淺析氣柜氣組分異常對螺桿壓縮機(jī)工況的影響

（中海石油寧波大榭石化有限公司 運(yùn)行十部 浙江 315812）

1.概述

浙江某煉廠燃料氣回收裝置自開工以來由于受到氣體組分變化的影響，其用于壓縮氣柜氣回收至火炬氣的螺桿壓縮機(jī)工況經(jīng)常受到?jīng)_擊變化，匯總以來多為三種情況：氣體組分過重、過輕及含有重組份烯烴類。這些異常組分使得壓縮機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)偏高、排氣溫度偏高、排氣量下降、入口堵塞等多種異常工況。對這些情況闡明原理、分析危害并說明處理方法。

2.工藝簡紹

(1)設(shè)備簡介

該裝置設(shè)有1臺3600Nm3/h及2臺1800Nm3/h的單螺桿式壓縮機(jī)，用以將氣柜自各裝置回收的烷基化尾氣等放空氣進(jìn)行壓縮，之后至脫硫塔處理后并入燃料氣管網(wǎng)加以利用。

系統(tǒng)平時(shí)保持3600Nm3/h的1#壓縮機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，另外兩臺小壓縮機(jī)備用。壓縮機(jī)使用柴油做為噴入機(jī)體的冷卻液，平時(shí)保持排氣壓力在0.68MPa；排氣溫度在60-70℃，并設(shè)有三取一高溫停機(jī)聯(lián)鎖，聯(lián)鎖值為90℃；入口壓力控制1kPa以上，入口過濾器壓差控制1kPa以下。

(2)氣柜氣組分簡介

根據(jù)氣柜氣日常化驗(yàn)結(jié)果分析，平日里氣柜氣組分比較穩(wěn)定，隨著煉油裝置原油產(chǎn)地不同有所起伏。其氫氣含量大致在35%-45%之間，氮?dú)夂吭?5%-30%之間，C3及以上重組分在15%左右浮動(dòng)，壓縮機(jī)運(yùn)行狀況良好。

3.組分異常情況簡紹

(1)來氣組分過重

來氣組分過重是導(dǎo)致螺桿壓縮機(jī)工況異常最常見的情況，多因氫氣含量過低導(dǎo)致。該煉廠自2016年開工以來，螺桿壓縮機(jī)經(jīng)常有組分過重的情況，幾乎每月都會(huì)遇到。由于在壓縮過程中重組分的冷凝溫度高，部分重組分將產(chǎn)生凝析，使壓縮機(jī)帶液。該液體經(jīng)柴油吸收后會(huì)使柴油冷卻性能下降，導(dǎo)致排氣溫度上升。當(dāng)氣溫較低，來氣溫度較低的時(shí)候，排氣溫度高的現(xiàn)象還不明顯，不過由于機(jī)體帶液過多會(huì)使壓縮機(jī)震動(dòng)偏高。當(dāng)氣溫較高，來氣溫度較高時(shí)壓縮機(jī)若仍大量帶液，就會(huì)使排氣溫度上升，甚至超過控制指標(biāo)。

(2)來氣組分過輕

圖1 壓縮機(jī)排氣溫度趨勢圖

2020年5月該煉廠蠟油加氫停工期間，壓縮機(jī)再次出現(xiàn)了排氣溫度上升的現(xiàn)象，同時(shí)排氣流量也大幅下降。后經(jīng)化驗(yàn)分析，其重組分成分并不高，大部分都是氫氣，懷疑可能是氫氣含量高的原因。由于低壓火炬氣有裝置置換后的廢氮在排，故在該工況下維持高壓火炬氣回收了數(shù)日。期間化驗(yàn)分析結(jié)果及壓縮機(jī)排氣溫度如下：

表1 氣柜氣化驗(yàn)結(jié)果表

①溫度上漲原因分析

由化驗(yàn)分析結(jié)果和壓縮機(jī)排氣溫度趨勢圖可見，有幾日高壓火炬氣回收使氣柜氣氫氣含量超過70%，剛好與溫度上漲的時(shí)間相吻合。故基本可確定是由于來氣組分太輕反而導(dǎo)致了壓縮機(jī)排氣溫度高。

②原理闡述

經(jīng)筆者查閱資料，發(fā)現(xiàn)被壓縮氣體的絕熱指數(shù)n會(huì)直接影響壓縮機(jī)的壓縮過程，從而影響排氣量、指示功率及排氣溫度。而壓縮機(jī)的排氣溫度T2可用下列公式加以概括[1]：

是故當(dāng)氣體的溫度絕熱指數(shù)變大時(shí)，壓縮機(jī)的排氣溫度將會(huì)變大，排氣量將會(huì)變小。而經(jīng)壓縮機(jī)氣體的絕熱指數(shù)中，氫氣為1.410，幾乎是最大的。甲烷為1.314，乙烷為1.249。

(3)來氣含重組分烯烴

該煉廠自2019年9月開始，壓縮機(jī)入口過濾器壓差開始出現(xiàn)快速上漲現(xiàn)象。首次上漲至次日21時(shí)上漲至1.4kPa，之后停運(yùn)該壓縮機(jī)清洗入口過濾器。

此后，運(yùn)行的氣柜氣壓縮機(jī)同樣出現(xiàn)入口過濾器快速堵塞的問題。入口過濾器拆除后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致3臺壓縮機(jī)過濾器堵塞的垢樣性狀相同，均為紅黑色顆粒豆?fàn)睢?/p>

該物質(zhì)不斷堵塞氣柜氣壓縮機(jī)入口過濾器，導(dǎo)致壓縮機(jī)需要不斷的切換。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)在事件發(fā)生后氣柜裝置每日至少要進(jìn)行一次壓縮機(jī)切換，壓差上漲過快時(shí)需要切換兩次。如此頻繁的切換不但容易損傷機(jī)體，而且置換清理時(shí)間非常緊張，現(xiàn)場難免有一定氣味。

事件發(fā)生后該煉廠對氣柜氣及火炬氣樣品立即進(jìn)行了持續(xù)跟蹤式的分析，然而分析結(jié)果與往日正常樣相比卻并無異常。因此初步判斷該物質(zhì)雖然造成了壓縮機(jī)入口壓差上漲，含量卻并不高，在其他火炬氣的稀釋之下難以通過普通化驗(yàn)方式找到泄露裝置。

為了保障設(shè)備和人員安全，該煉廠采用將壓縮機(jī)入口過濾器改造成雙并聯(lián)切換的模式，可以不停機(jī)切換至備用過濾器運(yùn)行以便被堵塞過濾器清理，預(yù)防了設(shè)備因頻繁切換發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)，但事件根源問題仍未得到解決。氮?dú)庵脫Q、人工清理，對設(shè)備和操作人員都造成了較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

該煉廠委托天津化學(xué)研究院對過濾器清理下來的堵塞物進(jìn)行了分析，結(jié)果如下：

①熱分解及元素分析

將該物質(zhì)于550℃下焙燒4小時(shí)測其失重，達(dá)到99.64%，其組成絕大部分為有機(jī)物。元素分析結(jié)果顯示其碳元素含量34.77%，氫元素含量7.07%，氮元素含量13.57%，碳?xì)淠柋?.82，大于烯烴的碳?xì)淠柋?.5，說明聚合物可能發(fā)生了脫水反應(yīng)，形成了膠質(zhì)等復(fù)雜化合物。

②核磁分析

圖2 核磁分析圖譜

該物質(zhì)的1H NMR譜圖在δ=0.75-3.0之間有一包峰，這是典型碳碳雙鍵聚合的結(jié)果，在δ=7-8之間無苯環(huán)上氫原子信號（圖中為溶劑峰）。

結(jié)合氣柜氣的組分，初步判斷樣品為烯烴聚合物，烯烴未環(huán)化成苯環(huán)，但該聚合物發(fā)生了脫水。聚合物的分子量還需進(jìn)一步測定。

該煉廠在分析過天化院實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，對有可能泄露烯烴類物質(zhì)的裝置進(jìn)行了重點(diǎn)采樣排查，其中硫磺V604含胺5ppm；DCC裝置V308處火炬氣烯烴64%；減頂瓦斯硫化氫20000ppm；40萬抽提C6+7.3%，均屬于重組分或危險(xiǎn)物質(zhì)偏高的數(shù)據(jù)。尤其是DCC裝置V308處火炬氣烯烴含量過高，極有可能存在嚴(yán)重的內(nèi)漏。

該煉廠逐步鎖定了DCC裝置幾處可能存在的內(nèi)漏點(diǎn)，加以盲板隔離，火炬氣柜系統(tǒng)逐步得以恢復(fù)正常。

2020年夏季由于儲運(yùn)C5烯烴罐卸壓等原因入口過濾器一段時(shí)間再次出現(xiàn)了持續(xù)堵塞的現(xiàn)象，然而現(xiàn)已了解堵塞原因，通過生產(chǎn)調(diào)度及時(shí)的調(diào)配及2019年的改造未再造成嚴(yán)重影響。

4.組分異常解決方法

（1）來氣組分過重，這種情況下導(dǎo)致的異常工況不嚴(yán)重時(shí)在該煉廠已趨于常態(tài)化，解決方法一方面需要生產(chǎn)調(diào)度協(xié)調(diào)裝置調(diào)整，另一方面需要現(xiàn)場多進(jìn)行柴油置換，使新鮮柴油及時(shí)得到補(bǔ)充，保證冷卻能力和對重組份的吸收作用。

（2）來氣組分過輕，這種情況在日常生產(chǎn)中幾乎不會(huì)遇到，僅當(dāng)裝置出現(xiàn)異常或檢修停工時(shí)有這種情況，一般都是可以預(yù)估的，應(yīng)當(dāng)順應(yīng)其變化對火炬氣進(jìn)行選擇性回收，盡量避免對壓縮機(jī)工況造成大的影響。

（3）來氣含重組分烯烴，這種情況易導(dǎo)致聚合物堵塞入口，當(dāng)入口壓差上漲時(shí)需要密切監(jiān)控，及時(shí)切換過濾器或停機(jī)處理，并及時(shí)排查重組分烯烴來源，從源頭進(jìn)行解決。

5.結(jié)論

通過對該煉廠燃料氣回收設(shè)施開工以來遇到的三種異?；鹁鏆饨M分情況進(jìn)行分析，總結(jié)不同組分情況對壓縮機(jī)工況的影響，并從理論上闡明原因，在實(shí)際生產(chǎn)過程中避免壓縮機(jī)設(shè)備受到損傷或造成瓦斯能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。