加氫裝置新氫壓縮機50%負荷運行技術(shù)探討

＊劉樹祥

（中海石油舟山石化有限公司 浙江 316000）

1.前言

中海石油舟山石化有限公司170萬噸/年餾分油加氫裝置是中國石化撫順石油化工研究院（FRIPP）加氫改質(zhì)－加氫精制平行進料工藝技術(shù)（FHC-FHF）。以重油裂解裝置來的重餾分油為改質(zhì)原料油，裂解石腦油和粗工業(yè)燃料油為精制原料油，生產(chǎn)輕石腦油、加氫石腦油、柴油及液化氣等各種優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。由于受原料和市場的原因，裝置長期加工負荷在80%左右，氫氣耗量30000～33000Nm3/h。新氫壓縮機現(xiàn)工況下，耗電量大，與加工負荷不匹配，機組很大一部分電能是做無用功。為減少能源浪費，在現(xiàn)機組控制方案下，采取相應(yīng)措施進行優(yōu)化調(diào)整，取得了較好的成效。

2.新氫壓縮機主要技術(shù)參數(shù)介紹

新氫壓縮機是加氫裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，該套加氫裝置新氫壓縮機組采用三臺同機型的沈陽氣體壓縮機廠制造壓縮機，為對稱平衡型往復(fù)式壓縮機，四列三級三縮，氣缸為水平布置雙作用，并采用水冷卻。壓縮機驅(qū)動電機由南陽防爆集團有限公司制造，選用增安型無刷勵磁同步電動機，勵磁機與主電機同軸配置。機型為4M-36.8/12-107-BX，該機的設(shè)計標準排氣量為25000Nm3/h，電機轉(zhuǎn)速300r/min，功率2300kW，正常生產(chǎn)時兩開一備。具體參數(shù)如表1所示。

表1 壓縮機與電機的性能參數(shù)

3.新氫壓縮機氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)介紹

（1）機組氣量調(diào)節(jié)可通過每級入口氣閥中的卸荷器調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)0%、50%、100%三擋壓縮機額定排量的調(diào)節(jié)。0%擋時各級進氣閥都通過卸荷器頂開，不起加載作用；50%擋時各級進氣閥有一半頂開（靠曲軸端進氣閥正常工作）；100%擋時，全部吸氣閥正常工作。氣量邏輯圖如表2所示。

表2 氣量調(diào)節(jié)邏輯

（2）新氫壓縮機的每一級均設(shè)置旁路，可進行級間旁路調(diào)節(jié)，通過壓縮機一返一、二返二、三返三控制閥來調(diào)整機組氣體回流，從而控制各級壓力和壓縮比。控制方案如圖1所示。

圖1 新氫機控制方案

4.新氫壓縮機工況分析

裝置80%加工負荷（改質(zhì)進料量80t/h，精制進料量90t/h），反應(yīng)加熱爐F2101出口356℃，改質(zhì)反應(yīng)器R2101溫升30～35℃，新氫管網(wǎng)壓力1.0～1.1MPa，新氫壓縮機C2102A、B運行，C備用，特定工況條件下進行如下分析。機組運行參數(shù)如表3所示。

表3 新氫機組工況參數(shù)1

從表3可知：

（1）裝置耗氫量30000～33000Nm3/h，新氫壓縮機設(shè)計標準排氣量為25000Nm3/h，兩臺壓縮機同時投入運行才可滿足實際需求。假若一臺機滿負荷運行，則另一臺壓縮機運行負荷僅為設(shè)計量的28%左右。

（2）該生產(chǎn)負荷下，新氫壓縮機C2102AB壓力控制閥一返一、二返二、三返三開度都在較大閥位，根據(jù)機組工藝控制方案原理，壓縮后的多余部分氣體通過壓縮機各級返回閥返回到各級入口，造成電能的極大浪費。

（3）機組各級壓縮比設(shè)計是3，該機組工況下，除一級壓縮比最高2.27外，二級、三級低于2，各級排氣溫度都低于105℃，具備調(diào)整余地。

5.新氫壓縮機調(diào)整采取措施及效果分析

(1)調(diào)整措施

①新氫壓縮機C2102B負荷打到50%運行，一級排氣壓力由2.4MPa提到2.7MPa，二級排氣壓力由4.8MPa提到5.3MPa，三級壓力控制閥（三返三）全關(guān)，機組在50%負荷下全量運行。調(diào)整后機組運行參數(shù)見表4。

表4 新氫機組工況參數(shù)2

②新氫壓縮機C2102A一級排氣壓力由2.4MPa提到2.7MPa，二級排氣壓力由4.8MPa提到5.3MPa，日常通過該機組三返三控制閥控制新氫管網(wǎng)壓力和系統(tǒng)壓力。

③保證新氫壓縮機C2102A三返三控制閥留有一定余量調(diào)節(jié)，根據(jù)耗氫情況稍降改質(zhì)進料量和改質(zhì)反應(yīng)床層溫度，使能維持反應(yīng)系統(tǒng)壓力。

④稍開一級壓縮后氣體水冷卻器循環(huán)水閥開度，保證機組二級進氣溫度正常。

(2)調(diào)整后機組參數(shù)分析

①新氫壓縮機C2102A調(diào)整后，一級壓縮比由2.27提到2.55，二、三級壓縮比保持2以下；一級排氣溫度由最高100℃到120℃；一級壓縮比提高后，機組振動點2（前一級）由最高0.55mm到0.7mm，壓縮氣量最高也由18000Nm3/h到24000Nm3/h，機組運行電流由124.5A漲到131.4A。

②新氫壓縮機C2102B調(diào)整后，一級壓縮比由2.27提到2.55，二三級壓縮比保持2以下；一級排氣溫度由最高103℃到最高120℃；機組50%負荷運行下，機組振動點1和2都略微下降；壓縮氣量由16000Nm3/h到11000Nm3/h，運行電流由123.2A下降到67.5A。

③新氫機C2102AB一級排氣溫度上升約20℃，水冷器循環(huán)水耗量稍增，目前水冷器換熱效果較好，循環(huán)水手閥稍開調(diào)整，可以滿足二級進氣溫度需求。

④新氫機C2102AB調(diào)整后，兩臺機組壓縮氫氣總量滿足生產(chǎn)需要，且C2102A三返三控制閥保持3%～5%閥位供調(diào)整需要，壓縮比、排氣溫度、機組振動等主要影響參數(shù)都在設(shè)計參數(shù)以內(nèi)。

(3)經(jīng)濟效益

已知U=10000V，I1=124.5A，I2=123.2A，I3=131.4A，I4=67.5A，功率因素cosΦ=0.9，三相電流功率計算公式P=1.732UicosΦ。

每小時節(jié)電能：P1=1.732×10000×（124.5+123.2-131.4-67.5）×0.9=760.69kW。

月節(jié)電能：P2=760.69×24×30=547696.8kW。

按工業(yè)用電0.8元每kW·h計算,每月可節(jié)約：547696.8×0.8≈43.82萬元。

6.隱患分析及對策

(1)十字頭小頭瓦的沖擊力增大問題

機組活塞是雙作用型，運行時曲軸做旋轉(zhuǎn)運動通過連桿轉(zhuǎn)為活塞的往復(fù)運動。50%負荷運行情況下，理論上活塞力的改變對曲軸反向角影響較小，但是從雙作用變?yōu)閱巫饔?，會導致十字頭小頭瓦的沖擊力增大，可能會導致小頭瓦磨損加劇甚至損壞。運行4個月后對機組進行了預(yù)防性中修，拆檢后對十字頭銷及小頭瓦尺寸復(fù)測對比。數(shù)據(jù)見表5。

表5 2018年的檢修裝配數(shù)據(jù)和本次中修的數(shù)據(jù)對比

從表5數(shù)據(jù)可知，兩次檢修測得數(shù)據(jù)對比偏差較小，未出現(xiàn)異常磨損情況，表面檢查也未見疲勞裂紋等缺陷。同時對潤滑油濾芯進行拆檢，未在濾芯表面發(fā)現(xiàn)有巴氏合金及銅屑，說明目前各瓦的磨損情況良好。

(2)一級排氣溫度高，影響氣閥使用壽命

排氣溫度高，注油器注進去潤滑油容易變成炭渣卡住密封面，氫氣攜帶輕烴在高溫下反應(yīng)，產(chǎn)生聚合物，積碳粘在閥片和閥座上，使氣閥漏氣。溫度更高后，氣閥工作環(huán)境變苛刻，配件易疲勞損壞，縮短使用壽命。但另一角度來看，溫度高，壓縮后輕烴和潤滑油氣化多，氣缸內(nèi)介質(zhì)帶液少，對氣閥的工作環(huán)境有利。排氣溫度的控制應(yīng)兼顧高溫和帶液問題雙層考慮，尋找氣閥工作最優(yōu)溫度。

(3)機組調(diào)整余地小，靈活性差

C2102A三返三控制閥位在3%～5%波動，機組接近滿負荷運行；C2102B三返三控制閥閥位全關(guān)，50%載荷下滿負荷運行；機組在該工況下，調(diào)節(jié)余地較小。若原料組分突然大幅度變化引起系統(tǒng)耗氫量增大，機組無法做到很有效的調(diào)整。氫氣耗量大幅度增加時，應(yīng)果斷采取降溫降量的措施或切換機組，防止系統(tǒng)壓力下來后引起的各種次生異常。

(4)各級不工作吸氣閥潤滑油聚集問題

注油器連續(xù)不斷往氣缸注少量潤滑油，活塞在來回往復(fù)運動時，潤滑油會隨氫氣介質(zhì)帶走。50%負荷運行時，有一半吸氣閥不作用，活塞往復(fù)運動時，氫氣介質(zhì)從吸氣閥吸入，壓縮排氣時，又從吸氣閥排出，長期運行會導致氣閥處潤滑油聚集。

(5)機組故障停機時，更易造成安全閥起跳異常

一、二、三級入口安全閥整定壓力分別為1.35MPa、3.41MPa、6.93MPa。機組各級壓力控制更高以后，若機組故障跳停，在氣體回流和新氫管網(wǎng)雙層作用下，處理不及時更容易發(fā)生安全閥起跳或超壓異常。加強機組的監(jiān)控，若發(fā)生跳停，第一時間打開新氫管網(wǎng)放高、低瓦控制閥，同時手動調(diào)整各級返回閥開度。

7.異常情況下處理要點

（1）發(fā)生100%負荷運行機組跳停異常，禁止將50%負荷運行機組直接打到100%負荷。50%負荷機組本身各級壓力較高，若再投用100%負荷，壓力會迅速上升，存在各級安全閥起跳風險。

（2）發(fā)生機組100%負荷運行機組跳停時，因50%負荷運行機組壓縮氫氣量小，反應(yīng)內(nèi)操應(yīng)第一時間開大新氫放高、低瓦控制閥，另外降溫降量幅度稍大，優(yōu)先降低改質(zhì)進料量。

（3）發(fā)生新氫機跳停后，確保運行機組三返三全關(guān)。備用機組檢查到位，條件允許，應(yīng)及時開啟備用機組。

8.結(jié)論

裝置加工負荷在80%左右時，采取了新氫壓縮機一臺50%負荷運行，同時稍提兩運行機組各級出口壓力等優(yōu)化調(diào)整手段，從機組已連續(xù)正常運行6個月各參數(shù)來看，完全可以滿足裝置在該負荷下的系統(tǒng)耗氫量，并取得了較好的經(jīng)濟效益，實踐證明該應(yīng)用適合于本裝置。運行過程也存在一定的安全隱患，應(yīng)加強機組的監(jiān)控和做好應(yīng)急處置準備工作。不主張該措施在同類加氫裝置中推廣應(yīng)用，建議增加更加先進的無級變量系統(tǒng)。