瓦斯壓縮機(jī)出口超溫故障分析與改進(jìn)措施

王百奎

（中石化股份有限公司濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南 250101）

0 引言

生產(chǎn)設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性對(duì)于石化企業(yè)來(lái)說(shuō)是保障安全生產(chǎn)的決定性因素，作為高風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)，高故障率的設(shè)備必然會(huì)進(jìn)一步增加企業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，所以石化企業(yè)設(shè)備故障的處理意義重大。運(yùn)用合理的維修模式以及故障排查手段，做到相應(yīng)的改進(jìn)優(yōu)化措施，就可以提高企業(yè)的整體管理質(zhì)量和運(yùn)行效益。下面以煉廠回收氣往復(fù)壓縮機(jī)出口氣體超溫的問題為例進(jìn)行分析，并針對(duì)問題實(shí)施相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 設(shè)備概況

煉廠低壓瓦斯回收主要是將各煉油裝置的排放氣經(jīng)低壓瓦斯管網(wǎng)收集至瓦斯氣柜，再由瓦斯回收壓縮機(jī)增壓至中壓瓦斯管網(wǎng)回收利用，維持瓦斯系統(tǒng)平衡，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，因此瓦斯壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行就顯得尤為重要。瓦斯壓縮機(jī)J-2#、J-3#于2017 年3 月更新投用，短暫運(yùn)行后二級(jí)排氣溫度均在110～120 ℃并逐步上升至聯(lián)鎖停機(jī)值。壓縮機(jī)的超溫故障嚴(yán)重影響瓦斯系統(tǒng)平衡，對(duì)兩臺(tái)壓縮機(jī)逐臺(tái)停機(jī)檢修，排查超溫具體原因。

這兩臺(tái)設(shè)備均為活塞式往復(fù)壓縮機(jī)，型號(hào)為4LW-20/0.04-9，設(shè)計(jì)排量為1200 Nm3/h，一級(jí)進(jìn)氣壓力為0.004 5 MPa，二級(jí)排氣壓力設(shè)計(jì)為0.9 MPa，瓦斯氣經(jīng)一級(jí)進(jìn)氣、排氣經(jīng)級(jí)間冷凝器進(jìn)入二級(jí)進(jìn)氣，二級(jí)排氣溫度設(shè)計(jì)聯(lián)鎖停機(jī)值為120 ℃，實(shí)際運(yùn)行時(shí)壓縮機(jī)二級(jí)排氣出口壓力在0.55 MPa 以下。

2 故障現(xiàn)象

壓縮機(jī)自投入運(yùn)行后頻繁聯(lián)鎖自停，集中表現(xiàn)為壓縮機(jī)出口超溫、運(yùn)行周期短、不能滿足生產(chǎn)需求等，嚴(yán)重影響瓦斯回收系統(tǒng)正常運(yùn)行。

排氣超溫會(huì)降低潤(rùn)滑油的黏度，加劇壓縮機(jī)構(gòu)件的磨損，在活塞環(huán)槽、氣閥等處容易產(chǎn)生碳化、結(jié)焦現(xiàn)象，造成活塞環(huán)卡死、氣閥動(dòng)作異常等。

3 原因分析

根據(jù)壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀況、瓦斯系統(tǒng)組份、介質(zhì)因素，分析導(dǎo)致壓縮機(jī)出口氣體超溫的原因可能有以下5 個(gè)。

3.1 壓縮機(jī)氣閥與現(xiàn)有工況不匹配

瓦斯組份中氫氣組份占比較大，基本在40%以上。以2017年6 月28 日瓦斯采樣分析為例，氫氣占比為47.17%，原設(shè)計(jì)氫氣組份在28%左右，實(shí)際運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)時(shí)工況變化較大，因?yàn)闅錃饷芏容^小、傳熱系數(shù)大，能接受較多的熱量，對(duì)排氣超溫也有影響，壓縮機(jī)氣閥已經(jīng)不再適用現(xiàn)有的工況。

3.2 氣閥質(zhì)量的影響

氣閥是往復(fù)式活塞壓縮機(jī)的重要部件，也是易損壞的部件，其性能優(yōu)劣直接影響壓縮機(jī)的排氣量、排氣溫度及運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，而氣閥壽命的長(zhǎng)短與氣閥的閥片、閥座、彈簧質(zhì)量及升程大小等有關(guān)。

3.3 壓縮機(jī)出口管線堵塞

壓縮機(jī)出口管線堵塞時(shí)二級(jí)排氣壓力會(huì)比較高，此時(shí)壓縮機(jī)需克服阻力做功，排量下降，效率下降，會(huì)造成壓縮機(jī)出口溫度超溫。因?yàn)橥咚怪袛y帶焦粉較多，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝無(wú)法消除焦粉來(lái)源，造成瓦斯管線彎頭、低點(diǎn)位置焦粉顆粒物沉積、固化堵塞管線，致使瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)壓力增加。

3.4 級(jí)間冷卻器冷卻效果下降

壓縮機(jī)級(jí)間冷卻器冷卻效果差，氣體經(jīng)一級(jí)壓縮后溫度沒有下降多少，進(jìn)入二級(jí)壓縮后出口溫度會(huì)隨之升高，也會(huì)造成壓縮機(jī)出口超溫停機(jī)。級(jí)間冷卻器一般循環(huán)水走殼程，瓦斯氣體走管程，在使用中往往因循環(huán)水介質(zhì)不純凈、瓦斯中攜帶焦粉等顆粒物，殼程上泥垢積聚，管程上附著固狀焦粉顆粒物，致使級(jí)間冷卻器冷卻效果下降。

3.5 介質(zhì)因素影響

瓦斯中焦粉顆粒物較多，在壓縮機(jī)運(yùn)行中，氣閥易結(jié)焦，對(duì)氣閥的閥座和密封元件造成磨損，影響氣閥的嚴(yán)密性，不能正常閉合止回，致使氣閥漏氣。氣體經(jīng)過(guò)壓縮后溫度上升，高溫氣體返回進(jìn)氣腔，造成閥溫升高、進(jìn)氣溫度上升，從而再次被壓縮后排氣溫度升高。

瓦斯中同時(shí)含有少量凝縮油等粘性物質(zhì)，在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)閥片運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而導(dǎo)致氣閥黏滯現(xiàn)象的發(fā)生，最終導(dǎo)致排氣超溫。

4 改進(jìn)措施

4.1 改進(jìn)壓縮機(jī)氣閥

持續(xù)檢測(cè)瓦斯氣中氫氣含量，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)氫氣含量基本穩(wěn)定在40%左右，將數(shù)據(jù)提供給廠家，由廠家對(duì)壓縮機(jī)氣閥進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，使壓縮機(jī)能滿足實(shí)際工況要求。

4.2 瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)定期吹掃

在降低氣柜柜容后，停壓縮機(jī)，用蒸汽吹掃系統(tǒng)管線至裝置，進(jìn)裝置閥門溫度超100 ℃，確定瓦斯管網(wǎng)蒸汽全線貫通，以防止管線中焦粉顆粒物沉積、固化，建議在條件允許的情況下定期吹掃。

4.3 級(jí)間冷卻器清理與改型

級(jí)間冷卻器拆出后，檢查發(fā)現(xiàn)殼程、管程堵塞嚴(yán)重，泥垢，焦粉顆粒物積聚（圖1）。級(jí)間冷卻器至二級(jí)入口緩沖罐拆出后，用高壓水清洗，完全清掉固體附著物。

現(xiàn)場(chǎng)拆解發(fā)現(xiàn)，原有級(jí)間冷卻器管程進(jìn)、出口設(shè)計(jì)為翅狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)為中通直管，因?yàn)橥咚菇橘|(zhì)含硫、焦粉顆粒物過(guò)多，易結(jié)焦堵塞進(jìn)、出口。從現(xiàn)場(chǎng)拆解看，端口堵塞情況嚴(yán)重（圖2）。

此種結(jié)構(gòu)適用于介質(zhì)比較純凈的工況，不適用于瓦斯工況，此為設(shè)計(jì)選型缺陷。發(fā)現(xiàn)后對(duì)級(jí)間冷卻器進(jìn)行了改型，去掉原有翅狀結(jié)構(gòu)，管程改為直通管（圖3）。這樣，就從結(jié)構(gòu)上消除了焦粉顆粒物結(jié)焦對(duì)級(jí)間冷卻器的影響，延長(zhǎng)了級(jí)間冷卻器的運(yùn)行周期，二級(jí)入口溫度穩(wěn)定在35 ℃左右，級(jí)間冷卻器效果明顯提高。

圖1 級(jí)間冷卻器現(xiàn)場(chǎng)拆解

圖2 級(jí)間冷卻器至二級(jí)入口緩沖罐堵塞

圖3 級(jí)間冷卻器結(jié)構(gòu)

4.4 壓縮機(jī)預(yù)防性維

根據(jù)實(shí)際壓縮機(jī)運(yùn)行狀況，制定預(yù)防性氣閥維修計(jì)劃，常規(guī)維修周期一般在8～12 個(gè)月，根據(jù)介質(zhì)情況適當(dāng)提前或延后，主要是進(jìn)氣、排氣閥清焦、表面清理，活塞環(huán)檢查、油箱清理等。對(duì)使用過(guò)的氣閥解檢后發(fā)現(xiàn)，氣閥閥片與閥座、閥片與升程限制器之間有凝縮油、焦粉顆粒組成的混合黏性物質(zhì)，閥座積垢嚴(yán)重，拆解困難，閥片變形較大，彈力不足。所以要定期對(duì)氣閥進(jìn)行檢查、清洗，對(duì)閥座的損傷表面進(jìn)行研磨修復(fù)，及時(shí)更換閥片、彈簧等易損件。

通過(guò)預(yù)防性維修，減少壓縮機(jī)的故障維修，減少故障維修對(duì)生產(chǎn)的波動(dòng)，摸索合理運(yùn)行周期，確保壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。

4.5 定期清理入口過(guò)濾器

瓦斯中焦粉顆粒物在入口過(guò)濾后，積聚在濾網(wǎng)上，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，積聚物會(huì)堵塞濾網(wǎng)，壓縮機(jī)的進(jìn)氣量會(huì)明顯下降。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，現(xiàn)在入口過(guò)濾器的清理周期一般在連續(xù)運(yùn)行10 d左右，此時(shí)應(yīng)及時(shí)清理過(guò)濾器，保證過(guò)濾效果，減少焦粉顆粒物結(jié)焦對(duì)壓縮機(jī)的影響。

4.6 減少瓦斯中氫氣的含量

瓦斯中氫氣含量居高不下，目前無(wú)法準(zhǔn)確判斷是哪個(gè)生產(chǎn)裝置排放或氫氣泄壓閥閥門不嚴(yán)，為此需要生產(chǎn)調(diào)度部門摸索排查，查清排放氫氣的原因，減少瓦斯中氫氣的含量，利于瓦斯壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。建議在氫氣相關(guān)排放口增加流量表，能達(dá)到在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

4.7 減少壓縮機(jī)出口管網(wǎng)的壓力波動(dòng)

當(dāng)生產(chǎn)裝置向低瓦系統(tǒng)排放時(shí)，氣柜柜容會(huì)快速增加，為了安全考慮，會(huì)多開壓縮機(jī)來(lái)降低柜容或維持平衡，此時(shí)壓縮機(jī)出口管網(wǎng)后路應(yīng)當(dāng)暢通，回收利用瓦斯的裝置應(yīng)加大處理量，而不是單純地增加壓縮機(jī)的開機(jī)臺(tái)數(shù)，否則壓縮機(jī)出口管網(wǎng)壓力會(huì)明顯升高，二級(jí)排氣出口溫度上升較快，也不利于壓縮機(jī)的安全運(yùn)行。

5 結(jié)論與建議

采取上述改進(jìn)措施后，故障維修率明顯降低，尤其是級(jí)間冷卻器改型之后效果更加明顯，分析最終導(dǎo)致壓縮機(jī)超溫的直接原因是級(jí)間冷卻器選型缺陷，一級(jí)排氣冷卻效果不好直接進(jìn)入二級(jí)吸氣，最終導(dǎo)致二級(jí)排氣溫度高聯(lián)鎖停機(jī)?，F(xiàn)在壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行周期在1 年左右，從根本上解決了往復(fù)壓縮機(jī)出口氣體超溫的問題，滿足生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行需求。

因?yàn)橥咚怪泻?、焦粉顆粒物較多，回收氣瓦斯壓縮機(jī)在選型上宜采用螺桿壓縮機(jī)，螺桿機(jī)的冷卻液與瓦斯氣體充分接觸，瓦斯中焦粉顆粒物溶于冷卻液中，減少了焦粉對(duì)壓縮機(jī)部件的影響，運(yùn)行周期基本穩(wěn)定在2 年以上，建議回收氣壓縮機(jī)更新時(shí)優(yōu)選考慮螺桿壓縮機(jī)。