许昆岭
（灵谷化工有限公司，江苏 宜兴214213）
［摘 要］ 灵谷化工有限公司800 kt/a尿素装置CO2压缩机采用抽汽凝汽式透平拖动。自2015年11月投产以来，运行平稳，系统负荷可达100%～110%；但2018年3月以后，CO2压缩机二段出口压力持续升高，二回一防喘振阀自动打开（开度在1.60%～10.0%），尿素装置负荷只能维持在95%，机组蒸汽消耗较正常情况下高出7～9 t/h。结合CO2压缩机系统工艺流程及运行数据，逐一对可能的原因进行排查，最终确认为高压缸（三段）叶轮流道堵塞所致。采取水洗叶轮及洗涤三段入口室及隔板处结晶物等措施后，CO2压缩机运行趋于正常。同时指出，CO2压缩机二段出口设置有脱氢反应系统或水解脱硫系统的尿素装置，或多或少均会出现此类问题，如何从根本上解决此类问题，值得业内分析与探讨。
［关键词］ CO2压缩机；二段出口压力高；原因分析；二回一防喘振阀；叶轮流道堵塞；应对措施
［中图分类号］ TQ441.41［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）06-0025-04
0 引 言
灵谷化工有限公司（简称灵谷化工）二期大化肥项目——450 kt/a合成氨、800 kt/a尿素，于2014年6月动工兴建，项目2015年11月投产。二期尿素装置透平式CO2压缩机组由锦州新锦化机有限公司生产，拖动压缩机的抽汽凝汽式透平型号为5EL-7BD，驱动蒸汽采用3.8 MPa（A）、420 ℃的过热蒸汽；压缩机型号为7V-6B（LP）/3V-6B（HP），为两缸四段十二级离心式压缩机（设计参数见表1），其作用是将合成氨装置低温甲醇洗系统来的压力为0.198 MPa（A）的CO2加压至14.8 MPa（A）后送至高压系统CO2汽提塔。
1 CO2压缩机概况
1.1 工艺流程
灵谷化工CO2压缩机系统工艺流程如图1。
来自CO2压缩机一段入口分离器（S-101）压力0.198 MPa（A）、温度30 ℃的CO2气与外供并根据需要控制一定流量的工厂空气混合后，经CO2压缩机低压缸一段两级叶轮压缩提压至0.82 MPa（A）、温度161 ℃，CO2气经一段出口冷却器（E-102）冷却和气液分离器（S-102）气液分离后，压力0.79 MPa（A）、温度40 ℃以下的CO2气经CO2压缩机低压缸二段四级叶轮提压后，压力2.5 MPa（A）、温度161 ℃的CO2气经脱硫系统和脱氢系统处理后，进二段冷却器（E-103）冷却，再经气液分离器（S-103）气液分离后，压力2.1～2.2 MPa（A）、温度40 ℃以下的CO2气经CO2压缩机高压缸三段四级叶轮提压后，压力7.7～7.8 MPa（A）、温度174 ℃的CO2气进三段冷却器（E-104）冷却，再经气液分离器（S-104）气液分离后，压力7.6～7.7 MPa（A）、温度≤50 ℃的CO2气再次经过高压缸四段两级叶轮提压后，压力14.8 MPa（A）、温度117 ℃的高压CO2气去尿素装置高压系统CO2汽提塔。为保证CO2压缩机的安全、稳定运行，压缩机分别设置有二回一防喘振系统、四回三防喘振系统。
1. 2 CO2压缩机设计参数（表1）
2 异常现象及原因分析
灵谷化工CO2压缩机自2015年11月开车以来，运行平稳，机组可满足尿素装置100%～110%负荷的需求。但自2018年3月份以来，CO2压缩机二段出口压力持续升高，压力最高达2.6 MPa，CO2压缩机二回一防喘振（FV1601）自动打开，尿素装置负荷只能维持在95%，CO2压缩机的运行工况已满足不了生产所需；由于二回一防喘振阀的开启，机组的蒸汽消耗较正常工况下同等负荷时高出7～9 t/h。CO2压缩机运行数据见表2。
结合CO2压缩机系统的工艺流程及运行数据进行分析，认为导致机组二段出口压力高的可能原因主要有以下几点： ① 机组负荷过高，压缩机转速较高；② 防腐空气加入量过大或CO2气组分变化；③ 段间冷却器冷却效果差致气体温度高而发生气阻；④ 二段出口分离器内过滤网堵塞或三段入口锥形过滤器堵塞；⑤ 三段入口止回阀不能正常开启到位；⑥ 二回一防喘振阀(FV1601)及四回三防喘振阀（FV1602）内漏；⑦ 压缩机高压缸轴端密封和级间密封（均为迷宫密封）泄漏严重；⑧ 叶轮流道堵塞。经过查阅CO2压缩机运行记录、DCS趋势图，针对上述原因逐一进行分析与排查。
2.1 机组负荷过高，压缩机转速较高
从CO2压缩机运行数据和尿素装置负荷数据看，在CO2压缩机二段出口压力达2.6 MPa时，CO2气量43 000 m3/h（质量流量80 t/h），CO2压缩机转速为8 364 r/min，较CO2设计气量45 466 m3/h（质量流量86.5 t/h）低，由此基本上可排除机组负荷过高、压缩机转速高这一原因。
2.2 防腐空气加入量过大或CO2气组分变化
由于从低温甲醇洗系统来的原料气CO2中含有0.6%的H2，为保证尿素装置高压设备的安全运行，在CO2压缩机一段入口处加入空气，通过二段出口的脱氢反应器除去H2，多余的O2作为高压设备的防腐空气进入尿素高压圈。
查看运行数据，防腐空气加入量基本与尿素装置负荷保持相同的变化趋势，同时查阅进界区CO2原料气组分的分析数据，原料气组分变化较小，由此可排除防腐空气加入量过大或原料气组分变化方面的原因。
2.3 段间冷却器冷却效果差致气体温度高而发生气阻
查阅机组运行数据，CO2压缩机三段入口温度大多在30～32 ℃，低于设计温度40 ℃，由此可排除段间冷却器冷却效果差致气体温度高而发生气阻这一原因。
2.4 二段出口气液分离器内过滤网堵塞或三段入口锥形过滤器堵塞
CO2压缩机每段入口均设计有锥形滤网，并且段间气液分离器内设有除沫网。CO2压缩机二段出口气液分离器及除沫网材质为碳钢，在初期运行时，因脱氢后有大量的水需要分离，造成腐蚀严重，排液阀经常出现腐蚀泄漏，排出的水为红色。2016年6月因前工段原因尿素装置停车，CO2压缩机二段出口气液分离器及除沫网材质更换为不锈钢（304），开车后排液阀排出的水不再呈红色，故二段出口分离器内除沫网堵塞的原因也可排除。
三段入口锥形滤网如果堵塞，滤网压差将增大。查阅运行数据趋势图，基本排除了滤网堵塞的可能；2018年7月份检修期间对三段入口锥形滤网和二段出口分离器除沫网进行检查，滤网内没发现有堵塞物质，验证了先前的判断。
2.5 三段入口止回阀不能正常开启到位
更多内容详见《中氮肥》2019年第6期