丙烯制冷压缩机超温处理及改造建议

曹燚

【摘 要】丙烯压缩机系统作为煤化工装置的重要设备凸显了其重要性，工艺波动及设计角度对设备的长周期运行均具有一定的影响，论文通过介绍目前国内常用的丙烯压缩机系统存在的问题，提出了发生超温时的处理方案，并针对目前设备存在的问题提出了改造建议，以避免设备发生超温等重大事故。

【Abstract】The propylene compressor system is an important equipment of coal chemical equipment， the technological fluctuation and design angle has certain effect on the long period operation of equipment， the paper introduces the problems existing in present commonly used domestic propylene compressor system， puts forward the processing scheme of over temperature， and puts forward improvement suggestions aiming at the problems of the equipment， in order to avoid the occurrence of overheating accident.

【关键词】丙烯制冷压缩机系统；超温处理；改造

【Keywords】propylene refrigeration compressor system； over temperature treatment； modification

【中图分类号】TB652 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0166-02

1 丙烯压缩机单元概述

我国富煤少油，石油资源需要大量进口，煤制烯烃逐渐被国家层面认可为减少烯烃对外依赖性、有助于烯烃产业安全的新型煤化工路径，其中丙烯制冷压缩机已成为煤化工装置里的重要设备，熟称“冰机”，冰机单元主要是为酸性气体脱除单元提供冷量，制冷介质为丙烯，利用丙烯蒸发吸收热量提供所需冷量，一般为蒸汽透平驱动。

目前国内设计的冰机单元为了降低投资成本，压缩机一般都未设计防喘振线冷却器，一旦工艺变化造成防喘振阀持续打开，丙烯介质循环，易造成介质过热，压缩机本体、设备管道、仪表阀门一旦超温，将造成巨大损失。发生超温时系

统性的检修处理方案和从根本上进行设计改造显得极为重要。

以某厂丙烯制冷压缩机为例，其采用沈鼓水平剖分离心式压缩机（型号3MCL707），如图1，压缩机机壳材质09MnNiD，隔板材质ZG230-450/16Mn/QT400-18，级间和轴端气封为镁铝合金，主轴为40NiCrMo7，出入口管道材质为ASTM A333 Gr.6，其他附属静置设备参数如下：

①压缩机一段入口分离罐：设计压力2.2MPa；设计温度-45/55℃；主体材料为09MnNiDR及其配套的09MnNiD锻件及09MnD接管。

②二段入口分离罐：设计压力2.2MPa；设计温度-45/55℃；主体材料为09MnNiDR及其配套的09MnNiD锻件及09MnD接管。

③压缩机出口冷凝器为固定管板换热器，其壳程：设计压力2.2MPa；设计温度-45/130℃；主体材料为09MnNiDR及其配套的09MnNiD锻件；管板为09MnNiD锻件；换热管为09MnD无缝管。

2 超温检查处理内容

冰机单元发生超温停机事故，涉及大量的管线、设备和仪表，一旦发生超温，建议对出现超温问题的管道、设备、仪表重新检测，具体建议如下：

2.1 丙烯管线超温后材料验证措施

根据GB/T 20801.2规定，碳素钢和碳锰钢在高于425℃下长期使用时，应考虑钢中的碳化物相的石墨化倾向。因为在这种条件下，钢中的渗碳体会发生分解，Fe3C→3Fe+C（石墨），这一分解使钢中的珠光体部分或全部消失，使材料的强度和塑性下降，冲击韧性下降更大，钢材明显变脆。

第一， 根据实际操作数据初步判定是否失效。

如管线实际运行超温，设计无温度联锁，将超过计量量程，实际超温温度不可知，难以确定是否超过该管线材料ASTM A333 Gr.6的最高使用温度425℃，因此从操作数据上无法判定该材料是否可以继续使用。

第二，取样试验检测判定是否失效。

为检测管线超温后实际性能，需在与压缩机连接的所有超温管线管口端各截取一段试样，进行力学性能試验（包括拉伸性能、屈服强度、低温冲击试验、硬度等），并与该管线原材料质保书对比，所有检测指标与原材料质保书接近、并且不应低于ASTM A333 Gr.6标准要求为合格。

第三， 对超温管线上下游管道焊缝（环焊缝和纵焊缝）处进行硬度检测，硬度值宜与原材料质保书接近并且≤HBW190。

第四，对距离压缩机最近的超温管线上，抽检两台阀门按原技术文件《低温阀门》（SPTS-PD15-T001）要求做-46℃低温密封试验。

根据最终取样检测结果，综合判定管线材料是否仍可继续使用。

2.2 超温后静置设备验证措施

第一，超温管线相连的静置设备的设计参数。

冰机单元主要静置设备的主体材料（09MnNiDR板材、09MnNiD锻件、09MnD接管）按GB150.2-2011的要求，其使用温度上限值为350℃。设备超温后将造成设备材料本身力学性能的降低，对于固定管板换热器还可能会因热应力的影响造成焊接接头的开裂。endprint

第二， 检查建议。

①建议委托国内有资质的权威检验机构对一段入口分离罐、二段入口分离罐、压缩机出口冷凝器进行检验评估。检验时宜取得同一批次、同一规格、同一热处理制度的原材料（或取用部分设备内构件材料）。利用该原材料先模拟设备的制造过程（主要是焊接过程、热处理过程等，如果该设备有返修记录，还应模拟设备的返修过程。上述过程应按该设备竣工资料中的数据实施焊接、返修、热处理等）；再模拟该设备在使用过程中的超温过程（应按该设备超温过程的实际记录曲线进行）；然后再分别检验模拟试件焊接接头和母材的各项力学性能（拉伸试验、低温夏比KV2冲击试验等）[1]。

② 对压缩机出口冷凝器壳程所有焊接接头（包括换热管与管板之间的焊接接头）进行无损检测，以确保无损坏。

③ 如果一段入口分离罐、二段入口分离罐、压缩机出口冷凝器能够再次使用，建议在使用前进行一次压力试验。

2.3 丙烯管线超温后仪表验证

第一，管线安装配套的4台阀门垫片材质TFE高于200℃开始热解，垫片需进行更换，阀体材质与管道材质相同，可不用单独做阀体材质理化性能测试。

第二，管线安装配套的2台远传压力变送器膜盒填充液Syltherm XLT，使用温度-75～145℃，需进行检查更换。

第三，沈鼓成套的2台阀门垫片材质PTFE，最高使用温度260℃，垫片需要进行更换。

2.4 丙烯管线超温后支架检查

管线支架多为碳素结构钢，因管道均包有保温和保冷层，对支架强度影响很小[2]。

另外，超温后丙烯制冷压缩机揭盖大修时，除常规检修外，还应重点检查以下几个方面：

第一，转子定位端在非驱动端，超温会使转子热膨胀，造成驱动端轴端气封与转子端部磨损，磨损的金属屑极易造成干气密封环磨损失效，故须进行气封更换及间隙调整，干气密封更换，转子检查修复，高速动平衡校验[3]。

第二，转定子同轴度复查及調整。需检查转子与机壳密封腔、叶轮隔板的同轴度，并保证各部气封间隙符合厂家设计要求。

第三，压缩机通流部分的叶轮隔板有无热裂纹、气封有无热变形和磨损均须检查。

第四，机壳裂纹检查，变形检查，水平剖分式的压缩机中分面的扬度检查，上下机壳接触间隙检查。机壳按要求检查回装紧固中分面螺栓后用塞尺复查中分面间隙不大于0.05mm，且气密合格。

第五，压缩机出入口垫片更换，机组找正，管道连接无应力检查。

3 改造建议

第一，二级出口设置排气温度高高联锁。

第二，新建装置从设计角度可以考虑设计防喘振线冷却器。

【参考文献】

【1】李泉华.热处理实用技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

【2】束德林.工程材料力学性能[M].北京：机械工业出版社，2016.

【3】刘鸣放，刘胜新.金属材料力学性能手册[M].北京：机械工业出版社， 2011.endprint