浅谈甲醇合成气压缩机透平表冷器在线清洗

何锋，徐冰

（中海石油建滔化工有限公司，海南 东方 572600）

1 前言

某年产80万吨甲醇装置合成气压缩机采用的是抽气、冷凝式透平作为驱动,参数为11.1MPa、510℃的高压蒸汽进入透平高压段做功后，通过ECV阀自动控制抽出参数为3.2MPa、356℃的中压蒸汽，剩余的蒸汽进入透平低压段继续做工后，经表冷器换热冷凝成水送入脱盐水系统。该表冷器采用东、西两组循环水换热器进行冷却，正常工作参数为-73KPa、61.5℃，工艺流程如图1所示。

图1 透平表冷器流程图

截至2017年，该装置合成气压缩机已经运行了7年，期间压缩机的各参数一直比较平稳，但是从2017年5月18日系统停车检修后，压缩机表冷器的压力和汽轮机的的排气温度一直在升高，如表1所示。

表1

从表1中的数据可以看出：该装置合成气压缩机参数在经过开停车后有明显的变化，表冷器系统的压力由-78.29KPa直接上涨至-72.22KPa,且在之后的一段时间里一直在缓慢上升，最高到-60.5KPa,汽轮机的排气温度也由停车前的58.53℃上升到开车后的62.62℃，且一路上涨至最高71.5℃。合成气压缩机表冷器的真空度异常下降，导致汽轮机的排气温度上升，蒸汽在汽轮机组中做功的焓降变小，使汽轮机的运行效率下降，影响汽轮机的经济运行。同时，排气温度长期较高会导致排气缸变形，影响汽轮机组的安全运行。

2 故障原因分析

合成气压缩机透平表冷器真空度下降的原因有很多，主要影响因素如下：

（1）表冷器循环冷却水流量低，冷却量不足，引起换热器换热效果差。

（2）表冷器循环冷却水温度过高，冷却量不足，引起换热器换热不足。

（3）真空抽气器工作异常，不能及时将不凝气抽走，导致不凝气在表冷器中累积。

（4）表冷器真空系统密封不严密，空气漏入表冷器。

（5）表冷器冷却管表面结垢，导致换热效率下降。

（6）透平轴封密封蒸汽压力过小或者密封蒸汽中断，空气漏入表冷器真空系统。

（7）表冷器内的液位过高，导致冷却面积不够，冷却效果变差。

（8）大气安全阀水封密封不严，空气漏入表冷器真空系统。

（9）汽轮机的负荷太高，乏气流量太大，超过了表冷器的热负荷。

针对上面提出的影响因素进行了逐个排查：表冷器循环冷却水的供水温度为35.8℃温度并没有升高；切换投用了备用的真空抽气器，真空度并没有明显的改善，排除了不凝气的影响；表冷器真空系统没有发现明显的漏点；透平轴封密封蒸汽投用正常；表冷器内液位正常。

在排查的过程中发现，表冷器东、西两侧循环水换热器进出口温度差逐渐增大，正常时进出口温度差为8.6℃，东侧的温度差逐渐上涨至16.4℃,西侧的温度差逐渐上涨至15℃，造成表冷器循环水换热器进出口温度差上涨的原因主要有循环水流量过低和乏气流量过大、表冷器热负荷太高两个方面。

通过查找相关数据，对比停车前后系统负荷、高压蒸汽流量、中压蒸汽流量经物料平衡计算发现，乏气流量并没有明显的升高，排除了因乏气流量过大、表冷器热负荷太高的原因。确认主要是由于循环冷却水流量偏低造成的。考虑到循环水凉水塔填料已经运行了7年，且老化严重，填料表面附着物较多，同时在循环水泵入口滤网处、表冷器循环水入口导淋处多次发现循环水填料碎片，判断为循环水填料破碎，在开停车的冲击下，破碎的填料、填料上的附着物被带入至表冷器循环水换热器列管处，堵塞列管，造成表冷器循环水流量下降，冷却能力不足，进出口温度差升高，最终造成表冷器真空度下降、排气温度升高。

3 表冷器换热器在线清洗

3.1 清洗过程中的难点

合成气压缩机表冷器分为东西两侧，是两个相对独立的循环水列管式换热器，每侧换热器都可以单独使用,根据汽轮机厂商资料显示，单侧换热器的设计能力为满负荷情况下的70%,决定尝试将表冷器换热器分段切出，进行在线清洗。由于东侧换热器进出口温度差比西侧高，于是，决定先隔离出东侧换热器进行在线清洗。

但是，由于在目前西侧换热器也同样堵塞的情况下，西侧换热器无法满足70%负荷下的换热要求，为了满足冷却量不足的问题，我们可以通过采取适当降低系统负荷、适当降低合成回路压力、提高转化炉出口温度、增加中压抽气量、降低中压蒸汽管网压力等措施降低透平乏气的量来平衡。

3.2 在线清洗过程

（1）系统降负荷至70%（70000Nm3/h），确保表冷器排气温度小于60℃。

（2）旁路表冷器真空高高联锁。

（3）缓慢关闭表冷器东侧的冷却水进水阀，过程中注意表冷器排气温度、真空度、循环水给水压力及水轮机转速的变化。

（4）打开东侧表冷器导淋进行排放。慢慢关闭东侧回水阀，再开大回水阀，反复冲洗，将表冷器列管中的堵塞物初步从底部导淋排出。

（5）如果在关东侧回水阀后真空不能维持在可控范围，则慢慢恢复表冷器东侧供水，通过同样的方法初步对西侧表冷器清除堵塞物。

（6）通过在线反冲洗，初步清理堵塞物后，再将东侧表冷器进出口阀全部关闭，打开导淋将存水排放干净。

（7）在这个过程中，由于表冷器温度和真空度无法维持，进一步将系统负荷降至68000Nm3/h,合成回路压力降至5.38Mpa,合成塔温度持续下降无法维持，加热蒸汽进入合成塔，维持合成系统的运行，同时提高中压蒸汽抽气量到74t/h，减少进入表冷器的乏气量，维持系统的平衡。

（8）东侧换热器切出排尽水后交出检修，打开封头清理列管及管板。

（9）表冷器东侧清洗结束，确认回装完毕后，打开表冷器东侧的循环水回水排气阀及顶部压力表根本阀，开循环水上水阀引循环水灌液、排气后，全开表冷器东侧的循环水回水阀，投用东侧循环水换热器。

（10）表冷器东侧循环水换热器清洗完毕投用后，东侧的冷却能力得到恢复，西侧循环水换热器切出清洗十分顺利。

4 清洗效果

对合成气压缩机表冷器在线清洗前后工况数据进行对比，主要体现如表2所示。

表2

从数据表中可以明显地看出，合成气压缩机表冷器在线清洗后工况得到极大的改善。在相同的负荷和合成回路压力下进行数据对比，表冷器的压力下降了10.34KPa，从-61.72KPa下降至-72.06KPa，汽轮机的排气温度下降了9.95℃，从清洗前的70.87℃下降至60.92℃，蒸汽在汽轮机组中做功的焓降变大，提高了汽轮机的运行效率，大幅度提高了装置运行的经济性和安全性。

5 结语

由于循环水凉水塔填料长期使用,出现了老化、破碎。破碎的填料及附着物极易堵塞表冷器循环水换热器，造成表冷器真空度下降，若此时停车清洗，必将导致装置能耗的增加，造成经济损失。在表冷器设有两组循环水换热器的情况下，我们可以通过降低系统负荷、降低合成回路压力、提高转化炉出口温度、增加中压抽气量、降低中压蒸汽管网压力等措施来降低透平乏气的量和表冷器的负荷，从而将表冷器循环水侧换热器顺利地切出清洗，解决了表冷器压力过高的问题，保证了装置经济稳定运行。该表冷器在线清洗的方式，通用性较强，希望能对类似的装置起到借鉴作用。