优化配置CO循环压缩机干气密封事故气源

1.概述

义马气化厂是河南能源化工集团下属的一家大型化工企业，其担负着煤炭就地转化，对沿线城市供应清洁能源的重任。原主打产品是人工城市煤气，同时联产甲醇、煤焦油、二甲醚、粗酚、液氧等副产品。近年来随着人工煤气的退市，义马气化厂一时间面临着减产停工的风险。为应对市场变化的需要，义马气化厂经过充分的论证后启动了新产品结构调整项目。产品结构调整项目是根据气化煤制气中甲烷含量较高的工艺特性（净煤气中甲烷含量约为16%），采用法国液空公司甲烷深冷分离技术，通过分子筛对净煤气吸附净化，经过深冷装置分离出的合成气送入甲醇装置，甲烷气加压后进入长线天然气管网，一氧化碳作为后续醋酸装置原料气。新产品结构调整完成后，产品从原来相对单一实现了产品的多元化发展，为企业增加了新的效益增长点。

CO循环压缩机作为甲烷深冷分离装置的核心的设备，主要是对冷箱分离出的低压CO（90Kpa）压缩，出压缩机的高压CO（3.8Mpag）进入冷箱冷却、冷凝后通过高压节流膨胀，为装置提供所需要的绝大部分分离冷量。CO循环压缩机配置有干气密封装置，一级密封气源为CO工艺气和中压氮气；二级密封气气源为低压氮气（0.45Mpa），干气密封过滤器后压力PS304压力与油泵挂有启动联锁，开车前压力低于0.25Mpa时不允许启动油泵，运行过程中压力低于0.25Mpa时油泵停运机组停车。

2.问题现象

义马气化厂正常生产负荷基本在12.5万Nm³/h（净煤气）左右，甲烷深冷分离作为新产品结构调整的核心装置，由于其单套无备机设置，一旦发生故障停车会造成后续装置停运，全厂整体生产负荷下降60%，其运行状况直接关系到全厂生产负荷和运行经济性。压缩机自2014年2月份投料试车以来，多次出现由于空分C#装置跳车，导致压缩机二级密封气过滤器后PS304压力低机组停车冷箱封闭事故，对全厂生产造成极大影响，因此迫切需要设置二级密封气事故气源来解决空分C#跳车带来的影响。

3.原因分析

（1）义马气化厂配置有A/B/C两小一大三套空分装置，其氮气生产能力分别为33000/14000/14000Nm³/h，正常负荷下为一大一小装置运行，氮气负荷为47000Nm³/h。由于全厂装置多、流程长，氮气使用量大，在正常生产过程中氮气无过多富余。在生产过程中一旦发生空分C#装置故障停运，氮气外送量会瞬间减少70%，氮气用量缺口太大无法快速平衡，低压氮气管网压力瞬时大幅降低，造成CO压缩机二级密封气低压氮气压力同步降低，压力低于联锁压力后油泵停运机组停车。（2）空分装置虽然配备有液氮柱塞泵用于紧急情况下的氮气供应，但是液氮柱塞泵日常并不是处于冷备状态，从开始预冷液氮柱塞泵到应急氮气供应至少需要30分钟时间。一旦发生C#空分装置跳车，只要氮气管网压力低于0.3Mpa，一氧化碳循环压缩机会立即因二级密封气PS304压力低发生跳车，甲烷深冷分离装置封闭，净煤气切出冷箱，外送产品中断，后续装置减产或停车。（3）如果发生空分C#装置跳车事故，从预冷液氮柱塞泵到应急氮气供应需要30分钟，这30分钟是氮气外送的空窗期，如果在30分钟空窗期内快速补充氮气，保证一氧化碳循环压缩机二级密封气PS304压力不低于联锁值至关重要。只要保证了二级密封气运行压力，冷箱装置保持低负荷运行不至于全部停车，前序装置生产负荷恢复后全厂整体负荷能很快恢复。（4）一氧化碳循环压缩机干气密封没有设置备用气源，一旦氮气主管网发生失压不能及时补充密封氮气。

4.处理措施

（1）甲烷深冷分离装置有100m³耐压真空绝热液氮储罐，储罐设计工作压力为1.0Mpa（g），正常时压力基本在0.6-0.8Mpa（g）。全厂低压氮气管网压力正常基本在0.45Mpa，液氮储罐压力略高于低压氮气管网压力，把液氮储罐改造为一氧化碳循环压缩机应急事故气源具有很强的可行性。（2）在液氮贮槽—CO循环压缩机密封气之间配置管线，管线上设置手动阀、止回阀、安全阀、就地压力表等附件。从液氮管线引出一股液氮，由于储罐内液氮温度为-196℃的超低温液体，作为事故气源使用时，需要把液氮进行充分气化并加温至常温才能使用，因此需要配置相应的加温气化装置。液氮首先进入空温气化器，把超低温液氮气化成低温氮气（温度为环境温度＞-10℃），出气化器的低温氮气进入全浸在地下换热器水池（恒温50℃脱盐水）盘管换热器，盘管换热器内低温氮气与脱盐水进行二次换热成30℃常温氮气。（3）出地下水池盘管换热器的常温氮气碰头至原二级密封气管线，新配置管线设置有调节阀，调节阀联锁控制信号设置在一氧化碳压缩机界区氮气在线压力上，低压氮气压力与PS304压力之间差压基本在60Kpa，当低压氮气管网压力低于0.36Mpa(PS304压力低于0.3Mpa)时，触发调节阀全开信号，导通事故氮气流路，液氮气化升温后的注入干气密封二级密封气管线，防止由于干气密封压力PS304压力低造成联锁停车。（4）因为事故气源量有限，为防止事故气源进入全厂氮气管网造成事故气源压力低而起不到作用，在原二级密封气管线上加装单向阀，保证事故氮气只能流向干气密封侧而不能进入氮气管网。

5.改造效果

改造前当全厂低压氮气管网压力低于0.3Mpa就会导致一氧化碳循环压缩机跳车，液氮储罐改造为一氧化碳循环压缩机干气密封二级密封气备用事故气源完成并投用后，2018年5月和2018年7月出现两次由于相关因素导致的全厂氮气管网失压情况发生，低压氮气管网压力最低降至0.17Mpa，液氮储罐作为应急事故气源能迅速投用，PS304压力提升至0.45Mpa，保证了压缩机正常运行，防止甲烷深冷分离装置全部停车情况发生，避免了全厂整体生产负荷的大幅下降，减少了停车给企业带来直接和间接损失，为企业带来了较好的经济效益。