３８ 化肥工业 第４２卷第４期 透平二氧化碳离心压缩机出现的问题及解决措施 徐晓智，张学信，李耀利 （河南龙宇煤４￣＿ｖ－有限公司 河南永城摘要４７６６００） 介绍了Ｓｈｅｌｌ粉煤气化制甲醇工艺中二氧化碳离心压缩机工艺流程及实际运行情况。针对机组在 试车、生产中出现的汽轮机轴承温度高、压缩机喘振等问题进行分析，采取相应措施并优化调整技术操作，消除 了影响装置安全生产的不利因素，保证了机组安全稳定运行。 关键词二氧化碳离心压缩机喘振措施 中图分类号：ＴＨ４５２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—７７７９（２０１５）０４—００３８－０４ Ａｒｉｓｅｎ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｔｕｒｂｏ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ Ｘｕ Ｘｉａｏｚｈｉ，Ｚｈａｎｇ Ｘｕｅｘｉｎ，Ｌｉ Ｙａｏｌｉ （Ｈｅｎａｎ Ｌｏｎｇｙｕ Ｃｏａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｈｅｎａｎ Ｙｏｎｇｃｈｅｎｇ ４７６６００） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ ａｎｄ ａｃｔｕａｌ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｔｕｒｂｏ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｆｏｒ Ｓｈｅｌｌ ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｌａｎｔ ｉｎ ｍｅｔｈａｎｏｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｉｓｅｎ ｉｎ ｔｅｓｔ ｒｕｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｅａｒｉｎｇ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｓｕｒｇｉｎｇ，ｅｔｃ．，ａｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ，ａｎｄ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｔａｋｅｎ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｎｅｇａｔｉｖｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓａｆｅｔｙ ａｒｅ ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ，ｓａｆｅ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｉｓ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｓｕｒｇｅ ｍｅａｓｕｒｅ 河南龙宇煤化工有限公司一期５０ ｋｔ／ａ甲醇 问题，采取了有效的技改措施并优化调整工况，取 装置采用Ｓｈｅｌｌ粉煤气化制甲醇单套工艺生产装 置，透平二氧化碳离心压缩机组作为装置的重要 动力设备之一，主要对来自低温甲醇洗装置的二 氧化碳气体或来自空分装置的低压氮气进行压缩 升压，进而为气化装置提供合格的二氧化碳或氮 气。该压缩机组的汽轮机型号为ＨＮＧ４０／３２，属 得了显著效果，从而确保了装置的高负荷安全、稳 定、长周期运行。 １ 工艺流程 来自空分装置的低压氮气或来自低温甲醇洗 装置的二氧化碳（４０ ｃｊＣ，０．１１８ ＭＰａ，绝压）经二氧 化碳分离器后，进入压缩机低压缸的１～４级叶轮 压缩升压（１７２．１ ｃＩＣ，０．４６６ ＭＰａ，绝压），然后经中 于背压式，其内室工作采用双层布置单侧进汽，进 汽为高压蒸汽，正常压力为８．８３ ＭＰａ（表压）、温 度５１０℃、流量５５．６ ｔ／ｈ。高压蒸汽经速关阀和 间冷却器换热降温后进入５—７级叶轮压缩升 压（２２２．０ ｃ【＝，２．２５６ ＭＰａ，绝压），再经中间冷却器 再次降温后进入高压缸的８～１０级叶轮压缩升 压（１３４．２℃，５．７２５ ＭＰａ，绝压）；压缩后的部分气 调速阀进入汽轮机缸体，通过喷嘴带动叶轮做功 使汽轮机转动；做功后的蒸汽（排汽）压力为 ０．７ ＭＰａ（表压）、温度１８０ ｏＣ。离心压缩机型号 为２ＭＣＬ７０７＋２ＢＣＬ３５５，分２个缸，１２级、４段压 缩。针对该机组在试车、正常运行过程中出现的 体送往气化装置，大部分气体经中间冷却器换热 降温后进人１１～１２级叶轮压缩升压（１０９．２℃， 作者简介：徐晓智（１９７１一），男，永煤集团煤化工甲醇厂厂长；ｘｕｘｉａｏｚｈｉ＠１２６．ｃｏｉｎ。 ２０１５年８月 徐晓智等：透平二氧化碳离心压缩机出现的问题及解决措施 ３９ ８．３２４ ＭＰａ，绝压），最后送往气化装置。为了防 喘振，设置了３条防喘振回路，分别经过中间换热 器后，一条是二段出口气回一段入口的防喘振回 ＰＶ３７０５４ 路（ＦＶ３７０５０），一条是三段出口回三段人口的防 喘振回路（ＦＶ３７０５４），一条是四段出口回四段入 口的防喘振回路（ＦＶ３７０５６）。工艺流程见图１。 去干气密封 抽气出口 三段出口放空 压缩机高压缸 汽轮机卜＿— 压缩机低压缸 函 四段出口放空 ．一 呻 — 蒸 喷淋水’汽 ｆ ＸＶ３７０３０５ 一 四 Ｉ段 出 口 二氧化ｌ 低 压 缸 ］￣ｄ）ＸＶ３７０３０２ Ｉ 图１工艺流程 离器卜一碳分Ｊ二氧化碳 气 放 空 ２ 出现的问题和解决措施 ２．１ 轴承温度高 （１）出现问题 的蒸汽量少，末级叶片产生的鼓风损失不容易被 带走，且做功后排出的蒸汽压力低，直接并入低压 蒸汽管网十分困难而积聚在排汽管线中，导致汽 轮机推力轴承位移增大、温度升高，甚至出现超 温，影响机组安全运行。 压缩机组透平机油洗合格并运行正常、蒸汽 管线吹扫达标、调节执行机构完成静态试验、仪表 联锁投用正常后，汽轮机进行单独试车。试车运 查取历史趋势，发现在开车程序过程中，低速 暖机结束后、加速过临界转速时，升速率过低，不 能稳定快速通过，轴承振动值大、温度高，对径向 轴瓦磨损严重，仅汽轮机单独运行就非常困难，与 压缩机一起联动运行带上负荷对轴承损害会更 严重。 行中出现轴承温度高并伴随轴承振动与位移值增 大，被迫停车处理。对润滑油取样分析，主要指标 均在要求范围内。立即拆检机组，发现汽轮机的 径向轴承与推力轴承的轴瓦表面有划痕和积碳 现象。 （２）原因分析 润滑油量影响：轴承润滑油有润滑和冷却双 （３）造成的影响 汽轮机的径向轴承和推力轴承都是液体润滑 动压轴承，正常工作的基本条件是能建立有承载 能力的油膜，而轴承温度影响油膜承载能力。当 重功能，如果轴瓦进油量不足或者排油不畅，使运 行中产生的热量无法及时移走，就会导致轴瓦温 度偏高。 轴承安装有问题：轴瓦油隙不合格、轴瓦与轴 轴承温度升高并超过规定的停机温度后，轴承轴 瓦合金的强度会显著降低，汽轮机的动静部分振 动增大；当轴向配合间隙大且超过停机值时，轴承 工作不能维持，油膜遭受破坏，动静部分发生摩 擦，由此而损坏设备。 （４）解决措施 调小汽轮机轴承氮气油封环的低压氮气压 顶部间隙过小、机组高速旋转过程中紧力大、油膜 受到破坏，导致轴颈与轴瓦乌金表面发生干摩擦， 造成轴瓦温度升高而出现积碳 Ｊ。 汽轮机排汽温度高：汽轮机在开车过程中需 经过低速暖机３０ ｍｉｎ左右的时间段，进入汽缸内 力，降低轴承回油管线的阻力；调整进轴承前的节 化肥工业 第４２卷第４期 流阀，充分保证进入的润滑油量；对轴承回油孔进 行检测，发现回油量不足，联系制造企业对回油孔 操作不当，使压缩机进口液滴分离器液位过高，二 氧化碳进气管道过滤器出现堵塞，导致进气压力 进行处理，以保证排油畅通，使轴颈与轴瓦产生的 热量更易被带走。 拆开检查径向轴承和推力轴承的轴瓦与轴颈 下降、流量减少，易造成喘振。 转速下降：由于热电系统提供的高压蒸汽量 不足或蒸汽参数变化，排出蒸汽的低压蒸汽管网 的接触面，检测并调整轴与轴瓦各部间隙和轴承 紧力，对轴瓦积碳进行清理，研磨修刮使其符合规 范要求。 突然发生大幅度波动时，引起压缩机转速突降，造 成压缩机功率不足，进入的二氧化碳流量减小，而 气化装置所需要的压力没有改变，当流量减小至 在汽轮机排汽并入管网前的管线上增设现场 放空截止阀、消音器。汽轮机由启动到最小调速 时，通过现场放空截止阀将做功后的蒸汽排出，避 免因蒸汽排放不畅而造成管线温度升高，进而影 响轴承工作。消音器可以减小噪音污染，为操作 人员提供良好的工作环境。在机组到达正常转速 后，切至低压蒸汽管网，通过喷淋水降低排出蒸汽 的温度。技改后的排汽管线见图２。 图２技改后的排汽管线 在汽轮机开车过程中，低速暖机结束后、加速 过临界转速时，对升速率进行修改，与联动压缩机 运行相结合，完善升速率数值，以消除由此对轴承 造成的影响。 ２．２ 压缩机出现喘振现象 （１）出现问题 由于工况条件的改变，二氧化碳离心压缩机 人口流量低于喘振流量时，压缩机排出气体会出 现强烈振荡，因而机身和管路系统也剧烈振动。 在装置运行过程中，多次发生喘振，甚至由此导致 停车，同时对设备造成了一定的损坏。 （２）原因分析 入口管线气流阻力大：由于低温甲醇洗装置 极限值时，极易出现喘振。 进口二氧化碳温度高：机组在运行过程中，中 间冷却器发生故障或循环冷却水温度高，造成压 缩机各段中间冷却器的冷却效果变差，使经压缩 机压缩的二氧化碳与中间冷却器换热后的温度升 高，气体密度变小，使进入压缩机的气量不足，夏 季比冬季更易出现喘振 。 气体组分发生改变：由于原料气的氢碳比不 符合要求，引起甲醇合成系统压力升高，需要低温 甲醇洗装置配合调整减小循环甲醇量，使再吸收 塔闪蒸出的二氧化碳量减少；为了继续保持整个 系统运行，需补人大量分子量较小的氮气，使进入 压缩机的气量减少，此时若压缩机未采取准确的 调整措施，就容易进入喘振区 ｊ。 气体出口压力波动大而引起的喘振：气化装 置对二氧化碳的需求为间歇式，会引起压缩机出 口压力波动；而压缩机四段出口设置的压力调节 阀是开关阀，只有全开或全关２种状态，调整的幅 度忽大忽小，加剧了二氧化碳管网压力的恶化，使 压缩机工作环境改变，因背压不稳定、排气不畅而 引发喘振。 防喘振阀工作不佳：在气路系统中，配置的压 缩机回路防喘振阀必须处于一个良好的工作状 态，在工况发生改变时，阀门开启滞后或开度不对 应，不能及时向压缩机进口补充气量，也会导致发 生喘振。 操作不当：压缩机在开车加负荷时，若升压速 度快于转速增加速度，出口压力增加而性能曲线 还处于低转速区域，就容易进入喘振区而出现喘 振；在停车减负荷时，降压速度快于压力降低速 度，转速下降而性能曲线还处于出口压力高区域， 就容易进入喘振区而出现喘振。 （３）造成的危害 喘振促使离心式压缩机性能处于异常不稳定 ２０１５年８月 徐晓智等：透平二氧化碳离心压缩机出现的问题及解决措施 ４１ 的运行状态。当喘振发生时，表现为整个机组管 网系统气流周期性振荡，不仅会使压缩机的性能 显著恶化，压缩介质压力、流量等工艺参数产生大 幅度脉动，大大加剧了整个压缩机的振动，而且会 使压缩机的转子及定子经受交变动应力，级间压 力失调引起强烈的振动，使干气密封动静部分发 生摩擦，甚至损坏；对止推轴承产生冲击力，破坏 轴承油膜稳定，损坏轴承。喘振严重时，甚至发生 转子及定子相碰、压送气体外泄、引起爆炸等恶性 事故。因此，在操作中必须避免压缩机在喘振工 况下运行 ］。 （４）解决措施 加强与低温甲醇洗装置操作人员联系，工况 有异常时应相互沟通；密切监控压缩机入口分离 器液位，液位高时及时优化调整工况，并采取排液 措施，以防止液体带入压缩机后损坏叶轮等部件。 通过前后工艺参数与过滤器压差表数据对比，确 认是过滤器堵塞所致时，应开大防喘振阀以增加 入口流量降负荷，立即停车对过滤器内的滤网进 行检查并清理或更换。 加强对低温甲醇洗装置所供二氧化碳的压力 监控，将再吸收塔、热再生塔压力信号连接至压缩 机气路系统人口参数显示屏上，便于操作人员能 及时发现二氧化碳入口压力的变化情况，以便趁 早采取措施，避免出现喘振。 二氧化碳压缩机组正常运行时，各段中间冷 却器使用的循环水温度控制在２８～３２℃。定期 检测中间冷却器的上回水温度、水量，发现冷却器 出现结垢或者循环水温度高，则应及时调整机组 转速和循环水水阀开度，及时将循环水装置风机 全部投入运行，尽可能维持二氧化碳压缩机组稳 定运行；待大修时，对结垢的冷却器进行冲洗，保 证换热效果。 加大对高压蒸汽热力参数的监控力度，发现 温度、压力下降时，及时与调度联系，并采取适当 降负荷措施。监控汽轮机排汽压力与温度，通过 减温减压器调节阀调整喷淋水用量，实现低压蒸 汽管网无大幅波动，维持机组转速稳定。 由于用气性质的限制，气化装置不能作大幅 调整，只能对压缩机进行调整与优化。将压缩机 三段出口调节阀压力设定在５．３ ＭＰａ（绝压），向 气化装置输送的气体压力控制在合理的范围内， 减轻对四段进口流量的影响。将四段出口的放空 调节阀更换为阀门开度在０％～１００％可自动调 整的调节阀，减少由此而引起的压力波动。同时， 确保四段防喘振阀有充足的余量，以减小气化装 置间歇用气工况对压缩机造成的影响。技改后的 压缩机高压缸出口放空调节阀见图３。 ＰＶ ７ｎ５４ 放空 气 图３ 技改后的压缩机高压缸出口放空调节阀 定期校验安全阀和防喘振阀，确保压力、温 度、流量及联锁仪表的整定值准确且动作灵敏。 重点做好防喘振系统仪表的定期检查工作，保证 机组运行时该系统开停动作的及时性。设置在三 段与四段出口的单向阀应定期保养和维护，使其 运行良好。 机组启动前，做好开车条件的检查和准备工 作，保证机组及其辅助系统的工作处于最佳状态。 启停机组时，应遵循“升压先升速，降速先降压” 的原则。优化工况时，防喘振阀启闭应缓慢交替 进行，切忌操作时幅度过大。加强现场巡检工作 与中控机组运行状态监控力度，发现异常情况作 出准确判断并及时处理，必要时应采取紧急停车 方式进行检查。 ３ 结语 对二氧化碳压缩机组在试车、正常运行时出 现的问题不断进行深入分析、总结、技改、优化操 作后，汽轮机轴承温度高的问题得到有效解决。 通过加强压缩机组运行监控与日常维护，定期检 查机组各部件及辅助系统情况，充分保证压缩机 （下转第４４页） ４４ 化肥工业 第４２卷第４期 经计算，解吸塔塔盘开孑Ｌ率均＜１５％。由于 鼓泡型塔盘本身的特点，不适应易起泡物系和超 负荷运行工况，从而导致解吸塔发生液泛。因此， 乌洛托品六次甲基四胺和相应的酸。在酸性环境 中，由于尿素不能彻底水解，使溶液中含有少量 ＮＨ２ＣＯＯＮＨ４，ＮＨ４ＨＣＯ３和（ＮＨ ）２ＣＯ３，同时还生 成少量甲酸及游离的ＣＯ 和ＨＣＯ ，导致溶液的 电导率较高。 要使解吸塔在高于原设计生产负荷的条件下平稳 运行，必须改造塔内件。 ３．２ 电导率不合格原因分析 由于尿素装置单羟甲基脲系统一直未运行， 导致不能从熔融尿液泵入口前加入甲醛，只能将 ４ 解吸塔塔盘改造及效果 按照工艺流程不能大幅改变、设备不能有大 甲醛添加在蒸发系统尿素溶液泵出口处，此时残 留的微量甲醛被冷凝而进入工艺冷凝液中，最终 进入解吸水解系统。甲醛虽然可提高尿素产品强 度，但甲醛的存在不仅影响水解塔中尿素的水解 程度，而且影响外排废水的指标，如氨氮含量、电 的改动、整改后的塔内件材质必须耐腐蚀和耐冲 刷、整改后的工艺冷凝液中ＮＨ 和尿素质量浓度 均≤３ ｍｇ／Ｌ、工艺冷凝液的处理负荷达到１３０％、 彻底解决解吸塔液泛的问题、处理１ ｔ工艺冷凝 液的蒸汽消耗不能超过设计值（２３３ ｋｇ）、整改工 期７～１０ ｄ的要求，最终确定采用立体高效传质 塔盘对解吸塔进行改造。 导率、ｐＨ等。 经理论研究和试验发现：尿素溶液在８０ ｃＣ就 能发生水解，温度越高，水解越易；在水解温度＞ １９０ ｏＣ的条件下，尿素基本能完全水解。由于系 统中微量甲醛在系统中经长时间运行后，容易进 一２０１２年８月，改造后的解吸水解系统投入运 行，经近１个月的调整，经解吸水解系统处理后的 工艺冷凝液含ＮＨ 和尿素质量浓度分别由改造 前的２５．０～９６．０ ｍｇ／Ｌ和３．１９～７．５０ ｍｇ／Ｌ降至 １．７—４．２ ｍｇ／Ｌ和０．５０～３．１０ ｍｇ／Ｌ。 步被氧化成甲酸，在酸性条件下，尿素水解第１ 步较为完全，第２步甲铵的水解较难彻底进行，甚 至影响第３步铵盐的分解，导致工艺排放废水中 解吸塔改造后投运至今，运行稳定，各项控制 含有部分铵盐，即Ｎ 含量较高。 甲醛对废水ｐＨ的影响，主要是甲醛在解吸 水解系统中与工艺介质发生化学反应生成少量 指标及运行参数均在正常范围，彻底解决了解吸 塔温度不达标和频繁液泛的问题。改造后，在现 有负荷（１１０％）下可稳定运行，最高负荷可达 １３５％，处理后的工艺冷凝液可送至循环水系统回 收利用。 （收稿日期２０１５．０４．１４） 酸，致使ｐＨ降低。发生的化学反应主要有：①甲 醛与工艺介质中添加的空气或双氧水反应生成甲 酸；②甲醛与尿素水解的中间产物铵盐反应生成 （上接第４ｌ页） ［Ｊ］．汽轮机技术，２００６（６）：４４４—４４６． ［２］高宇飞，彭担任．温度对通风机性能的影响［Ｊ］．风机技术， ２００７（４）：２５—２７． 组良好的工作环境，发现异常问题作出准确判断 并及时采取必要的处理措施，减轻了因喘振导致 ［３］ 何广平．透平压缩机的进气温度和分子量的变化对防喘振 压缩机本身的损伤，降低了潜在的经济损失，目前 机组运行情况良好。 参考文献 『１］ 杜东明，高洪涛．３５０ＭＷ汽轮机轴瓦温度高分析及受ｈ坪 控制的影响及对策［Ｊ］．风机技术，２００１（１）：３，４． ［４］ 张成宝．离心式压缩机的喘振分析与控制［Ｊ］．压缩机技 术，２００２（６）：４—８． （收到修改稿日期２０１４．０６．１３）
