重整氫增壓機(jī)結(jié)焦設(shè)備故障分析及消減措施探討

劉增慶，李 進(jìn)，黃宏林

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

中國石油寧夏石化公司600 kt/a 連續(xù)重整裝置于2011 年12 月建成投產(chǎn)。該裝置主要包括原料油預(yù)處理、重整反應(yīng)、催化劑再生和產(chǎn)品分離四個(gè)主要工序，以常壓蒸餾裝置來的直餾石腦油和柴油加氫精制裝置來的加氫石腦油為原料，采用UOP 超低壓連續(xù)重整工藝技術(shù)，生產(chǎn)RON（C5+烴）大于100 的高辛烷值重整生成油并副產(chǎn)含氫氣體為加氫裝置提供氫源。

該裝置再接觸單元中的重整氫增壓機(jī)（K-202A/B）吸排氣閥頻繁結(jié)焦導(dǎo)致排氣溫度高報(bào)警。2012 年8 月4 日以來，由于結(jié)焦問題日常檢修60 次，檢修備件總費(fèi)用已超過280 萬元。2014 年12 月以來累積檢修12次，給裝置的平穩(wěn)運(yùn)行造成了極大的威脅。檢修過程發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)吸排氣閥、吸排氣腔、活塞腔、頂閥罩、壓閥蓋及活塞頭皆有大量的黑色結(jié)焦物。本文重點(diǎn)分析了結(jié)焦造成機(jī)組故障的原因，結(jié)合機(jī)組檢修及運(yùn)行情況，從工藝調(diào)整和設(shè)備改造方面提出了預(yù)防措施和建議。

1 再接觸流程說明

自重整產(chǎn)物分離罐頂部出來的含氫氣體經(jīng)重整氫增壓機(jī)增壓后送至一號再接觸罐，從重整產(chǎn)物分離罐底部出來的反應(yīng)生成油用泵升壓后進(jìn)入二號再接觸罐和氫氣再次接觸后，靠壓差自壓至一號再接觸罐和氫氣重新平衡后送入脫戊烷塔。在再接觸操作中，反應(yīng)生成油和含氫氣體在兩個(gè)壓力等級下進(jìn)行接觸，使含氫氣體中的部分烴類溶解在重整生成油中，提高產(chǎn)氫純度，同時(shí)增加液體產(chǎn)品收率。為達(dá)到更好的提純效果，其中第二級再接觸是在冷凍條件下進(jìn)行的，本裝置設(shè)置了一套氨冷凍系統(tǒng)為其供冷。再接觸流程（見圖1）。

圖1 2208-K202 系統(tǒng)流程圖

表1 重整氫組分

2 設(shè)備情況

2.1 設(shè)備參數(shù)

型號：4M80-172.7/4-11.6-77.4/10.6-23.6-BX，曲軸轉(zhuǎn)速：300 r/min，各級吸氣壓力：0.4 MPa/1.06 MPa，各級排氣壓力：1.16 MPa/2.36 MPa，各級吸氣溫度：32.3 ℃/38.3 ℃，各級排氣溫度：126 ℃/108 ℃。介質(zhì)為重整氫，組分（見表1）。

圖2 2208-K202 隨時(shí)間溫度檢修情況趨勢

2.2 使用狀況

2012 年8 月4 日之前，壓縮機(jī)基本運(yùn)行平穩(wěn)，之后檢修開始頻繁。截止2014 年11 月機(jī)組隨時(shí)間和每月平均溫度變化的檢修情況（見圖2），結(jié)合實(shí)際檢修情況，隨著環(huán)境溫度的變化，機(jī)組一級進(jìn)氣溫度一般在18 ℃～49 ℃，進(jìn)氣溫度越高，檢修的頻率越高；但也不能排除系統(tǒng)惡化導(dǎo)致環(huán)境溫度的影響已不再重要，2014 年12 月以來溫度低但檢修反而更加頻繁。

3 故障分析

3.1 吸排氣溫度高

結(jié)合現(xiàn)場檢修情況，一二級吸排氣溫度高的原因分析如下：

（1）直接原因：閥片斷裂、破碎變形造成氣閥密封變差，同時(shí)斷裂的部分碎片卡在氣體流道，造成閥片被支撐無法完全與密封槽接觸，部分高溫壓縮氣在反復(fù)性地進(jìn)出吸排氣氣閥造成進(jìn)氣溫度升高、壓縮氣溫度更高以致排氣溫度高報(bào)警。

（2）間接原因：吸排氣閥有大量的結(jié)焦，各級氣閥上形成的大量結(jié)焦物，由于結(jié)焦物的不均勻性，結(jié)焦物對氣閥閥片的局部形成較大的粘貼拉力，閥片局部長時(shí)間受力造成閥片疲勞斷裂；再者，活塞環(huán)局部失去了浮動密封能力，磨損甚至局部斷裂，活塞環(huán)與缸套間隙增大，在壓縮的過程中同列前后壓縮腔內(nèi)氣體互串，造成排氣溫度大幅度上升，加快了結(jié)焦速率。

（3）根本原因：重整反應(yīng)催化劑活性失衡，物料裂化產(chǎn)生不飽和烯烴的比率增加，不飽和烯烴在壓縮機(jī)吸排氣閥局部高壓高溫條件下易發(fā)生聚合反應(yīng)，生成相對分子質(zhì)量分布比較集中的大分子量黑色聚合物[1]，聚合物在輕烴類揮發(fā)后變成塊狀且研磨易碎成粉末。

3.2 備件損壞

機(jī)組備件損壞主要有閥片的斷裂、破碎、變形，彈簧的變形，氣閥密封槽的穿透，活塞環(huán)的嚴(yán)重磨損斷裂，填料環(huán)組失去彈性，軸瓦脫塊等，部分部件損壞情況（見圖3），下面就損壞原因做一些簡單的分析：

（1）氣閥閥片的斷裂、破碎、變形有以下三個(gè)原因：①在機(jī)組運(yùn)行期間，閥片逐漸結(jié)焦，分布不均勻結(jié)焦物長時(shí)間對閥片局部粘貼拉力使閥片變形斷裂；②斷裂的閥片碎片卡在氣體流道，對閥片其他部位進(jìn)行擠壓變形斷裂；③選擇性檢修高溫部位氣閥，但實(shí)際上其他吸排氣閥已有結(jié)焦，只是還未造成閥片斷裂或斷裂不明顯。當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)檢修時(shí)，結(jié)焦物溫度下降黏性增大開始變硬，閥片的粘貼力增強(qiáng)，檢修結(jié)束開機(jī)時(shí)，閥片上下運(yùn)動時(shí)局部受到較大的拉力致使閥片變形斷裂，這也是造成機(jī)組頻繁檢修的主要原因。

（2）彈簧的變形：斷裂的閥片碎片以及塊狀的結(jié)焦硬塊卡在閥片和閥座之間對彈簧進(jìn)行不斷的受力擠壓造成變形。

（3）密封槽的穿透：斷裂的碎片卡在氣體流道上，碎片受閥片和氣體的沖擊對密封槽邊緣密封線不斷的沖擊造成變形穿透；另一方面，檢修更換的閥座在清洗研磨后容易發(fā)生銹蝕，造成密封線受損，這也是加快閥槽穿透的其他原因。

（4）活塞環(huán)的嚴(yán)重磨損斷裂：結(jié)焦物附著在活塞環(huán)卡槽內(nèi)側(cè)，將活塞環(huán)局部粘貼在卡槽內(nèi)部，活塞環(huán)失去了浮動密封能力，造成活塞環(huán)局部位置與氣缸之間產(chǎn)生較大間隙，間隙內(nèi)開始結(jié)焦且結(jié)焦物表面粗糙，摩擦增大造成活塞環(huán)磨損加速甚至靠氣缸下端活塞環(huán)斷裂。

（5）填料環(huán)組失去彈性：結(jié)焦物通過填料密封環(huán)與活塞桿之間的浮動間隙進(jìn)入填料環(huán)組，逐漸在填料環(huán)組內(nèi)堆積最終使填料盒內(nèi)各組件粘為一體，組件內(nèi)的O 圈和彈簧失去彈性作用導(dǎo)致填料環(huán)沒有浮動密封能力。

（6）軸瓦脫塊：大型壓縮機(jī)啟機(jī)，軸瓦瞬間受到較大的機(jī)械沖擊力，頻繁啟動，使得軸瓦局部巴氏合金鍍層多次沖擊后應(yīng)力變形逐漸產(chǎn)生裂紋，在沖擊力作用下鍍層最終與殼體母基材料分離脫落（見圖3）。

4 預(yù)防措施

結(jié)合機(jī)組運(yùn)行和檢修過程中發(fā)現(xiàn)的問題，針對降低壓縮機(jī)入口溫度和重整氫烯烴組分兩個(gè)主要方面做了調(diào)整并提出預(yù)防緩解措施：

4.1 工藝調(diào)整

經(jīng)過綜合分析壓縮機(jī)頻繁結(jié)焦積碳、重整生成油辛烷值低等問題的根源在于重整催化劑活性降低，鉑分散不均勻，水氯失衡。圍繞恢復(fù)催化劑活性這一主題做出以下一些重大的工藝調(diào)整，并取得了顯著的效果：

（1）更換再生空氣干燥器內(nèi)的干燥劑，嚴(yán)格控制進(jìn)入再生器燒焦空氣水含量，減少催化劑氯流失。

（2）提高再生器氧氯化段溫度，調(diào)整催化劑循環(huán)速率80 %→75 %→70 %→65 %→70 %和再生煙氣氧含量0.6 %→0.7 %，最終提高再生催化劑碳含量。

（3）調(diào)整重整反應(yīng)溫度512 ℃→515 ℃，提高重整反應(yīng)溫降。

（4）提高再生注氯量由0.37 kg/h→0.46 kg/h，提高催化劑酸性功能。

（5）降低1 號和2 號還原器電加熱器出口溫度，提高空氣電加熱器的出口溫度，控制催化劑在再生器內(nèi)各段的溫度。

圖3

通過以上長期優(yōu)化調(diào)整，重整生成油辛烷值升高，K202B 已正常連續(xù)運(yùn)行76 d 且兩級進(jìn)出口溫度平穩(wěn)正常。根據(jù)R-234 催化劑的使用年限和性能變化，更換催化劑或使用其他類型催化劑。

4.2 設(shè)備改造

將1 號、2 號再接觸空冷器以及重整氫增壓機(jī)入口空冷器由干式空冷改造為濕式空冷，盡量降低機(jī)組各級進(jìn)氣溫度，將機(jī)組一級入口溫度控制在（20±5）℃范圍之內(nèi)。壓縮機(jī)入口分液罐可以改造為容積更大的分液罐，增加罐入口與除沫器之間的間距，增大除沫器絲網(wǎng)目數(shù)或增加除沫器的高度或更換除沫器的材質(zhì)等，提高氣液沉降高度和分離效果，起到緩解作用。

4.3 氣閥改造

壓縮機(jī)氣閥原設(shè)計(jì)為賀爾碧格普通的CS 系列氣閥，此系列氣閥閥片結(jié)焦物容易聚積，可以改造為CT、CE 系列或其他類型的氣閥，降低結(jié)焦物在氣閥上的聚積速率：

（1）CT 系列氣閥彈簧布置在最外圈，對相對分子質(zhì)量無限制，彈簧和彈簧片可以幫助閥片從閥蓋上剝離，抗油黏滯好。

（2）CE 系列氣閥通流特性好，節(jié)能；抗液擊，抗油黏滯；閥環(huán)有導(dǎo)向，減少傾側(cè)運(yùn)動；彈簧有導(dǎo)向環(huán)，較粗壯；適合大相對分子質(zhì)量介質(zhì)。

就非金屬閥片而言，主要是防止硬質(zhì)顆粒對閥片的損壞，但非金屬閥片脆性大且抗拉強(qiáng)度差，所以各級排氣閥閥片可以考慮改為金屬閥片。

4.4 檢修措施

合理得當(dāng)?shù)臋z修方式也能減少費(fèi)用，增加機(jī)組運(yùn)行周期：吸氣閥檢修高溫部位，排氣閥分級分列全部檢修；先安裝吸氣閥，再安裝排氣閥；對拆卸的壓閥蓋必須更換新O 圈，盡量減少用氣動工具緊固壓閥蓋螺栓；將研磨清洗好的備用氣閥用防銹袋包裝起來或浸沒防銹油。

5 結(jié)語

化工企業(yè)是高危行業(yè)，煉化企業(yè)應(yīng)在裝置設(shè)備安全方面做出更大的努力，解決設(shè)備重大隱患，以免造成更大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。就生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問題，要不斷的總結(jié)改造。

［1］ 馬瑛，郭躍.大連石化重整氫增壓機(jī)結(jié)焦油原因分析及消除措施建議［J］.中外能源，2010，15（3）：89-91.