液環(huán)式壓縮機(jī)/真空泵在常減壓裝置運(yùn)行中的故障及處理

梅 軍，李奇峰

（中國(guó)石油廣西石化公司生產(chǎn)一部，廣西 欽州 535000）

液環(huán)式壓縮機(jī)/真空泵在常減壓裝置運(yùn)行中的故障及處理

梅 軍，李奇峰

（中國(guó)石油廣西石化公司生產(chǎn)一部，廣西 欽州 535000）

以液環(huán)式壓縮機(jī)/真空泵在1000萬(wàn)t·a-1常減壓裝置的實(shí)際運(yùn)用為例，簡(jiǎn)要介紹了設(shè)備的工作原理及工作流程，詳細(xì)列舉了設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的疑難問(wèn)題及相應(yīng)的解決措施，并對(duì)設(shè)備的改進(jìn)提出了一些建議。對(duì)將來(lái)新建常減壓裝置使用此類設(shè)備提供了比較好的借鑒。

液環(huán)式壓縮機(jī)/真空泵；水冷器腐蝕；操作波動(dòng)與調(diào)整

中國(guó)石油廣西石化公司1000萬(wàn)t·a-1常減壓裝置引進(jìn)的是美國(guó)UOP的工藝包，常壓塔頂設(shè)置液環(huán)式壓縮機(jī)，將常頂不凝氣升壓后與常頂石腦油混合再接觸，目的是讓石腦油吸收不凝氣中的輕烴，此后再進(jìn)入輕烴回收裝置，提取輕烴。

減壓塔頂設(shè)置液環(huán)式壓縮機(jī)。減頂瓦斯經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)提壓后，經(jīng)胺洗脫硫，送加熱爐作燃料，保護(hù)環(huán)境。與傳統(tǒng)的常減壓裝置不同的是，常頂壓縮機(jī)、減頂壓縮機(jī)采用的是液環(huán)式壓縮機(jī)，而不是常用的螺桿式壓縮機(jī)。由于考慮到在將來(lái)的生產(chǎn)中原油品種變化較大，常頂氣及減頂氣的量變化也較大，所以選用操作彈性很大的液環(huán)式壓縮機(jī)。

減壓塔頂二級(jí)抽真空設(shè)置液環(huán)式真空泵。傳統(tǒng)的常減壓裝置二級(jí)抽真空都是蒸汽式抽空器，而這里采用的是液環(huán)式真空泵與蒸汽式抽空器互為備用的形式，正常情況下采取液環(huán)式真空泵抽真空。使用液環(huán)式真空泵不僅避免了因蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)減壓塔真空度的影響，而且從經(jīng)濟(jì)方面考慮使用液環(huán)式真空泵與使用蒸汽式抽空器相比，更加節(jié)能、降耗。

1 液環(huán)式壓縮機(jī)及液環(huán)式真空泵的工作原理及工作流程

該常減壓裝置選用的是美、德合資公司“佶締納士機(jī)械公司”制造的液環(huán)壓縮機(jī)、液環(huán)真空泵。常頂液環(huán)式壓縮機(jī)型號(hào)NAM1500E。介質(zhì)為常壓塔頂氣；工作液為水（本設(shè)備用）；吸氣壓力0.003MPa;排氣壓力0.4MPa；吸氣量3284Nm3·h-1；電機(jī)額定功率220kW。

減頂液環(huán)式壓縮機(jī)型號(hào)NAB1500E，介質(zhì)為減壓塔頂氣；工作液為水（本設(shè)備用）；吸氣壓力0.01MPa;排氣壓力0.55 MPa；吸氣量1535 Nm3·h-1，電機(jī)額定功率315kW。

1.1 液環(huán)壓縮機(jī)的工作原理

橢圓形的泵殼與葉輪同心安裝，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力的作用下，工作液體沿著泵殼形成等厚度的液環(huán)，液環(huán)與葉輪的輪轂、葉片和泵體端面之間形成容積不等的月牙形空腔，在吸氣段，空腔的容積由小變大，腔內(nèi)氣體的壓力逐漸降低，此空腔與吸入口相連，在壓力差的作用下，外界的工藝氣體被吸入；在壓縮段，空腔的容積由大變小，從而壓縮腔內(nèi)氣體，在排氣段，將腔內(nèi)氣體排出。在此過(guò)程中，液體充當(dāng)活塞，葉輪每旋轉(zhuǎn)1周，工作液體進(jìn)出空腔各2次，完成吸排氣2次。由此看出，該液環(huán)式壓縮機(jī)是雙作用壓縮機(jī)。其工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 液環(huán)壓縮機(jī)/真空泵工作原理圖

1.2 液環(huán)壓縮機(jī)系統(tǒng)工作流程

塔頂氣經(jīng)進(jìn)口閥進(jìn)入液環(huán)式壓縮機(jī)內(nèi)，再經(jīng)兩級(jí)壓縮后達(dá)到工藝所需的壓力，并排出機(jī)外，進(jìn)入氣液分離器中。在氣液分離器中，被壓縮氣體分離出油和水后，一部分氣體作為循環(huán)氣，通過(guò)旁通閥返回壓縮機(jī)入口管線，另一部分排出壓縮機(jī)系統(tǒng)去往后續(xù)流程。水作為工作液在系統(tǒng)中形成閉環(huán)循環(huán)，為壓縮機(jī)體內(nèi)形成液環(huán)提供保證。其系統(tǒng)工作流程見(jiàn)圖2。

圖2 液環(huán)壓縮機(jī)/真空泵系統(tǒng)圖

1.3 液環(huán)真空泵的工作原理與工作流程

液環(huán)真空泵的工作原理和工作流程與液環(huán)壓縮機(jī)基本一致。但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，真空泵和壓縮機(jī)是有區(qū)別的，如轉(zhuǎn)子的端面間隙、轉(zhuǎn)子與腔體的徑向間隙二者在設(shè)計(jì)制造時(shí)是不同的。液環(huán)真空泵的壓縮比小于液環(huán)壓縮機(jī)。在使用上，液環(huán)式壓縮機(jī)是用來(lái)壓縮氣體的，目的是將出口端的氣體加壓；而液環(huán)式真空泵是用來(lái)抽真空的，目的是將入口端的氣體抽真空降低壓力。一般真空泵用來(lái)抽取不凝氣、有毒氣體、制造真空；壓縮機(jī)用來(lái)輸送易燃易爆氣體或有毒氣體。

2 減頂壓縮機(jī)及減頂真空泵在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

減頂壓縮機(jī)、減頂真空泵開(kāi)工運(yùn)行了一年后，出現(xiàn)減頂壓縮機(jī)系統(tǒng)自帶的氣液分離器溫度高（70℃以上）、工作液流量低、壓縮機(jī)出口壓力波動(dòng)等情況。減頂真空泵系統(tǒng)自帶的氣液分離器溫度高（70℃以上）、工作液流量低、入口真空度差等情況。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)判斷，懷疑是減頂壓縮機(jī)和減頂真空泵系統(tǒng)的水冷器管束堵塞造成工作液流量低，從而造成設(shè)備運(yùn)行不正常。因?yàn)楣ぷ饕毫髁渴欠裾Q定了設(shè)備是否能正常運(yùn)行，且水冷器管程走的是工作液，殼程走的是循環(huán)水。拆開(kāi)減頂壓縮機(jī)和減頂真空泵系統(tǒng)的水冷器管箱后發(fā)現(xiàn)，管板表面有大量黑色結(jié)垢物和油泥，見(jiàn)圖3。大部分的管束已經(jīng)被堵塞，這是造成工作液流量低的主要原因。對(duì)管板上黑色結(jié)垢物和油泥進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)成分比較復(fù)雜。其中有FeS、Fe2O3、粘泥等。

圖3 壓縮機(jī)水冷器管束嚴(yán)重堵塞

圖4 水冷器管束打壓時(shí)泄漏情況

此后對(duì)壓縮機(jī)和真空泵的水冷器殼程打壓，發(fā)現(xiàn)2臺(tái)水冷器的管束均有50%以上被腐蝕穿孔(圖4)。分析可知，管程走的是工作液，而減頂壓縮機(jī)和真空泵的工作介質(zhì)是減壓塔頂氣。查看自開(kāi)工以來(lái)至今減壓塔頂氣的成分分析可知，減頂氣中的硫化氫含量較高。化驗(yàn)分析結(jié)果見(jiàn)圖5。

1) 冬筍收入。在合作社成立之前，農(nóng)戶基本上不培育經(jīng)營(yíng)冬筍，竹林下草、灌木叢生；而在合作社成立之后，對(duì)所有基地竹林進(jìn)行劈山撫育，2017年合作社又圍繞冬筍做文章，注冊(cè)“孝海竹珍”冬筍品牌，2017年11月至2018年2月，合作社生產(chǎn)冬筍13 882.5 kg，銷售額30.34萬(wàn)元，除去挖筍成本15.40萬(wàn)元，冬筍收入14.94萬(wàn)元。

圖5 減頂氣胺洗前H2S含量趨勢(shì)圖

液體介質(zhì)中硫化氫的濃度對(duì)碳鋼設(shè)備的腐蝕影響詳見(jiàn)表1，這種影響因環(huán)境不同而區(qū)別較大。

表1 硫化氫的濃度對(duì)碳鋼設(shè)備的腐蝕影響

由于壓縮機(jī)和真空泵系統(tǒng)的水冷器管束材質(zhì)為20#鋼，碳鋼是不耐硫化氫溶液腐蝕的。鋼在硫化氫水溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：

陽(yáng)機(jī)反應(yīng)： Fe-2e→Fe2+Fe2++S2-→FeS

Fe2++HS-→FeS+H+

陰極反應(yīng)： 2H++2e→H2

水冷器碳鋼管束被硫化氫腐蝕穿孔以后，殼程的循環(huán)水因壓力高而漏入管束內(nèi)，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，循環(huán)水由于不斷蒸發(fā)，水中的有害離子成倍增加，會(huì)導(dǎo)致結(jié)垢、腐蝕和粘泥滋生等危害。循環(huán)水中由于有溶解氧的存在，F(xiàn)e與O2發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成Fe(OH)2，而Fe(OH)2很容易被氧化生成Fe2O3,所以在拆開(kāi)管箱后一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)，黑色結(jié)垢物中還有紅褐色產(chǎn)物。

鑒于現(xiàn)場(chǎng)壓縮機(jī)系統(tǒng)的冷卻器碳鋼管束已經(jīng)被腐蝕嚴(yán)重，無(wú)法使用，裝置組決定對(duì)該水冷器管束材質(zhì)進(jìn)行升級(jí)。經(jīng)過(guò)考察最終選定用海軍銅作為新管束的材料。海軍銅（HSn70-1）是一種鋅錫銅的合金。通常含有Cu70%、Zn29%、Sn1%，目的是為了提高黃銅的耐蝕性、強(qiáng)度、硬度和切削性等。這種材質(zhì)對(duì)硫化氫溶液有非常好的耐腐蝕性。殼體走的是循環(huán)水，所以殼體鋼板選用Q245R，接管法蘭材質(zhì)為20、16Mn，管板鍛件材質(zhì)為16Mn。換熱管型號(hào)由原來(lái)的Ф10×1改為Ф12×1.5，換熱面積保持不變。自2011年11月份把減頂壓縮機(jī)和減頂真空泵的水冷器管束材質(zhì)升級(jí)為海軍銅以來(lái)，設(shè)備運(yùn)行一直比較正常，達(dá)到了預(yù)期的目的。

3 常頂壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

常頂氣壓縮機(jī)自2010年9月投用至2011年10月以來(lái)，運(yùn)行一直比較平穩(wěn)。壓縮機(jī)出口壓力滿足工藝需求，為0.3 MPa。出口流量在1000~2000Nm3·h-1。壓縮機(jī)入口壓力維持在10~20kPa。

2011年11 月份，裝置對(duì)常壓塔頂系統(tǒng)進(jìn)行操作調(diào)整。將常壓塔頂罐的操作溫度由43℃提高至53℃，原因是常壓塔頂罐底出來(lái)的石腦油中會(huì)溶解一些不凝氣輕組分，而這些石腦油會(huì)被輸送到油罐中儲(chǔ)存，如果石腦油中溶解的輕組分過(guò)多，一旦環(huán)境溫度升高，這些輕組分將會(huì)大量揮發(fā)，給油品的儲(chǔ)存帶來(lái)很大的隱患，所以裝置在操作上做一些調(diào)整作為嘗試。

常頂氣壓縮機(jī)入口氣體正是從常壓塔頂罐來(lái)。在逐步提高常壓塔頂罐的操作溫度后一個(gè)多月，常頂氣壓縮機(jī)的出口壓力最高只能達(dá)到0.2 MPa，出口靶式流量計(jì)顯示低流量，甚至沒(méi)有流量，壓縮機(jī)入口壓力升至80~100kPa。壓縮機(jī)入口至火炬管網(wǎng)的壓力控制閥全開(kāi)，常頂氣轉(zhuǎn)而去火炬排放。壓縮機(jī)處于零作功狀態(tài)。在重啟壓縮機(jī)后，運(yùn)行前20min機(jī)組處于正常狀態(tài)，但運(yùn)行一段時(shí)間后壓力就突然下降，其它機(jī)械性能（包括溫度電流）正常。壓縮機(jī)出口不起壓，壓縮機(jī)出口不見(jiàn)流量。打開(kāi)工作液管線的放空閥發(fā)現(xiàn)有大量的氣體排出，類似于輕烴組分。當(dāng)氣體排完后，才能見(jiàn)工作液排出，且工作液呈乳白色，乳化嚴(yán)重。

根據(jù)以上情況，裝置作出了以下幾個(gè)方面的判斷：（1）從設(shè)備本體考慮，是否存在設(shè)備部件故障。于是關(guān)閉壓縮機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)、出口閥門(mén)。從入口引入氮?dú)?，啟?dòng)壓縮機(jī)后，氮?dú)庠谙到y(tǒng)內(nèi)循環(huán)，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)出口能夠升到工藝需要的壓力。說(shuō)明設(shè)備本體沒(méi)有問(wèn)題。（2）從工作液方面判斷。把壓縮機(jī)系統(tǒng)原有的工作液全部排掉，重新往氣液分離器及壓縮機(jī)內(nèi)注入干凈的水，再次啟動(dòng)壓縮機(jī)，運(yùn)行前20min機(jī)組處于正常狀態(tài)，但運(yùn)行一段時(shí)間后壓力就突然下降，能明顯聽(tīng)到壓縮機(jī)入口有喘振聲，壓縮機(jī)抽不上量。（3）懷疑氣液分離罐的分離效果不好，導(dǎo)致工作液帶油。拆開(kāi)氣液分離罐的人孔，進(jìn)去檢查后發(fā)現(xiàn)氣體入口的防沖擋板、罐內(nèi)的隔板都是好的，罐內(nèi)無(wú)異常情況。（4）懷疑壓縮機(jī)入口管線某處存在堵塞現(xiàn)象?？蓪?shí)際上壓縮機(jī)工作時(shí)，入口壓力為正壓。如果入口管線某處存在堵塞，入口壓力會(huì)抽成負(fù)壓。所以這種情況不可能。（5）懷疑壓縮機(jī)系統(tǒng)水冷器管束堵塞。在拆開(kāi)水冷器管箱后發(fā)現(xiàn)，管束并沒(méi)有堵塞，且打壓后僅僅發(fā)現(xiàn)2根管束內(nèi)漏。所以這個(gè)假設(shè)也排除了。（6）最后考慮到可能是常壓塔頂罐的操作溫度調(diào)整造成的影響。于是把常壓塔頂罐的操作溫度由53℃慢降低到43℃，再次啟動(dòng)壓縮機(jī)，壓縮機(jī)出口壓力及出口流量都正常了。說(shuō)明常壓塔頂罐的操作溫度對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行影響很大。當(dāng)常壓塔頂罐的操作溫度由43℃提高至53℃時(shí)，常頂氣中的重組分自然會(huì)增多，這些重組分隨著常頂氣吸入壓縮機(jī)。

在正常壓力下被抽的常頂氣與這些重組分互不相溶。但壓力升高后，被抽氣體會(huì)溶于其中。這樣重組分隨工作液經(jīng)換熱器進(jìn)入壓縮機(jī)泵頭后經(jīng)過(guò)高壓側(cè)壓縮時(shí)就把排氣側(cè)內(nèi)的氣體吸收掉，從而造成排氣壓力下降。當(dāng)溶解氣體的工作液到達(dá)壓縮機(jī)吸氣端的時(shí)候，隨著壓力降低，溶解的氣體又從工作液中釋放出來(lái)，釋放出來(lái)的氣體占據(jù)了本來(lái)用來(lái)抽氣的空間，從而造成機(jī)組不抽氣的現(xiàn)象。隨著時(shí)間加長(zhǎng)，溶解在工作液中的重組分吸收氣體達(dá)到飽和狀態(tài)，造成吸氣過(guò)程中釋放的氣體和壓縮過(guò)程中溶解的氣體達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。最終出現(xiàn)機(jī)組不抽氣但還是在不停做功的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

對(duì)以后新建的常減壓裝置液環(huán)壓縮機(jī)/真空泵設(shè)備的操作及改進(jìn)建議：

（1）常頂氣壓縮機(jī)之前的常頂產(chǎn)品罐工作溫度不宜過(guò)高，一般建議為40~45℃。

（2）對(duì)于硫含量比較高的常減壓裝置，如果選用液環(huán)壓縮機(jī)/真空泵時(shí)，必須要求廠家把系統(tǒng)內(nèi)的水冷器管束材質(zhì)升級(jí)為耐硫化氫腐蝕的材質(zhì)。

（3）壓縮機(jī)/真空泵系統(tǒng)的加注工作液管線加一個(gè)電磁閥，使氣液分離罐的工作液界面信號(hào)能控制電磁閥的開(kāi)啟，當(dāng)工作液界面低時(shí)，電磁閥自動(dòng)打開(kāi)；工作液界面高時(shí)，電磁閥自動(dòng)關(guān)上。這樣可以減少操作人員的工作量，也利于安全運(yùn)行。

（4）現(xiàn)有系統(tǒng)中的氣液分離罐的工作液界面計(jì)為磁翻板液位計(jì)，操作人員只能在現(xiàn)場(chǎng)查看液面。在日常使用中，分離罐內(nèi)的輕組分會(huì)進(jìn)入液面計(jì)中，液面計(jì)內(nèi)帶壓，液面計(jì)中的浮子在壓力的作用不能上浮，導(dǎo)致液位不準(zhǔn)。建議更換為雙法蘭液面計(jì)，且液面數(shù)據(jù)引入DCS系統(tǒng)。

[1] 李世軍，楊紅霞，崔亞新.2BG115型液環(huán)式氯氣壓縮機(jī)在液氯生產(chǎn)中的正確使用[J].中國(guó)氯堿，2006，（11）：41-42.

[2] 馬貴文.換熱器硫化氫腐蝕的防護(hù)[J].石油和化工設(shè)備，2004，（4）：56-58.

Fault and Processing of Liquid Ring Compressor / Pump in Atmospheric Vacuum Unit

MEI Jun,LI Qi-Feng
（PetroChina Guangxi Petrochemical Company，Qinzhou 535000，China）

TE 96

B

1671-9905(2012)06-0060-04

梅軍，男，助理工程師，就職于中國(guó)石油廣西石化公司，電話：15907773082,E-mail: meijun@petrochina.com.cn

2012-03-30