殷聯(lián)剛

（陜西渭河煤化工集團有限責(zé)任公司，陜西渭南 714000）

1 概 述

CO2壓縮機是陜西渭河煤化工集團有限責(zé)任公司A C E S尿素裝置中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其任務(wù)是將合成氨裝置凈化系統(tǒng)送來的CO2氣體［0.15MPa（A）、25℃］壓縮到18.3MPa（A）后送CO2汽提塔。該CO2壓縮機為日立公司供貨，其型號為2 M Cl 606+2 B Cl 306／A，壓縮機為兩缸四段結(jié)構(gòu)，高壓缸 （含三段、四段）與低壓缸（含一段、二段）之間設(shè)有增速齒輪，壓縮機為手動變速調(diào)節(jié)。CO2壓縮機自1996年投運以來，多次因合成氨裝置凈化系統(tǒng)出現(xiàn)異常狀況造成CO2原料氣中H2S超標(biāo) （工藝指標(biāo)要求H2S含量≤3.5×10-6），進(jìn)而導(dǎo)致尿素裝置停車。這種狀況不僅影響尿素裝置的正常運行，而且存在安全環(huán)保風(fēng)險。

2 CO2壓縮機進(jìn)氣H2S含量超標(biāo)時的異?，F(xiàn)象

當(dāng)CO2壓縮機進(jìn)氣H2S含量超標(biāo)時，產(chǎn)生以下異常現(xiàn)象：壓縮機三段出口溫度 （T 159）超標(biāo) （T 159由正常值179℃升至210℃），四段出口溫度 （T 161）明顯低于正常值 （T 161由正常值108℃降至60℃），壓縮機三段出口超壓（由正常值9.8MPa升至11.0MPa），壓縮機三段入口流量下降，H2S含量超標(biāo)嚴(yán)重時，機組還會發(fā)生喘振；推力軸承溫度升高；尿素裝置H2S含量在線監(jiān)測儀示數(shù) （A A 7801）快速上漲；脫氫反應(yīng)器中催化劑中毒，脫氫反應(yīng)器出口溫度（T 128）明顯降低，脫氫系統(tǒng) （脫氫系統(tǒng)設(shè)置在CO2壓縮機四段出口與尿素裝置之間，主要作用是將CO2氣中的H2予以脫除，防止H2在尿素裝置尾氣系統(tǒng)中積聚而形成爆炸）被迫切出，給尿素裝置尾氣放空帶來風(fēng)險，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致整個高壓合成系統(tǒng)腐蝕加劇。

3 快速處理實例

2017年6月20日，合成氨裝置凈化系統(tǒng)再次發(fā)生異常狀況，CO2原料氣中H2S含量超標(biāo)，尿素裝置H2S含量在線監(jiān)測儀示數(shù) （AA7801）隨即上漲，最高達(dá)380mg／L，脫氫系統(tǒng)退出，CO2壓縮機退出系統(tǒng)并進(jìn)行在線處理，尿素裝置被迫封塔停車。在當(dāng)時的情況下，如果按照以往類似情況的處理方式，耗時預(yù)計至少需要12h，且處理效果還不能保證；如果處理效果不佳，完全可能會將機組停運處理，這樣一來約需要20h或者更長時間的處理。最后，尿素車間會同生產(chǎn)部門根據(jù)以往CO2原料氣中H2S含量超標(biāo)時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)象，結(jié)合CO2壓縮機的設(shè)備結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)進(jìn)行分析，大家一致認(rèn)為，H2S積存最多的位置應(yīng)該在高壓缸三段，依據(jù)H2S的物化性質(zhì)等相關(guān)理論，我們決定在完全可控的范圍內(nèi)采用以往從來沒有采用過的快速處理方法進(jìn)行事故處理。

快速處理方法：原來CO2氣由壓縮機四段出口放空，改為機組空載后三段出口放空+四段出口放空，機組四段降壓不帶負(fù)荷，且放空采用多頻短時的方式。本方法處理效果很好，機組三段出口溫度 （T159）明顯下降、四段出口溫度（T161）明顯上升、三段入口流量明顯上升；軸位移、推力軸承溫度明顯下降，整個機組運行數(shù)據(jù)明顯朝著好的方向轉(zhuǎn)變，總共進(jìn)行了3次處理（之所以進(jìn)行3次同樣的操作，是因為CO2壓縮機不能長時間在這種工況下運行），機組重新進(jìn)行升速升壓試驗，工況恢復(fù)正常，尿素裝置隨即投料。

本次處理過程中，CO2壓縮機工藝系統(tǒng)的處理僅用時6h，大大縮短了處理用時，節(jié)約了生產(chǎn)成本，降低了對壓縮機的損害，可以保證在此類情況發(fā)生時機組快速恢復(fù)出力，保障人員、設(shè)備的安全，降低安全環(huán)保事故發(fā)生的幾率。

4 CO2原料氣中H2S含量超標(biāo)對系統(tǒng)的影響

從外觀上看，1臺CO2壓縮機，首先看到是機殼 （又稱為氣缸），通常由鑄鐵或鑄鋼澆鑄而成。CO2壓縮機由高壓缸 （三段、四段）和低壓缸 （一段、二段）組成，即其結(jié)構(gòu)為兩缸四段。CO2壓縮機本體可以分為兩大部分：① 轉(zhuǎn)動部分，包括主軸、葉輪、平衡盤、推力盤及聯(lián)軸用的半聯(lián)軸節(jié)等零部件，又稱轉(zhuǎn)子；②固定部分，包括氣缸、隔板 （每個葉輪前后都有隔板）、徑向軸承、推力軸承、軸端密封等零件，常稱為定子。理論上，將壓縮機中由一個葉輪和與之相匹配的固定元件構(gòu)成的基本單元稱為級。壓縮機中間級包括葉輪、擴壓器、彎道和回流器。H2S含量超標(biāo)的CO2原料氣進(jìn)入壓縮機三段后，在三段中的4個級加壓的過程中，氣體溫度、壓力上升較多，必然加快2 H2S+O2═ ══2 S+2 H2O的反應(yīng)速率而產(chǎn)生更多的硫磺，這些硫磺無論是以氣態(tài)還是固體小顆粒的形式存在，均會改變CO2壓縮機的進(jìn)氣組成，這將直接影響CO2氣體在壓縮機三段內(nèi)部的流動狀態(tài)且會降低其流速，導(dǎo)致氣體不能正常流入、流出；同時，產(chǎn)生的硫磺會隨著三段出口的CO2一起進(jìn)入四段，而四段出口的一部分CO2氣是作為高壓缸干氣密封的緩沖氣，由于緩沖氣此時并非組分單一的CO2，氣流分配的不均勻?qū)?dǎo)致高壓缸干氣密封兩側(cè)壓差PDI 7843和PDI 7844示數(shù)出現(xiàn)較大的偏差。

從以往大修期間拆檢情況看，緩沖氣限流孔板中心孔及內(nèi)表面有硫磺 （有很強烈的硫磺氣味）積存，測量發(fā)現(xiàn)，硫磺清理前后緩沖氣限流孔板流通孔徑相差1mm左右。而在系統(tǒng)一個正常運行周期內(nèi)，若未出現(xiàn)過CO2原料氣中H2S含量超標(biāo)問題，此處是不會出現(xiàn)硫磺的。

綜上所述，CO2原料氣中H2S含量超標(biāo)后，由于H2S特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，其大部分會積存在CO2壓縮機三段，或者在三段、四段發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生硫磺，從而影響CO2壓縮機三段內(nèi)部氣體的流動狀況，最終導(dǎo)致三段出口超溫及超壓、四段入口流量降低、四段出口溫度偏低，造成CO2壓縮機不能安全、穩(wěn)定運行。

5 快速處理方法的理論依據(jù)及存在的問題

5.1 快速處理方法的理論依據(jù)

此次CO2壓縮機進(jìn)氣H2S超標(biāo)的處理與以往不同的是，此次采用壓縮機退至空載轉(zhuǎn)速并打開三段出口放空閥+四段放空的辦法。這種快速處理方法的理論依據(jù)在于：打開三段出口放空閥后，三段內(nèi)部的壓力相對降低，從而可降低2H2S+O2═══2S+2 H2O反應(yīng)進(jìn)行的程度，并會使H2S分子朝著體積膨脹的方向流動，順利地流出三段；而積存在四段的H2S氣體，會隨著多頻短時間歇處理與流入的CO2在四段壓力沒有增大到正常壓力時一起流出四段。經(jīng)過上述短時間多頻次的間歇性快速處理后，殘存的H2S基本被置換干凈或積存量大大減少，CO2壓縮機三、四段工況會逐漸好轉(zhuǎn)；在后續(xù)的升速升壓過程中，三段出口壓力、溫度，三段入口流量、四段出口溫度、推力軸承溫度等都會恢復(fù)至正常值，最終CO2壓縮機恢復(fù)正常運行。

5.2 存在的問題

這種新的快速處理CO2壓縮機進(jìn)氣H2S含量超標(biāo)的實踐中，存在的主要問題是，當(dāng)壓縮機三段出口放空打開時，必須同時打開緩沖氣節(jié)流孔板 （RO7853）處緩沖氣儀表空氣閥，以保證干氣密封 （CO2壓縮機高壓缸密封采用的是干氣密封）的正常工作，然而在這種情況下，由于CO2壓縮機處于一種不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，干氣密封也就很難穩(wěn)定，操作難度較大，可能導(dǎo)致出現(xiàn)多段干氣密封使用壽命縮短的問題。為此，我們在快速處理的過程中，壓縮機三段出口采用的是多頻短時放空的辦法，目的就是盡可能減少對高壓缸干氣密封的損傷。

6 結(jié)束語

合成氨裝置、尿素裝置是連續(xù)運行的，而實際生產(chǎn)中我們很難保證合成氨裝置凈化系統(tǒng)不發(fā)生異常狀況而引起CO2壓縮機進(jìn)氣H2S含量超標(biāo)。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，首先是盡快將CO2壓縮機退出系統(tǒng)，系統(tǒng)封塔停車；其次是盡快應(yīng)用此種快速處理方法恢復(fù)壓縮機的正常工況，一旦凈化系統(tǒng)恢復(fù)正常，壓縮機隨即重新升速升壓，后系統(tǒng)開車，尿素裝置很快就能恢復(fù)生產(chǎn)。如此可盡量縮短尿素裝置封塔停車時間，減輕尿素高壓設(shè)備的腐蝕程度，減少不必要的經(jīng)濟損失，降低安全環(huán)保風(fēng)險。當(dāng)然了，這種快速處理方法只是事故發(fā)生后的一種補救手段，最根本的還是要盡量避免CO2壓縮機進(jìn)氣H2S含量超標(biāo)。實踐證明，當(dāng)發(fā)生CO2壓縮機進(jìn)氣H2S含量超標(biāo)時，這種快速處理方法是可以推廣的，前提是在充分掌握有關(guān)物質(zhì)的物化性質(zhì)、相關(guān)設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)及工藝流程，在不對人員、環(huán)境帶來較大安全、環(huán)保風(fēng)險，兼顧對設(shè)備盡可能小的損害的基礎(chǔ)上，可以參照此種方法快速處理，以盡快恢復(fù)機組及尿素裝置的運行，達(dá)到減少經(jīng)濟損失、降低安全環(huán)保風(fēng)險的目的。