環(huán)水換熱器的情況下，我們可以通過降低系統(tǒng)負荷、降低合成回路壓力、提高轉(zhuǎn)化爐出口溫度、增加中壓抽氣量、降低中壓蒸汽管網(wǎng)壓力等措施來降低透平乏氣的量和表冷器的負荷，從而將表冷器循環(huán)水側(cè)換熱器順利地切出清洗，解決了表冷器壓力過高的問題，保證了裝置經(jīng)濟穩(wěn)定運行。該表冷器在線清洗的方式，通用性較強，希望能對類似的裝置起到借鑒作用。