(中國平煤神馬集團許昌首山焦化公司，河南許昌 461700)

中國平煤神馬集團(許昌)首山焦化公司制氫廠是首山焦化2009年底新上的化工項目，主要以首山焦化公司焦爐煤氣為原料，采用國內(nèi)先進的變壓吸附工藝生產(chǎn)純氫，也是目前國內(nèi)最大的焦爐煤氣制氫裝置。純度為99.99%的產(chǎn)品氫氣通過17 km管線送至中國平煤神馬尼龍化工公司，作為生產(chǎn)尼龍66鹽的重要原料。該項目實現(xiàn)了煤化工到尼龍化工領域的產(chǎn)業(yè)延伸，形成了世界上最完整的煤基尼龍化工產(chǎn)業(yè)鏈。作為制氫廠核心部分的壓縮機是保證不間斷向尼龍化工輸送氫氣的動力之源。

但是，2011年1月18日～2月8日，7臺壓縮機中的4臺壓縮機電機軸分別出現(xiàn)斷裂，更換新的電機軸需要3個月。為了能不間斷向用戶輸送氫氣，采用了降低變壓吸附壓力等方法，解決了供氣危機。

1 裝置流程簡介

制氫裝置工藝流程是:經(jīng)電除焦單元過來的焦爐煤氣首先進入7臺往復式壓縮機加壓，加壓至0.122 MPa后送至 200#變溫吸附預處理、300#變壓吸附預處理，氣體進入200#、300#脫除碳氫類等大分子雜質(zhì)后再次進入壓縮機進行提壓，當壓力達到1.6 MPa后送至400#變壓吸附單元，由8個吸附塔進行PSA氫提純和脫氧，最后得到純度為99.99%的氫氣，經(jīng)由輸氫管道送至用戶公司。

2 電機軸斷裂原因簡析

2010年10月18日制氫裝置安裝完成并試車成功，11月13日制氫廠根據(jù)用戶需求單機滿負荷正式向中國平煤神馬尼龍化工公司輸送氫氣。2011年11月18日～12月8日1#～4#機相繼出現(xiàn)電機軸斷裂。

表1 1#～4#壓縮機累積運行時間及應力循環(huán)周數(shù)表

從表可以看出，1#～4#壓縮機斷軸運行時間最短191 h，最長395 h。1#～4#壓縮機運行周數(shù)均小于107發(fā)生斷裂，在疲勞斷裂周數(shù)范圍內(nèi)。

從圖片中斷裂面可以看出:

電機軸斷裂面詳見圖1所示，①疲勞源區(qū)光亮度最大，在斷口上常能看到明顯的亮斑;②疲勞區(qū)的斷口比較光滑并分布有貝紋線;③瞬斷區(qū)的特點是中間平面應變區(qū)為放射狀斷口，邊緣平面應力區(qū)出現(xiàn)剪切唇;④具有非常明顯的疲勞斷裂特征。

圖1 電機軸斷裂面

3 降低電機軸交變應力的具體方法

為了保證生產(chǎn)得以為續(xù)，整體產(chǎn)業(yè)鏈的平衡，在更換電機軸之前，我們以降低操作壓力為主，減輕電機軸質(zhì)量為輔，從而降低電機軸承受的交變應力。

3.1 減輕電機軸質(zhì)量

為了減輕電機軸質(zhì)量，降低電機軸應力，我們采取了不摘除飛輪直接摘除齒輪圈，并將齒輪圈固定的方法，該方法直接減少電機軸質(zhì)量230 kg。

首先將齒輪圈摘除，將摘除的齒輪圈固定在不影響電機及壓縮機運行的支架上，從而達到摘除齒輪圈的目的，此方法不僅檢修周期短，而且回裝速度快，不影響正常生產(chǎn)，實施方便，詳見圖2、3。

圖2 飛輪示意圖

圖3 齒輪圈摘除前后示意圖

表1 降壓分析數(shù)據(jù)表

3.2 降低吸附塔工藝操作壓力及壓縮機電流

降低400#吸附塔吸附壓力，從而減少壓縮機電機輸出功率，進而降低電機軸承受的交變應力。

在降低操作壓力時需要逐步降低，并加強分析監(jiān)控，嚴防超標。200#、300#吸附壓力每次降低5 kPa，400#吸附壓力每次降低 0.1 MPa，每次降壓后監(jiān)控運行72 h，分析指標合格后方可繼續(xù)進行降壓，直至降至最低臨界值。

將每次降壓后的分析數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，如表1所示。

表2 壓縮機運行記錄表

通過對以上降壓過程的分析研究，我們最終將二級進氣壓力控制在70～75 kPa，四級出口壓力為1.1 MPa。降低壓力后，經(jīng)過統(tǒng)計和對比發(fā)現(xiàn)壓縮機功率明顯下降，由原來的1 700 kW降為1 500 kW，電流為105 A以下，有效降低了電機軸承受的交變應力，保證了工藝生產(chǎn)的正常運行。

壓縮機運行記錄如表2所示。

4 實施效果

兩種方法的實施有效地降低了壓縮機電機軸的交變應力，使5#、6#、7#壓縮機能長久穩(wěn)定的運行。

至2011年4月20日1#、2#新的電機軸恢復完畢，我們對5#，6#，7#壓縮機的運行時間及應力循環(huán)周數(shù)進行了統(tǒng)計，如表3所示。

表3 壓縮機運行時間及應力循環(huán)周數(shù)統(tǒng)計表

從表中可以看出，5#、6#、7#壓縮機的運行周數(shù)均大于107次方仍未斷裂，均超過疲勞極限運行時間，我們采用的方法有效降低了電機軸的交變應力，確保了煤基尼龍化工產(chǎn)業(yè)鏈安全、穩(wěn)定、長周期運行，得到了尼龍化工公司的肯定，達到了預期的效果。

5 結論

通過上述方法的實施，我們得知在特殊的條件下，適當減少軸的重量，可以有效降低軸的負載，延長軸的使用壽命。變壓吸附工藝的操作彈性較大，在負荷允許的前提條件下，適當降低壓力，可以很好利用作為長期運行和降低能耗的有效方法之一。