年产180万吨甲醇扩能改造项目建设及试车总结

周 明

(中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000)

中煤陕西榆林能源化工有限公司(下文统称为公司)煤制烯烃项目一期建设规模为180万t/a甲醇、60万t/a聚烯烃，其中甲醇装置作为主要工艺生产装置，自2014年6月投产以来，一直保持平稳运行且生产负荷一直处于较高负荷。公司高度重视技改创新工作，甲醇系统投运以来，先后进行了第八台气化炉建设、甲醇合成塔中心管改造、甲醇使用新型高效催化剂、新增氢气膜分离等一系列技术改造，公司甲醇装置实际产能已由180万t/a提升至195万t/a(折纯)。

为进一步深挖潜能、节能降耗，提高生产负荷和运行效率，公司委托设计单位对于甲醇生产系统各装置的产能富余情况进行测算与评估，经评估：除甲醇装置之外，甲醇生产系统其他装置现有设施生产能力均能够满足甲醇装置改造后的生产要求。甲醇装置扩能仅需增加合成气压缩机及空冷器等设施即可实现。扩能改造后，甲醇装置可在目前实际产能基础上再提高5%，达到205万吨/年(折纯)，并具有一定的操作弹性。

1 甲醇装置流程及扩能改造方案

1.1 改造前的甲醇合成装置简介

公司甲醇合成装置采用英国DAVY低压甲醇合成工艺技术及Johnson Matthe甲醇合成催化剂来生产MTO级甲醇。甲醇合成装置主要包括甲醇合成、合成气/循环气联合压缩机、稳定塔、氢气回收、公用工程和辅助设施等，其中两台甲醇合成反应器均采用蒸汽上升式合成塔，两个甲醇合成塔采用串/并联耦合方式布置。

1.2 扩能改造方案

经甲醇合成专利商核算，甲醇合成塔包括配套的汽包、上升管、下降管、合成气净化槽、中间换热器、甲醇分离器均不需要改造。甲醇扩能改造主要包括以下三部分内容：

(1) 增加空冷器，提高冷却效果。扩能后，如果冷却效果差，会造成粗甲醇分离效果不好，致使压缩机负荷增加、合成塔单程转换率下降，同时合成副反应增加。鉴于现有公用工程循环水系统已没有余量，增设甲醇水冷器已不现实，因此只能通过增设空冷器来提高冷却效果。同时为了克服夏季的极端温度，在所有空冷器(包括新的和旧的)下部增加冷却水喷雾系统进行降温。

(2) 增加压缩机，提高入塔合成气量。扩能前，现有的合成压缩机为汽轮机驱动，汽轮机的调速气阀开度已经达到了98%，消耗蒸汽量也达到了108t/h(设计最大量为111.9t/h)，汽轮机基本没有余量，且全厂4.1MPa蒸汽不富裕，需要通过9.8MPa蒸汽减压。扩能后需要再增加7～9万Nm3/h的新鲜气量，20～30万Nm3/h的循环气量，因此新增一台合成气/循环气压缩机，采用离心式压缩机，电机驱动。

(3)更换甲醇输送泵，提高甲醇输送量。甲醇装置现有MTO甲醇泵的设计最大能力为393m3/h，即每小时甲醇最大输送能力为286t/h，略小于62.5万Nm3/h新鲜气量时的平均产量，如果生产上再出现波动，会造成MTO甲醇输送泵超电流，因此需更换甲醇精馏塔的甲醇输送泵及电机。

2 扩能改造项目建设期间的安全管理要点

甲醇扩能改造项目施工周期为一年，在施工期间甲醇装置处于正常生产状态，属于生产运行与基建施工的交叉期，为确保装置生产和扩能项目建设同步安全有序进行，多措并举加安全管理力度。

2.1 建立生产与项目建设的安全管理机制，明确各自的职责

(1) 实施生产区域硬防护，严格准入制度。在生产与建设交界区域设置隔离桩硬防护，未经允许严禁项目施工人员进入生产装置区。

(2 )建立交叉区域的定时定点巡检制度。在生产与建设交界区域设立巡检路线，固定巡检点，实施定时巡检，安排专业安全管理人员紧靠现场，加强施工作业过程的监管，规范作业，确保项目建设与正常生产互不干扰。

(3) 严格特种作业的审批制度。对于项目建设期间装置区的动火、吊装、动土、登高等特种作业必须经过装置管理人员审批，对于动土作业，必须经过公司技术管理部和机械动力部批准，做好地下隐蔽工程保护，防止造成地下管线、电缆损坏。对于吊装或动土等引起的断路作业，必须经过消气防中心和生产调度室批准，提前做好应急行驶路线规划。

(4) 建立生产与建设沟通机制。由生产装置作为项目管理主体，必须每天参加项目施工专题会，掌握工程建设进度，协调做好生产运行与项目建设的沟通问题。

(5 )做好施工人员的培训教育和应急演练。施工人员不得擅自使用、操作现场任何阀门，作业过程中严禁踩踏任何工艺管线；必须令行禁止，必须参加公司组织的应急疏散演练，熟悉逃生撤离路线。

(6) 建立生产与施工应急联动机制，在生产发生异常时，立即通知工程建设应急指挥部，停止所有施工作业，做好施工人员的疏散撤离。

2.2 重点交叉区域的安全防护要求

(1) 施工框架底部的设备设施必须采取硬防护，防止掉落的工具砸坏设备。

(2) 装置区域的电缆槽盒必须使用防火毯包覆保护，地沟盖板必须采用防火毯封堵，防止动火作业掉落的火星引起电缆或地沟内的可燃气着火。

(3) 施工期间的脚手架必须规范管理，必须经专业人员验收后方可使用，不得擅自拆除任何一根架杆，悬挑架杆必须符合规范要求。

(4) 加强可燃气体检测和动火管理，任何一个动火点必须配备一台有毒可燃气体报警仪，每周应定期对装置区开展可燃气体泄漏专项排查，凡发现区域内可燃气体异常，要立即停止区域内的所有动火作业。

3 扩能压缩机单体试车及联动试车注意事项

扩能改造项目建设完成，转入单体试车及联动试车时，应结合生产现场实际，加强安全风险辨识和安全评估，识别可能存在的安全风险并制定好应对措施和预案。

3.1 扩能压缩机单体试车的注意事项

压缩机单体试车是联动试车投用的前提，主要目的是检验和调整电气、仪表、自动控制系统、防喘振系统及其附属装置的正确性和灵敏性，检验机组的润滑系统，密封系统，冷却系统，工艺管路系统及其附属设备的严密性，并对机组所有机械设备，电气仪表等装置的设计、制造、安装、调试等方面的质量进行全面的考核。在做好参数记录的同时，由于单体试车使用的介质是氮气，与设计工况发生偏离，因此在试车时要特别注意以下事项：

(1) 在试车前一定要确认静态调试全部合格，联锁灵敏好用，动作准确无误。

(2) 试车过程中，如果发生泄漏着火，人员窒息，轴向位移大、振动大等其他影响到试车安全的情况时，应紧急停车，停止试车操作，直到事故排除。

(3) 由于试车的介质是氮气，氮气分子量是正常生产工艺气分子量的两倍多，电机的电流可能会增加，应需密切关注主电机电流变化，一旦发现电流超高情况应立刻停车。

(4) 由于氮气的分子量比正常生产工艺气分子量大很多，应注意监测轴向位移和喘振点，确保机组运行远离喘振线，防止机组喘振。

(5)氮气试车启动正常后，可以逐步关小压缩机的防喘振阀门，逐渐将压缩机出口压力提高，关小防喘振阀的过程要密切监控压缩机、增速机、电机的轴承温度、位移、振动的变化，同时要注意压缩机进出口温度的变化，一旦发现轴承温度、位移、振动、进出口温度或防喘振曲线上的运行点比较接近喘振点时要立即停止升压。

3.2 扩能压缩机联动试车前的风险辨识和安全评估

扩能压缩机联动试车前，公司组织召开了甲醇扩能压缩机试车安全风险评估会，由公司领导、各职能部门、项目管理部、设计院、压缩机厂家、甲醇装置分管工艺、设备、电气和仪表专业的负责人及有关管理人员参加会议，对试车存在的安全风险进行了研判，主要内容有：

(1)可能存在扩能压缩机出口压力达不到设计值，扩能压缩机不能并进生产系统的风险。扩能压缩机设计出口压力仅比甲醇系统正常运行压力高0.1MPa，且系统压力只能通过甲醇合成的氢碳比来进行调整，不可能通过透平压缩机进行调整，一旦出口压力达不到设计压力，就必须停下来排查清楚原因再开车。

(2)可能存在启机时扩能压缩机内部打小循环造成压缩机出口温度快速上升跳车的风险。按照设计院提供的操作导则，扩能压缩机提压并气过程中气体在系统内打小循环，仅通过2寸的放空线进行放空，可能存在压力未达到设计压力，而压缩机出口温度和轴承温度已快速上升，达到跳车值135℃的情况，此时必须立即停止试车。

(3)可能存在扩能压缩机试车时引起在运行的系统大压缩机跳车的风险。在试车期间如果造成大压缩机跳车，就必须按照生产操作规程进行合成塔泄压、合成压缩机重新启机、升至额定转速，合成塔升温、合成塔接气等一系列操作，甲醇装置会停车15小时左右，因此必须提前准备大压缩机跳车后的应急预案，明确跳车后的应急处置步骤和各种物料的平衡。保持合理的甲醇和氢气库存量，确保甲醇和氢气满足后续烯烃装置的稳定运行需要，可以支撑扩能压缩机试车及可能造成大压缩机跳车带来的甲醇减产问题。

(4) 可能存在两台压缩机互相抢气量，造成单台压缩机吸入量不足引起喘振的风险。在扩能压缩机联动试车时，由于管道设计、安装或操作原因造成，两台压缩机互相抢气量，引起压缩机吸入量不足，压缩机喘振，振动增大，造成工艺管道焊口开裂或法兰泄露风险。应与设计院、压缩机厂家核对确认管路设计符合要求，压缩机防喘振控制余量设计符合要求；联动试车前，提前将扩能压缩机需要的气量切出系统放空，调整系统大压缩机和合成塔运行工况平稳后，再由扩能压缩机接气，将放空的气量逐步接收并入系统，避免因操作引起扩能压缩机气量不足。

3.3 扩能压缩机联动试车前应准备的开车方案和应急预案

为充分做好扩能压缩机联动试车前的各项准备工作，确保扩能压缩机联动试车工作顺利完成，在扩能压缩机联动试车前应认真准备好以下方案：

(1) 《扩能压缩机的投用方案》，由于扩能压缩机与大压缩机是并联关系，扩能压缩机是电机驱动的没有变频器，开车后转速直接升值额定转速，而大压缩机可以通过转速调节，因此在方案中必须明确开车条件、检查内容、组织机构、开车步骤、正常操作、停车步骤、操作指标、常见问题判断、JHA风险分析等。

(2) 《扩能压缩机投用(管道、法兰大量泄漏)事故预案》，针对扩能压缩机首次投用过程中可能出现管线振动引起焊口开裂、法兰泄漏大量合成气着火事故，明确应急处置的步骤和注意事项。

(3)《扩能压缩机投用时大压缩机跳车事故预案》，针对扩能压缩机首次投用有可能造成大压缩机跳车的风险，明确应急处置步骤和流程。特别是两台压缩机的开、停车顺序。

a. 明确两台压缩机的开车顺序：必须先开大的压缩机，再开扩能压缩机，因为扩能压缩机气量小，先启动时气量不能保证升温还原使用量。

b. 明确两台压缩机的停车顺序：大压缩机停车，扩能压缩机立即停车，按照甲醇合成装置停车进行处置；扩能压缩机停车，要全力确保大压缩机稳定运行。

以上所有方案应按照制度要求，完成方案的评审、审批并组织培训学习，所有应急预案必须组织培训并完成应急演练。

4 甲醇扩能项目投用后的效果

在扩能项目试车人员、方案、物资等各项准备工作到位后，2018年10月18日甲醇扩能压缩机联动试车，一次性成功并入系统运行，合成气量及甲醇产量均达到设计指标，2019年初完成了72h性能考核，MTO级甲醇质量指标全部合格；甲醇平均产量达到6475t/d(折纯)，达到扩能改造设计目标，经济效益显著。该项目的成功投产为同类装置扩能改造建设及试车提供了可复制、可借鉴、可推广的经验，可具有良好的示范意义。