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1、甲醇合成离心压缩机结垢控制技术研究项目工业性试验报告承担单位： 中国神马集团蓝天化工股份有限公司中原甲醇厂开发机构： 中国神马集团蓝天化工股份有限公司中原甲醇厂协作单位： 起止年月： 2013 年 8 月2014 年 02 月项目负责人： 胡 飞一、 项目概述离心式压缩机具有能耗低、易于控制、体积小等特点，因此，目前大型甲醇生产装置多采用离心式压缩机取代往复压缩机合成气压缩机及循环机。由于离心式压缩机一般为多级压缩，气体在机体内多次通过叶轮、流道折流，气体中的固体颗粒就容易粘附在叶轮、流道等部位，粘附物达到一定程度后就会形成硬垢，堵塞流道，导致压缩机打气量下降，甚至局部超压，影响装置产能发挥，
2、严重是危机设备安全运行。本项目主要是针对中国平煤神马集团蓝天化工股份有限公司中原甲醇厂在生产运行过程中出现的问题而开展的研发项目。同时该技术对同类企业解决问题也具有一定的意义，如：格尔木炼油厂等甲醇企业也出现过。甲醇合成离心压缩机结垢的情况，但基本上都是进行清垢处理，为从根源上解决结垢问题。研究从成垢原因出发，通过各种手段判断成垢物质的来源，最终阻止结垢物质的生成，根本解决压缩机结垢问题。二、 项目研究目标综述1、 目标原因分析中原甲醇厂从成垢原因出发，通过各种手段判断成垢物质的来源，最终阻止结垢物质的生产，根本解决压缩机结垢问题。以保证生产装置产能发挥，设备安全运行。我厂技术人员做了以下工作
3、：A、分析成垢物质的化学成分为了能有效的消除结垢的物质，查找甲醇合成离心压缩机结垢的原因，并制定防止结垢的技术方案，在压缩机进行检修期间，我们取得了压缩机内的垢样，由于条件限制，我厂没有条件进行成分分析，于是我厂将垢样送往西南化工研究院进行分析，结果如下：成份 Fe2O3 SiO2 Al2O3 Ni Cu Zn含量% 77.25 1.43 0.63 2.49 1.78通过以上结果可以确认成垢物质主要成分是的氧化物，而且设备氧化腐蚀必须具备一定的条件，如：潮湿环境、水、氧、酸性物质等。结合工艺流程，我们对上游管道、设备氧化腐蚀，以及催化剂逐一排查，并考虑可能具备设备腐蚀的条件。B、问题排查、合成
4、压缩机段间分离器及分离器前后管道均为碳钢材质，具备腐 1蚀的可能性。、合成气新鲜气中二氧化碳含量为 10%左右，在有水的条件下可能 2形成酸性物质碳酸。、合成气压缩机一段出口的合成气经段间冷却器冷却后，出转化炉 3的转化气通过热回收工段，其中过剩的蒸汽经过降温、冷凝、分离后进入压缩机一段，经压缩机加压后，由于气体露点降低，其中的水分冷凝为液态，通过大约 10 左右管道输送进入分离器，分出分离水后进入压缩机二段。由以上三个条件可以判断：转化气出压缩机一段后，酸性气体（主要为二氧化碳）与水生产碳酸，易造成碳钢管道设备腐蚀，加之管道中气体流速高，气水混合物对管道及设备形成冲刷作用远大于干气。在化学和
5、物理同时作用下，该段管道和设备极易产生腐蚀。在之前压缩机检修时，通过查看压缩机内部，在二段进口部位及二段前两级叶轮和流道的垢最厚，这也印证了以上判断。中原甲醇厂生产装置自开车以来已连续运行 7 年，由于最初几年装置存在的缺陷多，压缩机基本上没有怎么长周期运行，出现结垢就利用压缩机检修机会进行清理。而且这段管道和设备在受到腐蚀之前内壁光滑，腐蚀速度慢。随着合成气压缩机长周期运行，以及管道、设备的腐蚀加深，管道和设备内壁开始变得粗糙（设备检修可以观察到） ，内表面面积迅速增大，而且粗糙的表面也极易受到物理冲刷作用剥落。这些剥落的铁及铁的碳酸盐被气流带入离心压缩机二段进口，在离心力作用下，逐渐集聚在
6、压缩机流道内，最终形成坚硬的垢状物，堵塞压缩机流道，造成压缩机一段出口压力不断升高，压缩机打气量降低，进而影响产量、消耗甚至影响安全生产。至此，压缩机结垢的原因已经明确。更为关键的是，通过此次查找合成压缩机结垢原因，发现了合成压缩机一段出口管道和一段出口段间分离器腐蚀速率远大于正常值，通过，测壁厚发现一段出口管道壁厚减薄近 1 毫米（设计腐蚀余量 1.5 毫米） ，远超过0.05 毫米年的腐蚀要求（截至目前，装置总共生产 7 年） 。如果不处理，管道和设备强度将最终不能满足正常生产的需求而可能带来灾难性安全生产事故！2、制定控制结垢的技术方案。明确了压缩机结垢的原因，要控制结垢，就要从两方面考
7、虑， 防止 1管道腐蚀， 防止氧化性物质形成。 2因此我们确定了两个技术方案：通过工艺流程、设备及管道内的工艺介质、工艺条件确定具备设备 1腐蚀条件的部位，在该部位设备材质选择时杜绝使用碳钢材质，可以选择耐腐蚀材料，如不锈钢。从而防止成垢物质生成。阻止腐蚀性物质形成，在甲醇生产装置中，进入合成压缩机的新鲜 2气根据工艺条件的不同，含量也不同，一般煤头企业新鲜气中二氧化碳含量一般控制在 23%，天然气甲醇一般控制在 10%左右，因此，如果是煤头企业压缩机结垢，可以适当将二氧化碳含量降低；如果是天然气制甲醇（外补碳） ，则无法将二氧化碳含量控制太低。可以考虑减少气水混合物的接触时间和在管道中混合物
8、输送距离。具体措施可以是缩短压缩机一段出口与气水分离器距离，或者直接在段间冷却器出口封头部位设计分离器，使气体进入管道之前就进行气水分离。为解决以上问题，同时考虑到二氧化碳酸性腐蚀主要发生在有液态水产生的位置，也就是段间冷却器的出口至压缩机二段进口位置，因此本次技改考虑将合成气压缩机段间冷却器出口至压缩机二段进口管道更换为不锈钢管道。第一步，先对段间水冷后的管道进行更换。第二步，将 2011 年大修替换下来的 V603（循环段进口分离器）内衬换成 =2mm 不锈钢板，替代现在使用的 V602（段间分离器） 。通过对问题设备及管道进行改造，从根源上解决了甲醇合成离心压缩机结垢的问题，实现了压缩机
9、长期运行。3、本项目创新点甲醇合成压缩机结垢问题在国内多个厂家都曾出现过，一般出现类似问题，别的企业的做法就是停车对压缩机进行清垢，没有去查找结垢的原因，因此没有从根本上解决问题。本技术则是分析了结垢的原因并拿出解决方案，从根本上解决了甲醇合成离心压缩机结垢问题，降低了生产消耗，保证装置长周期安全稳定运行，并防止了灾难性重大安全生产事故的发生可能性！三、 工业性试验内容1、运行周期测定，是否能够连续长周期运行2、 合成压缩机一段出口压力是否增高满足生产需要3、对生产消耗进行测定，看生产消耗是否下降4、对管道和设备壁厚的检测，看设备和管道腐蚀是否正常5、查看压缩机是否有结垢现象四、工业性试验起止
10、时间2013 年 08 月2014 年 02 月五、 试验地点中国神马集团蓝天化工股份有限公司中原甲醇厂六、实验数据分析1、运行周期测定中原甲醇厂 2013 年 08 月初检修过程中完成了根据本技术制定的改造方案，装置于 2013 年 8 月 08 日开车，期间压缩机一直稳定运行，至2014 年 2 月 28 日装置因天然气供应问题停车检修，压缩机连续运行了 91天，期间未对压缩机进行任何检修。与方案实施前压缩机连续运行 50 天（因结垢停车检修）相比，实现了长周期运行。2、合成压缩机一段出口压力及生产消耗测定数据对比名称 生产平均负荷Nm3/h二氧化碳平均补入量 Nm3/h一段出口平均压力
11、Mpa平均单耗Nm3/T实施前 23000 5300 3.90 980实施后 23000 5300 3.56 975通过以上数据可以看出，项目实施后，在生产负荷 23000Nm3/h,二氧化碳补入量 5300 Nm3/h 工艺状况下，一段出口压力由原来 3.90Mpa 降为3.56Mpa；吨甲醇天然气单耗有 980Nm3 降为 976 Nm3。3、管道和设备壁厚的测定该项目实施以来，持续对壁厚进行检测，截至目前，一段出口管道和段间分离器壁厚和原来一致未出现减薄现象。4、压缩机结垢情况的查看2013 年 2 月 28 日，压缩机检修期间，将叶轮拆出检查，未发现叶轮、流道有结垢现象。七、工业性试验
12、运行结果根据试验情况，中原甲醇厂在 2013 年 8 月对该项目完成了实施，实施之前，我们于 6 月份对压缩机二段进口叶轮及流道进行了除垢，运行了 50天左右，因一段出口压力高，装置不得不停车对装置再次维修。项目实施后，在生产负荷 23000Nm3/h,二氧化碳补入量 5300 Nm3/h 工艺状况下，一段出口压力降为 3.56Mpa（原来同样工况下 3.9 Mpa） ，吨甲醇天然气单耗有 980Nm3 降为 975 Nm3，目前装置在 8 月份至 12 月份连续运行 91 天左右，元月份至今连续运行 80 天且还在继续运行，一段出口压力虽然有轻微增高，但对生产影响不是很大。在 2 月份，压缩
13、机停车检修时拆开检查，未发现有垢形成。该项目实施以来，持续对壁厚进行检测，截至目前，一段出口管道和段间分离器壁厚和原来一致未出现减薄现象。八、工业性试验运行结论通过该次实验证明，通过“甲醇合成离心压缩机结垢控制技术”的应用，中原甲醇厂甲醇合成离线压缩机一段出口压力不再显著缓慢上涨，实现了长周期运行，也没有出现结垢现象，设备和管道管壁没有再出现减薄现象，吨甲醇天然气消耗下降 5Nm3，从而也 有效保证了设备和管道的安全和使用寿命，确保了生产安全稳定长周期运行，避免了可能发生的重大安全生产事故和不必要的停车所造成公司经济效益的下降。达到了该项目预期的目标，说明该技术成果满足设定目标要求，具有推广应用价值。
